Automated, Sensitive, and Robust Analysis of PFAS in Soil and Fish

Význam tématu

Per- a polyfluoroalkylové látky (PFAS) představují persistentní a široce rozšířené antropogenní kontaminanty s významnými environmentálními a zdravotními dopady. Spolehlivé, citlivé a reprodukovatelné analytické postupy pro půdu a biotické matrice jsou nezbytné pro monitorování, epidemiologické studie a splnění regulačních požadavků (např. EPA Method 1633A). Automatizace extrakčních kroků snižuje časovou náročnost, mezilaboratorní variabilitu a riziko kontaminace, čímž zvyšuje průchodnost analýz v rutinních i výzkumných laboratořích.

Cíle a přehled studie

Cílem práce bylo ověřit výkonnost integrovaného pracovního postupu pro analýzu rozšířeného seznamu PFAS podle EPA 1633A kombinací automatizované extrakce pomocí CEM EDGE PFAS systému a kvantitativní analýzy LC-MS/MS (Shimadzu LCMS-8065XE). Hodnoceny byly výtěžky, přesnost kalibrací, opakovatelnost a splnění kritérií EPA pro různé matricové typy (půda, písek, kuřecí a rybí tkáň) na sadě 48 cílových látek doplněných interními standardy.

Použitá metodika a instrumentace

Popis postupu:

• Vzorkování a příprava: 5 g půdy nebo písku a 2 g tkáně (kuřecí, rybí); konečný extrakt upraven na objem 5 mL.
• Automatická extrakce: CEM EDGE PFAS system se sekvenčními cykly zahřátí na 65 °C; použití 0.3% KOH v methanolu pro půdu/písek a 0.05 M KOH v MeOH následované acetonitrilem pro tkáně; mezipraní izopropanolem a krátké „wash“ kroky pro odstranění matricových interferencí.
• Interní standardy: 28 extrahovaných interních standardů (EIS) a 7 neextrahovaných interních standardů (NIS); standardy z Cambridge Isotope Labs.
• Kalibrace: rozsah 0.125–2000 µg/L pro nativní PFAS; RSE kalibračních bodů < 15%.
• Kontrola kvality: pokračující verifikace kalibrace (CCV) po každých 10 injekcích, přesnost CCV v rozmezí 70–130%.

Instrumentace (samostatná sekce):

• Automatická extrakce: CEM EDGE PFAS system.
• LC: LC-40 Nexera X3; mobilní fáze A: 2 mM amonná acetační sůl ve vodě; mobilní fáze B: acetonitril; analytický čas běhu 12 min; Shim-pack Scepter C18-120 (50 x 2.1 mm, 3 µm) používaný s delay column (100 x 2.1 mm, 3 µm); průtok 0.3 mL/min, teplota 35 °C, injekční objem 7 µL.
• MS: Shimadzu LCMS-8065XE, ESI v negativním režimu, akvizice v MRM; nastavena specifická teplotní a proudová nastavení (interface 225 °C, DL 200 °C, heat block 250 °C, atd.).
• Rozpouštědla a chemikálie: LiChrosolv MeOH, ACN, voda, formiová a octová kyselina, 25% amoniakální roztok, KOH.

Hlavní výsledky a diskuse

Výkonnost extrakce a analýzy:

• Metoda vyhodnocovala 48 cílových PFAS; z nich 40 (půda/písek) a 38 (tkáně) sloučenin regulovaných EPA 1633A splnilo akceptační kritéria pro procentuální zotavení (LLOPR a OPR) ve většině matic.
• Spektrum procentuálního zotavení bylo široké: u půdy se pohybovalo od 38% (PFBSA, neregulovaná) až po 174% (PFOA) — PFOA však nesplnila kritérium pro soil LLOPR. U tkání byly zotavení od 32% (PFBSA) až 225% (TFSI, neregulovaný).
• Konkrétní odchylky: některé látky mimo kritéria EPA — PFOA v půdě (LLOPR) a PFPeA, PFHpS v kuřecí a rybí tkáni (LLOPR/OPR) — což ukazuje potřebu dodatečné optimalizace pro určité matrice nebo analyty.
• Kalibrace byla lineární v uvedeném rozsahu s RSE < 15% a CCV po 10 injekcích ukazovaly přesnosti v povoleném pásmu 70–130%, čímž byla potvrzena stabilita metody během sekvenční analýzy.

Diskuse poznatků:

• Automatizovaná extrakce výrazně redukuje variability spojené s manuálními postupy a zvyšuje průchodnost bez zásadního kompromisu v citlivosti pro většinu regulovaných PFAS.
• Vyšší nebo nižší zotavení u některých neregulovaných sloučenin naznačuje rozdílné chování v závislosti na chemických vlastnostech (např. kyselost, hydrofobicita) a na interakcích s matricí; pro tyto látky nejsou jasná regulační kritéria, a proto je nutné individuální hodnocení.
• Identifikované odchylky u několika regulovaných látek poukazují na potřebu doplňujících kroků QA/QC nebo matrikových korekcí (např. použití vhodných EIS pro příslušné anomálie).

Přínosy a praktické využití metody

• Vysoká průchodnost a reprodukovatelnost vhodné pro laboratoře, které zpracovávají velké počty půdních a tkáňových vzorků pro monitorování PFAS.
• Automatizace minimalizuje pracovní zatížení operátorů, riziko cross-kontaminace a chyby při pipetování/míchání.
• Systém umožňuje analýzu dle požadavků EPA 1633A včetně kontinuální verifikace kalibrace, což usnadňuje soulady s požadavky regulátorů a interní kvalitou dat.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další optimalizace pro problematické PFAS: vývoj matrikově specifických interních standardů, úprava extrakčních protokolů nebo doplňujících čisticích kroků pro zlepšení zotavení u vybraných látek.
• Rozšíření panelu analyzovaných nových a transformovaných PFAS analogů a oligomerů s cílem pokrýt širší spektrum emergentních sloučenin.
• Integrace automatizovaných extrakčních platforem s datovými toky LIMS pro plně digitální workflow a lepší sledovatelnost vzorků a metadat.
• Možnosti miniaturizace a spotřeby menšího množství rozpouštědel pro udržitelnější provoz a nižší provozní náklady.

Závěr

Propojení CEM EDGE PFAS automatizované extrakce s Shimadzu LCMS-8065XE poskytuje robustní a škálovatelný pracovní postup pro analýzu PFAS v půdních a tkáňových matricích. Metoda prokázala dobrou lineárnost kalibrací, stabilitu měření a splnění kritérií EPA 1633A pro většinu regulovaných sloučenin. Nicméně některé analyty vyžadují další optimalizaci a specifické QA/QC přístupy, zejména v náročných matricích.

Reference

1. Method 1633A Analysis of Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) in Aqueous, Solid, Biosolids, and Tissue Samples by LC-MS/MS.