Analysis of 6PPD-Q in Reagent and River Water using LCMS-8060RX

Význam tématu

Kontaminace povrchových vod částicemi odírání pneumatik představuje významné ekologické riziko. Oxidační produkt běžného antioxidačního aditiva 6PPD, známý jako 6PPD-quinone (6PPD-Q), byl identifikován jako toxická látka způsobující akutní mortalitu u lososa obecných (coho) a představuje tak indikátorový kontaminant v městských odtokových vodách. Citlivá, rychlá a reprodukovatelná analýza 6PPD-Q v akvatických matricích je nezbytná pro sledování znečištění, vyhodnocení rizik a podporu regulačních postupů.

Cíle a přehled studie / článku

Studie popisuje vývoj a ověření rychlé LC-MS/MS metody pro kvantifikaci 6PPD-Q pomocí přístrojového uspořádání Nexera X3 UHPLC a LCMS-8060RX. Cílem bylo dosáhnout dostatečné citlivosti, přesnosti a opakovatelnosti pro použití v kontextu EPA draft method 1634 nebo pro přímou injekci bez nutnosti rozsáhlé koncentrační přípravy vzorků. Metoda byla validována na reagentní vodě a reálné povrchové vodě z východního pobřeží USA za účelem stanovení MDL, přesnosti, opakovatelnosti a recovey.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorová příprava a chromatografie:

• Standardy 6PPD-Q a izotopově značené interní standardy (13C6-6PPD-Q jako EIS, D5-6PPD-Q jako NIS) připraveny v 1:1 H2O:ACN dle doporučení EPA 1634.
• Vzorky: reagentní voda a povrchová (říční) voda; vzorky spiked standardy EIS na 1 ng/mL, poté odstředěny a 1 mL přeneseno do autosampler lahvičky; NIS přidán na 1 ng/mL před analýzou.
• Přímá injekce 10 µL, bez komplexní extrakce nebo koncentračních kroků.

Instrumentace a provozní podmínky (shrnutí):

• UHPLC: Nexera X3; kolona Restek Force C18, 50 × 2.1 mm, částice 1.8 µm.
• Hmotnostní spektrometrie: Shimadzu LCMS-8060RX, ionizace ESI (pozitivní mód).
• Mobilní fáze: A – 0.1 % HCOOH ve vodě; B – 0.1 % HCOOH v acetonitrilu; gradient z ~20 % B do 100 % B a návrat na 20 % B během ~5 minut (rychlý běh).
• Teploty a plyny: interface 400 °C, DL 200 °C, heat block 200 °C, tepelný box 40 °C; nebulizační plyn 7 L/min, heating gas 11 L/min, drying gas 4 L/min.
• MRM přechody pro kvantifikaci a kvalifikaci: 6PPD-Q: m/z 299.18 → 215.05 (hlavní kvantifikační přechod); 13C6-6PPD-Q: 305.20 → 247.10; D5-6PPD-Q: 304.21 → 246.1. Krokové hodnoty kolizního napětí (CE) byly optimalizovány (přibližně -19 až -31 V podle přechodu).

Hlavní výsledky a diskuse

Citlivost a linearita:

• Kalibrační křivka pro 6PPD-Q byla lineární v rozsahu 0.002–10 ng/mL s R² > 0.99 a relativní standardní chybou (RSE) < 10 %.
• Metoda dosáhla MDL 1.1 pg/mL (v řece), což je více než desetkrát nižší než požadavky uvedené v návrhu EPA method 1634.

Přesnost, preciznost a recovery:

• Procentuální přesnost kalibrace se pohybovala mezi 83–118 % a %RSD byla < 15 % pro všechna kalibrační stanovení.
• Recoveries ve reagentní vodě se pohybovaly přibližně od ~99 % do 133 % v závislosti na koncentraci; v říční vodě byly recoveries vyšší, v rozsahu ~104–148 %. Zvýšené recovery v říční vodě naznačují vliv matrice (možné ionizační posílení nebo rozdílné adsorpční chování) a podtrhují význam použití izotopově značených interních standardů a vhodného kalibračního přístupu.
• Nespikedané (blank) vzorky neobsahovaly 6PPD-Q nad LOQ.

Interpretace:

• Výsledky ukazují, že přímá injekce do LCMS-8060RX poskytuje dostatečnou citlivost pro environmentální sledování 6PPD-Q bez nutnosti časově náročných koncentračních procedur.
• Matrixové vlivy v reálných vzorcích mohou způsobit přecenění koncentrace při použití jednoduchého kvantifikačního schématu; použití EIS a NIS (izotopově značených standardů) pomáhá kompenzovat variabilitu, nicméně doporučuje se ověření metodiky pro různé typy povrchových vod.

Přínosy a praktické využití metody

• Vysoká citlivost a nízké MDL umožňují sledovat 6PPD-Q na úrovních relevantních pro ekotoxikologii a regulaci.
• Rychlý analytický běh (krátký gradient, přímá injekce) zvyšuje denní propustnost laboratoře a snižuje potřebu předúpravy vzorků, což je výhodné pro rutinní monitorování a screening většího počtu lokalit.
• Metoda je vhodná pro implementaci do rutinního environmentálního monitoringu, podpory studií expozice a pro ověřování účinnosti opatření snižujících zatížení vod 6PPD-Q.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření validace na širší spektrum povrchových vod a komplexnější matice (dešťová voda, odtok z komunikací, odpadní vody) s cílem definovat robustnost metody a potřebu matričného kalibrování.
• Integrace pasivních vzorkovačů a automatizace přípravy vzorků pro časově a nákladově efektivní monitorování.
• Rozvoj netarget a suspect screening workflow pro detekci příbuzných produktů degradace a dalších toxických derivátů z pneumatik.
• Stanovení mezilaboratorních zkoušek a standardizace postupu pro široké přijetí v regulačních rámcích (např. finální EPA metoda).
• Technologický pokrok v oblasti hmotnostní spektrometrie může dále snížit LOQ/MDL a zvýšit selektivitu bez potřeby složité přípravy vzorků.

Závěr

Popisovaná metoda LC-MS/MS na zařízení LCMS-8060RX s přímou injekcí a krátkým UHPLC gradientem poskytuje vysoce citlivé, přesné a rychlé stanovení 6PPD-Q v akvatických matricích. Metoda dosahuje MDL řádu pg/mL, výborné linearity a přijatelné reprodukovatelnosti, čímž nabízí praktický nástroj pro rutinní monitoring a výzkum vlivu kontaminace z odírání pneumatik na vodní ekosystémy. Dále je nutné brát v úvahu vlivy matrice a preferovat použití izotopově značených interních standardů a vhodné kalibrační strategie při analýze reálných vodních vzorků.

Reference

1. U.S. Environmental Protection Agency. Draft Method 1634, Determination of 6PPD-quinone in aqueous matrices using liquid chromatography with tandem mass spectrometry (LC MS/MS). December 2023.
2. Tian Z, Zhao H, Peter KT, et al. A ubiquitous tire rubber-derived chemical induces acute mortality in coho salmon. Science. 2021;371(6525):185-189. doi:10.1126/science.abd6951.