Sensitive Measurement of Per- and Polyfluoroalkyl Substances in Drinking Water

Význam tématu

Per- a polyfluoroalkylové látky (PFAS) jsou environmentálně perzistentní kontaminanty s rostoucí regulací v pitné vodě. Nízké požadované limity stanovené směrnicemi (parametrická hodnota 5 ng/L na sloučeninu; celkem 100 ng/L; požadované LOQ <30 % parametru) vyžadují vysoce citlivé analytické postupy. Zároveň je snaha zefektivnit laboratořní workflow, minimalizovat riziko kontaminace a snížit ekologický dopad metodiky. Technologie vysokootáčkového Feed Injection umožňuje injektovat vyšší objemy eluátu po SPE bez ztráty chromatografické kvality a tím eliminovat časově náročné kroky sušení a rekonstituce.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem aplikace bylo porovnat klasickou nízkovolumetrickou flow‑through LC injekci (2 µL) po koncentraci eluátu v sucho/rekonstituci s vysokovolumetrickou Agilent Feed Injection (20 µL) bez tohoto kroku. Studie hodnotila analytickou výkonnost (křivky, přesnost, přesnost v čase), případné matičné pozadí, a praktické dopady na čas a riziko ztrát analyzátů při analýze 20 cílových PFAS v obohacených vzorcích pitné vody pomocí triple quadrupole LC/MS.

Použitá metodika a instrumentace

Popis metodiky:

• Vzorkování a příprava: WAX SPE (Agilent Bond Elut PFAS WAX, 200 mg) obohacení 100 mL vody; eluční kroky 2×2 mL 2 % NH4OH v methanolu; pro flow‑through: vysušení a rekonstituce do 350 µL 80/20 MeOH/voda; pro Feed Injection: přímé použití eluátu bez sušení.
• Injekce: klasická flow‑through injekce 2 µL vs Agilent Feed Injection 20 µL; Feed Injection provádí online infuzi do mobilní fáze přes speciální ventil s následným ředěním eluátu (feed speed 10 % průtoku, automatické flush‑out, needle wash 3 s MeOH).
• Chromatografie: Agilent InfinityLab Poroshell 120 Aq‑C18, 3.0 × 100 mm, 2.7 µm; průtok 400 µL/min; mobilní fáze A = 2 mM NH4Ac ve vodě, B = methanol; gradient (25 % B → 70 % → 90 % …), teplota 40 °C.
• Hmotnostní spektrometrie: Agilent 6495D LC/TQ s Agilent Jet Stream ESI, dMRM režim, doba cyklu 500 ms; použitá MRM databáze Agilent PFAS (standardní nastavení kromě retenčních časů).
• Kalibrace: 9‑bodové kalibrace přizpůsobené pro oba režimy: pro 2 µL standardy 20–20 000 ng/L (odpovídá vzorkovým koncentracím 0,08–80 ng/L při faktorových obohaceních), pro 20 µL Feed Injection standardy 2–2 000 ng/L (týž rozsah vzorků).

Seznam hlavní instrumentace (použitá instrumentace):

• Agilent 1290 Infinity III Hybrid Multisampler (G7167B) s funkcí Feed Injection
• Agilent 1290 Infinity III Binary Pump (G7120A)
• Agilent 1290 Infinity III Multi Column Compartment (G7116B) s InfinityLab Quick‑Connect heat exchanger
• Agilent 6495D LC/TQ s Agilent Jet Stream ESI
• Analytický sloupec: Agilent InfinityLab Poroshell 120 Aq‑C18 3.0 × 100 mm, 2.7 µm
• Delay column: Agilent InfinityLab PFC delay column 4.6 × 30 mm
• Softwarové nástroje: Agilent MassHunter acquisition (v12.2), MassHunter Qualitative (v12.0) a Quantitative (v12.1)

Hlavní výsledky a diskuse

Kalibrace a linearita:

• Pro oba režimy bylo dosaženo křivek s koeficientem determinace R2 ≥ 0,998 pro všechny analyty.

Citlivost, přesnost a recovery:

• Testy zahrnovaly nízké spike úrovně 0,5 ng/L (třikrát nižší než požadované LOQ 1,5 ng/L) a 5 ng/L (parametrická hodnota). Pro většinu sloučenin byly zjištěné koncentrace v očekávaném rozsahu.
• 20 µL Feed Injection vykázala mírně lepší reprodukovatelnost (nižší area RSD) u některých analytů (např. PFBA, PFDS, PFDoS).
• Po odečtení pozadí dosahovaly recovery hodnot 80–120 % a %RSD pro vypočtené koncentrace byly pod 10 % pro všechny sledované PFAS.

Pozadí a blanky:

• Cartridge blank odhalil nízké rezidua PFBS, PFHxA a PFBA; ostatní PFAS v blanku nebyly detekovány. Tyto pozadí byly odečteny při zpracování dat.

Analýza reálných vzorků:

• V pitné vodě byly většina PFAS detekovány pod 0,2 ng/L, s výjimkou PFBA a PFBS (0,8–1,0 ng/L).
• Srovnání 2 µL flow‑through (po koncentraci) a 20 µL Feed Injection (bez sušení/rekonstituce) neprokázalo statisticky významné rozdíly v naměřených koncentracích.

Časové a praktické dopady:

• Využitím Feed Injection lze zkrátit čas přípravy vzorku z přibližně 5,5 h (klasický postup pro 24 vzorků) na ~2,5 h, tedy snížení doby práce přibližně o 65 %.
• Eliminací kroku sušení a rekonstituce se snižuje riziko kontaminace a ztráty analytů a zároveň se zvyšuje robustnost workflow.

Přínosy a praktické využití metody

• Feed Injection umožňuje přímou analýzu organického eluátu z WAX SPE, čímž odstraňuje potřebu časově náročné evaporace a rekonstituce, což šetří čas a spotřebu rozpouštědel.
• Metoda udržuje vysokou analytickou kvalitu (linearity, recovery, přesnost) při nižších operativních nákladech a menším riziku chyb.
• Praktické využití: rutinní monitorování pitné vody, akreditované laboratoře a vysokopropustné analýzy, kde je rozhodující čas a minimalizace zdrojů kontaminace.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další rozšíření Feed Injection pro menší objemy vzorků nebo pro vícefosfátové metody, kde je limitující organická složka eluátu.
• Optimalizace procesu pro ještě menší spotřebu elučních rozpouštědel a možnost práce s menším objemem obohacení (např. 25 mL) vedoucí ke „zelenějším“ analytickým postupům.
• Integrace s automatizovanými SPE a online připojením k LC/MS pro plně automatizované workflow s minimálním manuálním zásahem.
• Využití Feed Injection přístupu pro jiné třídy perzistentních organických kontaminantů, kde vysoký organický obsah eluátu dosud limitoval objem injekce.

Závěr

Studie prokázala, že Agilent Feed Injection s 20 µL injekcí poskytuje srovnatelnou analytickou výkonnost s klasickým 2 µL flow‑through postupem po sušení/rekonstituci, přičemž nabízí významné časové úspory (~65 %), snížení rizika kontaminace a možnost zjednodušení vzorkovacího workflow. Feed Injection tak představuje praktický a ekologičtější přístup pro rutinní stanovení PFAS v pitné vodě při zachování požadované citlivosti a přesnosti.

Reference

1. Zarębska M.; Bajkacz S. Poly‑ and Perfluoroalkyl Substances (PFAS) - Recent Advances in the Aquatic Environment Analysis. Trends in Analytical Chemistry, 2023, DOI: 10.1016/j.trac.2023.117062.
2. U.S. Environmental Protection Agency. Per‑ and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS): Final PFAS National Primary Drinking Water Regulation. EPA, informace přístupné 2026‑05‑28.
3. Kamuf M.; Wälz M.; Borowiak A. Reduce PFAS Background with the Agilent PFC‑Free HPLC Conversion Kit. Agilent Technologies, technical overview, publication 5994‑2291EN, 2024.
4. Giardina M. Determination of Per and Polyfluoroalkyl Substances in Drinking Water Using Agilent Bond Elut PFAS WAX SPE and LC/MS/MS. Agilent Technologies application note, publication 5994‑4960EN, 2025.
5. Bende J. L.; et al. Greenness assessment of 174 CEN, ISO, and pharmacopeia standard methods and their sub‑methods used for environmental, food, trace elemental and pharmaceutical analysis. Advances in Sample Preparation, 14 (2025) 100180.