Direct Injection Analysis of PFAS in Seawater UsingtheShimadzuLCMS-8060RX

Význam tématu

Per‑ a polyfluorované alkylové látky (PFAS) představují perzistentní, mobilní a bioakumulující kontaminanty s rostoucím regulačním dohledem. Monitorování PFAS v mořské vodě je kritické zejména tam, kde se mořská voda využívá jako zdroj pro odsolování pitné vody. Přímá injekce vzorků do LC‑MS/MS nabízí výrazné zrychlení a snížení rizika kontaminace při přípravě vzorků, avšak nese riziko zatížení přístroje solí a degradace analytické výkonnosti, což činí optimalizaci pracovního postupu zásadní pro rutinní analýzu.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem bylo vyvinout a ověřit přímou injekční LC‑MS/MS metodu pro stanovení 25 PFAS v mořské vodě na přístrojovém uspořádání Shimadzu Nexera LC‑40 (s PFAS‑Free kitem) v kombinaci s triple‑quadrupolárním LCMS‑8060RX. Studie se zaměřila na minimalizaci vlivu soli, potlačení pozadí PFAS z laboratorních komponent a na dosažení citlivosti a robustnosti potřebné pro koncentrace stopového řádu (0,5–50 ng/L).

Použitá metodika a instrumentace

Metodika:

• Vzorek: 600 µL mořské vody smíchané s 400 µL acidifikovaného organického rozpouštědla obsahujícího isotopicky značené interní standardy (25 ng/L).
• Injekce: 50 µL, prováděná jako „co‑injection“ s vodou (SIL‑40) za účelem snížení účinné organické síly na vstupu do kolony.
• Chromatografie: Shim‑pack GIST‑HP C18, 75 × 3 mm, 2 µm; průtok 0,4 mL/min; fázový systém A = 10 mM acetát amonný + 0,1 % kyseliny mravenčí, B = methanol; běh ~16 min, teplota kolony 45 °C; gradient optimalizovaný pro oddělení soli a PFAS.
• Řízení soli: instalace delay column a použití FCV‑20AH2 pro divertování počátečního eluentu do odpadu během okna eluování solí; validace profilu eluování iontovou chromatografií (IC) a vodivostními měřeními.
• Detekce: Heated‑ESI na LCMS‑8060RX s optimalizovanými parametry ionizace; kvantifikace pomocí izotopicky značených interních standardů a 1/x vážené lineární kalibrace s nuceným průchodem nulou.

Použitá instrumentace:

• Shimadzu Nexera LC‑40 UHPLC (PFAS‑Free kit: PFAS‑free tubing, in‑line filtry, delay column)
• Shimadzu SIL‑40 autosampler s funkcí co‑injection
• Shimadzu LCMS‑8060RX (triple quadrupole) s Heated‑ESI
• Shim‑pack GIST‑HP C18 kolona (75×3 mm, 2 µm)
• FCV‑20AH2 flow control valve pro automatické přepínání odpadu/MS
• LabSolutions Insight pro akvizici a zpracování dat
• Ion chromatograph (Nexera IC) pro ověření elučního profilu solí

Hlavní výsledky a diskuse

• Linearity a citlivost: Kalibrace v rozsahu 0,5–50 ng/L s R2 > 0,99 pro všechny analyty; kalibrační přesnosti v rozmezí 80–120 % (interní standardy).
• Recovery a opakovatelnost: Průměrné návratnosti 70–120 % pro většinu z 25 sledovaných PFAS při spikovacích úrovních 2, 5 a 10 ng/L. Výjimky: PFOS vykazoval >120 % při jedné úrovni (možné matrixové zesílení), a 11Cl‑PF3OUdS měl <70 % při 10 ng/L. RSD <10 % pro 20 ze 25 analytů při 2 ng/L; při vyšších hladinách byly RSD <10 % pro všechny.
• Řízení soli: Kombinace optimalizovaného počátečního gradientu, delay column a automatického přepínání FCV zabránila průchodu většiny anorganických solí do zdroje. Analýza časově rozdělených odpadních frakcí pomocí IC potvrdila, že sodné/chloridové ionty eluovaly v okně před změnou ventilu.
• Prevence precipitace a zlepšení špiček: Použití co‑injection vody snížilo efektivní obsah organiky na koloně při zachování koncentrace analyzovaných látek, což zlepšilo retenci a tvar vrcholů u časně eluujících (polárnějších) PFAS.
• Robustnost: Po sedmi po sobě jdoucích injekcích mořské vody nebyla zpozorována viditelná depozice soli na komponentách ESI, což naznačuje dobrou odolnost přístrojové sestavy při optimalizovaném workflow.

Přínosy a praktické využití metody

• Vyšší průtok práce díky eliminaci SPE a dalších časově náročných kroků přípravy vzorků, snížení rizika kontaminace během manipulace.
• Možnost rutinního monitoringu PFAS v mořské vodě a zdrojích pro odsolování, s dostatečnou citlivostí pro sledování nízkých ng/L úrovní.
• Redukce systémového pozadí PFAS díky PFAS‑Free komponentám a delay column, což zvyšuje spolehlivost stopové kvantifikace.
• Automatizované řízení toku (FCV) umožňuje dlouhodobější provoz bez častého čištění zdroje, snižuje náklady na údržbu.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření panelu analyzovaných PFAS, včetně nově regulovaných a transformačních produktů, s cílem splnit nové požadavky (EU 2020/2184, EPA Method 1633A).
• Integrace on‑line monitorování soli (IC nebo vodivost) pro dynamické řízení divertování a další zvýšení automatizace a bezpečnosti přístroje.
• Aplikace podobných přímých přístupů na jiné vysoce solné matrice (průmyslové odpadní vody, briny) a rozšíření do rutinních laboratoří vodního dohledu.
• Další optimalizace směsi organika/voda a autosamplerových strategií pro eliminaci precipitace a pro zlepšení přesnosti u problematických analytů (např. PFOS, chlorované deriváty).
• Potenciál pro miniaturizaci a multiplikaci paralelních linek pro vysokoprodukční analýzu ve velkých monitorovacích sítích.

Závěr

Studie prokázala, že přímá injekční LC‑MS/MS metoda na bázi Shimadzu Nexera LC‑40 s PFAS‑Free kitem a LCMS‑8060RX je životaschopným řešením pro kvantitativní stanovení 25 PFAS v mořské vodě. Klíčovými prvky úspěchu byly optimalizovaný počáteční gradient, použití delay column a automatické přepínání FCV pro divertování soli, spolu s technikou co‑injection vody ke zlepšení chromatografie. Výsledný workflow poskytuje vysokou citlivost, dobrou přesnost a opakovatelnost a významně zrychluje laboratorní workflow bez náročné extrakce vzorků, což jej činí vhodným pro environmentální sledování a kontrolu zdrojů pro odsolňování.

Reference

1. Directive (EU) 2020/2184 of the European Parliament and of the Council of 16 December 2020 on the quality of water intended for human consumption.
2. U.S. EPA. Method 1633A: Analysis of Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) in Aqueous, Solid, Biosolids, and Tissue Samples by LC‑MS/MS. Revision A, December 2024.