Out-of-the-box workflow for PFAS quantitation using a triple quadrupole approach with the TSQ Altis Plus mass spectrometer

Význam tématu

Per- a polyfluorované alkylové látky (PFAS) jsou environmentálně perzistentní „forever chemicals“ s širokým použitím v průmyslu a spotřebitelských produktech. Jejich odolnost a bioakumulace vedou k dlouhodobé kontaminaci vodních zdrojů a rizikům pro zdraví. Regulace EU i národních orgánů zpřísňují limity a rozšiřují seznam sledovaných sloučenin, což vyžaduje spolehlivé, citlivé a robustní analytické workflow schopné detekovat široké spektrum PFAS v různých vodních matricích.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem aplikace bylo demonstrovat kvantifikační schopnosti workflow založeného na triple kvadrupolu Thermo Scientific TSQ Altis Plus pro 61 PFAS ve methanolických extraktech. Studie se zaměřila na ověření limitu kvantifikace (LOQ), linearity, reprodukovatelnosti a robustnosti metody pro vzorky pitné vody, povrchové vody, podzemní vody i odpadních vod.

Použitá metodika a instrumentace

• HPLC/MS konfigurace: Vanquish Flex Binary UHPLC (2 pumpy), Vanquish Duo autosampler, Vanquish kolonk. komora (55 °C) spojená s TSQ Altis Plus triple kvadrupolem.
• Kolony: Thermo Scientific Hypersil GOLD 50 × 2.1 mm a 100 × 2.1 mm, 1.9 µm.
• Mobilní fáze: voda a methanol, obě s 0,1 mM ammoniumfluoridu; gradientová separace, celkový běh 13 min, injekční objem 10 µL.
• MS: HESI zdroj v negativním režimu; akvizice cílené MRM (2 přechody na analyzát pro kvantifikaci a potvrzení), Q1 0.7 FWHM, Q3 1.2 FWHM.
• Kalibrace: standardy v methanolu 25–5 000 ng/L (některé rozsahy od 100 nebo 1 000 ng/L), interní standardní mix 22 značených látek (500 ng/L), ≥5 úrovní v křivce.
• Vzorková příprava kompatibilní se standardními technikami: solid phase extraction (SPE) a automatizované DLLME; metoda akceptuje koncentrační faktory běžné pro SPE (až 100×–500×).
• Hardware a provozní doporučení: použití delay column mezi pumpou a autosamplerem a silného solvent loopu pro ochranu proti kontaminaci a snížení problémů při vysokém organickém zatížení.

Hlavní výsledky a diskuse

• Rozsah cílení: analýza 61 PFAS s robustními MRM přechody, včetně náročných skupin jako FTOH a FTAB, které byly separovány jedním HPLC během.
• Senzitivita: LOQ v roztoku typicky 50–250 ng/L (většina látek ~50 ng/L), pro menší počet sloučenin až 500 ng/L. Při 500× koncentrování SPE odpovídají LOQ v matricích přibližně 0,1–1 ng/L, což odpovídá požadavkům evropských limitů.
• Linearity a přesnost: každá sloučenina ověřena alespoň na pěti kalibračních křivkách; kritéria: R² ≥ 0,990, zpětně vypočtené hodnoty ±40 % na LOQ a ±20 % pro ostatní úrovně. Tyto limity byly splněny pro většinu analytů.
• Robustnost: do kontroly robustnosti bylo zařazeno 40 extraktů z různých matric s QC injekcemi na úrovni LOQ každých 10 vzorků během 17 hodin (70 injekcí). Bez nutnosti údržby nebo ladění MS byly rel. odchylky i biasy v přijatelných mezích a LOQ stabilní.
• Interference a pozadí: laboratořské pozadí PFAS limituje praktické LOQ – například PFBA a PFPeA mohou být pozorovány kvůli kontaminaci z spotřebního materiálu nebo atmosféry. Doporučuje se monitorovat lokální laboratorní pozadí při nastavování LOQ.

Přínosy a praktické využití metody

• Ready-to-go workflow: kompletně zdokumentovaná metoda včetně instrumentálních metod, procesních šablon a datových sad pro rychlé nasazení v analytických laboratořích.
• Kompatibilita s regulacemi: navrženo tak, aby vyhovovalo požadavkům Směrnice EU o pitné vodě (0,1 µg/L pro sumu 20 PFAS; 0,5 µg/L pro celkové PFAS) a dalším lokálním požadavkům a doporučením.
• Široké spektrum analyzovaných látek: zahrnuje regulované i emerging PFAS, což umožňuje laboratorím adaptovat se na měnící se legislativu.
• Flexibilita vzorkové přípravy: metoda je použitelná se standardním SPE, automatizovanou DLLME i jinými koncentračními postupy.
• Praktické tipy: použití delay column a silného solvent loopu pro snížení kontaminace a integrace 22 značených interních standardů pro korekci maticových efektů a extrakčních ztrát.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšiřování cílových seznamů PFAS podle nových regulací (např. navrhovaná kvalita pro sumu 24 PFAS ve vodách) bude vyžadovat flexibilní metody; tento workflow je připraven pro adaptaci a rozšíření metodiky.
• Integrace vysoce automatizovaných přípravných technik (DLLME, automatizované SPE) pro zvýšení throughput a snížení variability mezi operátory.
• Další práce na snižování laboratorního pozadí a standardizaci kontroly čistoty prostředí pro dosažení nižších reálných LOQ v praxi.
• Rozvoj komplementárních přístupů (např. HRMS screening) pro neznámé PFAS a nekonvenční transformované produkty, které nejsou zahrnuty v cílených panelech.

Závěr

Prezentovaný TSQ Altis Plus workflow poskytuje ověřenou, citlivou a robustní platformu pro kvantitativní analýzu širokého spektra PFAS v methanolických extraktech i koncentrovaných vzorcích vody. Metoda kombinuje cílenou MRM akvizici, validovanou linearitu a stabilitu LOQ s praktickými doporučeními pro minimalizaci kontaminace. Je vhodná pro monitorování v souladu s aktuálními evropskými požadavky a pro nasazení v rutinních environmentálních laboratořích.

Reference

1. Jian JM et al. A short review on human exposure to and tissue distribution of per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs). Sci Total Environ. 2018;636:1058–1069.
2. Fenton SE et al. Per‑ and polyfluoroalkyl substance toxicity and human health review: Current state of knowledge and strategies for informing future research. Environ Toxicol Chem. 2021;40(3):606–630.
3. 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.
4. Johanson S et al. Policy briefing: Toxic tide rising: time to tackle PFAS – National approaches to address PFAS in drinking water across Europe. European Environmental Bureau; 2023.
5. US EPA. Drinking Water Research Methods.
6. Thermo Fisher Scientific. Application Note 002902: Direct injection of drinking water for the analysis of 54 PFAS compounds by LC-MS/MS aligned with current and evolving global regulations.
7. Thermo Fisher Scientific. Application Brief 003164: Dispersive liquid-liquid microextraction for the automated sample preparation of PFAS in drinking water.
8. Thermo Fisher Scientific. Application Note 73883: Determination of PFAS in drinking water using automated SPE and LC-MS/MS for U.S. EPA Method 533.
9. Thermo Fisher Scientific. Application Note 73346: Determination of PFAS in drinking water using automated SPE and LC-MS/MS.
10. Thermo Fisher Scientific. Application Brief 003940: Out-of-the-box workflow for PFAS quantitation using Orbitrap Exploris MX (alternativní přístup).