Quantitative PFAS Analysis in Medical Devices Using Triple Quadrupole LC/MS

Význam tématu

Per‑ a polyfluorované alkylové látky (PFAS) jsou ve zdravotnických výrobcích široce využívány pro svoji chemickou stálost, nízké tření a biokompatibilitu. Současné zintenzivnění regulačního dohledu (FDA, REACH) a rostoucí tlak na transparentnost používání PFAS zdůrazňují potřebu spolehlivých, citlivých a reprodukovatelných analytických metod pro kontrolu surovin a hotových výrobků v průběhu životního cyklu zdravotnických pomůcek.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem popsaného workflow bylo vyvinout a ověřit kvantitativní metodiku pro současnou detekci a kvantifikaci 73 nativních PFAS v represen­tativních materiálech zdravotnických pomůcek (intra­venózní hadice, zkumavky pro odběr krve, stříkačky). Studie kombinuje zjednodušenou extrakci v methanolu (heat‑ and ultrasound‑assisted, HUA) s účinným separačním a detekčním uspořádáním založeným na PFAS‑ready UHPLC a triple‑quadrupole LC/MS pro dosažení ultratrace senzitivity a nízkého systémového pozadí.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika (stručně):

• Vzorkování: ~1.0 g rozřezaného materiálu (části <1 cm2) do 50 mL PP zkumavky.
• Extrahování: 10 mL methanolu, sonikace 1 h při 60 °C, následné třepání 10–15 min (1 500 rpm), centrifugace 5 min při 4 200 rpm.
• Filtrace: nylonovým injekčním filtrem do LC vialu a přímá injekce extraktu.
• Kalibrace a interní standardy: 73 cílových látek, 34 extrahovaných surrogátů a 3 neextrahované interní standardy; kalibrační rozsah v metanolu 0.01–50 µg/L (surogatní/ISTD konstantně 1 µg/L).
• QC design: matrix‑spiked QC na 1, 10 a 100 µg/kg (odpovídá 0.1, 1 a 10 µg/kg v extraktu) v trojité replikaci.

Instrumentace (klíčové komponenty a nastavení):

• UHPLC: Agilent 1290 Infinity III PFAS‑ready (High‑Speed Pump, Hybrid Multisampler) s možností velkoobjemové Feed Injection v 100% organickém rozpouštědle; optimalizované nastavení injekce: 30 µL, feed speed adaptivně 10 % pump flow.
• Kolona: Agilent ZORBAX RRHD Eclipse Plus C18, 2.1 × 100 mm, 1.8 µm.
• Detekce: Agilent 6475 LC/TQ v negativním ESI (Agilent Jet Stream), cyklový čas ~580 ms; optimalizované tokové a plynné parametry pro stabilní MRM přenosy.
• Mobilní fáze: 5 mM ammonium acetát ve vodě (A) a methanol (B); gradient ~12 minut run time + 2.5 min post‑time umožňující rychlé rozdělení 73 analyzátů.

Hlavní výsledky a diskuse

• Ultralow systémové pozadí: Procedurální blank vykázal minimální signál PFAS, což potvrzuje účinnost PFAS‑ready úprav UHPLC systému pro analýzy na úrovni µg/kg.
• Linearity: Všechny analyty měly v kalibračním rozsahu vynikající linearitu (R² > 0.992), ilustrativně potvrzeno pro PFOA, PFNA, PFOS a PFHxS.
• Citlivost a LOQ: Z 73 analyzovaných PFAS dosáhlo 65 sloučenin metody LOQ 1 µg/kg; mezi těmi jsou i všech 40 povinných PFAS dle EPA Method 1633. Některé poly‑a perfluorované fosfátové/etherické sloučeniny (6:8 PFPi, 8:8 PFPi) vyžadovaly stanovení LLOQ v čistém rozpouštědle z důvodu nízkých recovery v matrici.
• Recoveries: Přibližně 87 % analyzátů mělo recoveries v rozmezí 65–135 % na všech QR úrovních, což svědčí o vysoké extrakční účinnosti methanolového HUA protokolu pro široké chemické třídy PFAS.
• Reprodukovatelnost: Pro všechny 73 látek byly %RSD recoveries < 20 % (n = 6), u 20 vybraných klíčových PFAS %RSD ≤ 13 %, což znamená dobrou opakovatelnost end‑to‑end workflow.
• Optimalizace Feed Injection: 30 µL injekční objem s feed‑speed 10 % přinesl nejlepší kompromis mezi peak‑shape a signálem pro raně a pozdně elující analýty při separaci v ~12 min gradientu.
• Aplikace na reálné vzorky: Analýza neznámých vzorků (zkumavky pro odběr krve, stříkačky) odhalila stopové množství PFOA nad MDL, což demonstruje použitelnost metody pro rutinní screening i ověřování shody produktů.

Přínosy a praktické využití metody

• Metoda umožňuje citlivé a kvantitativní sledování širokého spektra PFAS v materiálech zdravotnických prostředků na úrovních µg/kg, vhodné pro kontrolu surovin i hotových výrobků.
• Nízké systémové pozadí a přímá injekce methanolických extraktů zvyšují throughput a snižují potřebu složitých čisticích kroků, což zrychluje analytický provoz v QA/QC laboratořích.
• Vysoká reprodukovatelnost a robustní kalibrace podporují použití při regulatorních testech, vývoji náhradních materiálů a posuzování rizika expozice pacientů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšiřování cílových seznamů: zahrnutí nových a vzácnějších PFAS a jejich transformací, včetně non‑target a suspect screening přístupů.
• Standardizace a shoda s metodami: další harmonizace s normami ISO, EPA a CEN/EN pro zdravotnické materiály a obaly.
• Automatizace a zvýšení throughputu: integrace plně automatizovaných preparativních kroků a datových workflow pro rozsáhlejší monitorovací programy.
• Sledování životního cyklu: aplikace metody pro hodnocení expozice z výroby, skladování a použití, včetně hodnocení degradace a emisí PFAS z produktů.

Závěr

Popisované analytické řešení kombinuje účinný methanolový HUA extrakční postup s PFAS‑optimalizovaným UHPLC a triple‑quadrupole detekcí. Takto vzniklé workflow poskytuje nízké pozadí, vysokou citlivost (většina analyzátů LOQ 1 µg/kg), dobré recoveries a opakovatelnost (%RSD < 20 %) a je prakticky použitelné pro výzkum i rutinní kontrolu PFAS ve zdravotnických materiálech. Metoda je vhodná pro podporu regulatorní shody a interní QA/QC programy výrobců zdravotnických pomůcek.

Reference

1. U.S. Food and Drug Administration. PFAS in Medical Devices.
2. NAMSA. Impact of PFAS Regulations on Medical Devices.
3. AdvaMed. PFAS in MedTech; September 2025.
4. European Chemicals Agency. REACH Restriction Proposal on Per‑ and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) – Questions and Answers; 2026.
5. European Chemicals Agency. Opinion on the PFAS Restriction Proposal under REACH; ECHA, 2026.
6. Agilent Technologies. PFAS Consumables Ordering Guide, publication 5994‑2357EN, 2024.
7. ISO 10993‑12:2021. Biological Evaluation of Medical Devices — Part 12: Sample Preparation and Reference Materials.
8. U.S. Environmental Protection Agency. Method 1633: Analysis of Per‑ and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) in Aqueous, Solid, Biosolids, and Tissue Samples by LC‑MS/MS; EPA 821‑R‑24‑001; 2024.
9. European Committee for Standardization. EN 17681‑1:2025: Textiles and Textile Products — Per‑ and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) — Part 1: Analysis of an Alkaline Extract Using LC‑MS/MS; 2025.