Novel, rapid, and flexible tandem dispersive liquidliquid microextraction for the determination of PFAS in environmental samples

Význam tématu

PFAS (per‑ a polyfluorované alkylové látky) jsou široce rozšířené, vysoce perzistentní kontaminanty s rostoucí poptávkou po spolehlivém monitoringu v životním prostředí. Jejich analýza vyžaduje citlivé, reprodukovatelné a průmyslově škálovatelné postupy, které splňují přísné regulační limity a zároveň omezují spotřebu rozpouštědel a manipulaci s laboratoří. Automatizovaná tandemová DLLME (dispersive liquid–liquid microextraction) představuje řešení umožňující rychlé, úsporné a univerzální zpracování různých typů vzorků (pitná voda, odpadní voda, půda, průmyslové výluhy) před LC‑MS analýzou.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem práce bylo předvést zjednodušený a plně automatizovaný workflow pro stanovení až 61 cílových PFAS v různých environmentálních matricích pomocí tandemové DLLME s následnou analýzou buď v režimu SRM na triple kvadrupólu (TSQ Altis Plus EFOX), nebo ve full‑scan vysokém rozlišení na Orbitrap Exploris EFOX. Studie hodnotí výkonnost, přesnost, reprodukovatelnost a srovnatelnost s tradičními SPE postupy včetně porovnání s výsledky akreditované laboratoře.

Použitá metodika a instrumentace

Automatizovaná příprava vzorků:

• Tandemová dispersivní liquid–liquid mikroextrakce (DLLME) prováděná na autosampleru s automatizovaným workflow (TriPlus RSH SMART autosampler řízený Chromeleon CDS 7.3.2).
• Spotřeba rozpouštědel cca 2 mL na vzorek (včetně extrakční směsi a čistícího/injekčního rozpouštědla).
• Pro zvýšení výtěžnosti se u půdních vzorků používá 1 g vzorku ředěného vodou; u silně zamulovaných nebo bohatých vzorků se aplikuje ředění podle potřeby.

Detekční a separační techniky:

• Chromatografie: Vanquish Duo UHPLC, možnost jedné nebo dvou paralelních kolonek (Hypersil GOLD C18 a C8 pro potvrzení selektivity).
• Hmotnostní spektrometrie: dva alternativní přístupy
  • Triple kvadrupól: TSQ Altis Plus EFOX v SRM režimu pro cílenou, vysokopropustnou kvantifikaci s dvěma SRM přechody a kontrolou iontového poměru.
  • HRMS: Orbitrap Exploris EFOX v full‑scan režimu (60 000 rozlišení) s extrakcí m/z v okně ±5 ppm, umožňující cílenou i retrospektivní analýzu.
• Software: Chromeleon CDS 7.3.2 pro řízení přípravy i analýzy a pro automatizovanou integraci/datovou kontrolu.

Hlavní výsledky a diskuse

• Metoda byla validována pro sadu 61 PFAS vybraných podle evropských a amerických předpisů (včetně 40 látek sledovaných v rámci EU Drinking Water Directive a dalších sledovaných komponent/nových sloučenin jako GenX).
• Výkon: dávka 54 vzorků za 8 hodin (neobsluhovaný provoz), efektivně ~9 minut na vzorek; dvě vzorky připravené paralelně kvůli vyvažování odstředivky, kompletní extrakční postup ~18 minut pro dvojici vzorků.
• Snižuje spotřebu rozpouštědel a eliminuje potřebu filtrů či SPE cartridgí, čímž klesají náklady i environmentální zátěž.
• Kvantifikace a přesnost: DLLME + LC‑MS (obě platformy) dosahuje srovnatelných výsledků s klasickým SPE + LC‑MS použitým nezávislou akreditovanou laboratoří. U půdního spike testu při 750 ng/kg byly recovery typicky v rozmezí přibližně 95–127 % (u vybraných PFAS), což svědčí o dobré výtěžnosti a opakovatelnosti.
• Matricové efekty: zjednodušená matričně extrahovaná kalibrace porovnávaná se standard addition metodou ukázala podobné kvantitativní výsledky; porovnání přímé kalibrace, korekce o recovery a standard addition dalo konzistentní výsledky i v komplikovaných průmyslových výluzích.
• Porovnání platforem: triple kvadrupól (TSQ Altis Plus EFOX) poskytuje robustní, rychlou SRM kvantifikaci s kontrolou iontových poměrů; Orbitrap (Exploris EFOX) full‑scan umožňuje vysoké rozlišení signálu, lepší rozlišení interferencí, zpětnou analýzu a jednodušší vývoj metod bez nutnosti rozsáhlého nastavení SRM přechodů. Obě metody splňují regulační požadavky EU a US (EURL, EPA methody).
• Praktické ukázky: analyzována byla pitná voda (tap water), groundwater s barevným sedimentem, různé průmyslové výluhy (CaCl2 a CaCO3/Fe3+ matrix) a půda; získaná množství PFAS v analyzovaných případech byla v souladu se srovnávacími metodami.

Přínosy a praktické využití metody

• Velká laboratoř: vysoká průchodnost a možnost „walkaway“ provozu umožňují uvolnit personál pro jiné úlohy.
• Flexibilita: jeden jednotný extrakční protokol pro různé matrice zvyšuje rychlost odezvy laboratoře na různorodé vzorky a usnadňuje implementaci.
• Úspora nákladů a menší ekologická zátěž díky výrazně nižší spotřebě rozpouštědel a eliminaci spotřebního materiálu (SPE cartridgí, filtrů).
• Snížené riziko kontaminace pracovního prostředí a expozice uživatele organickým parám díky plné automatizaci.
• Regulační kompatibilita: metoda dosahuje citlivosti a přesnosti potřebné pro splnění požadavků EU a USA pro stanovení PFAS v pitné vodě a dalších matricích.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření HRMS přístupů: full‑scan vysokého rozlišení umožní rozvoj nereferenčního a retrospektivního screeningu neznámých PFAS a metabolitů a tím lepší sledování emergentních kontaminantů.
• Standardizace a harmonizace: zavedení automatizované DLLME do valídačních schémat a regulačních metod jako alternativa k SPE pro širší rozsah matric.
• Integrace s LIMS a pokročilou datovou analýzou: automatické workflowy a pokročilé QC/automatická vlajkovací logika (iontové poměry, HR kontrola) pro další zefektivnění provozu.
• Další miniaturizace extrakce a kombinace s dalšími technikami (např. on‑line střídavé kolony) pro ještě vyšší propustnost a nižší spotřebu materiálu.
• Aplikace v monitoringu potravin a biologických vzorků: přizpůsobení DLLME protokolu rozličným matrice pro rozšíření sledování expozice PFAS.

Závěr

Automatizovaná tandemová DLLME v kombinaci s LC‑MS (buď SRM na TSQ Altis Plus EFOX, nebo full‑scan na Orbitrap Exploris EFOX) nabízí rychlý, úsporný a univerzální postup pro kvantifikaci PFAS v různých environmentálních matricích. Metoda poskytuje srovnatelnou přesnost a citlivost jako tradiční SPE/LC‑MS přístupy, současně zkracuje čas přípravy, snižuje spotřebu rozpouštědel a minimalizuje riziko kontaminace. Díky možnosti nepřetržitého provozu a kompatibilitě s regulačními požadavky je vhodná pro rutinní monitorování i rozšířené screeningové aplikace.

Reference

• Thermo Fisher Scientific Application Brief 003164: Dispersive liquid–liquid microextraction for the automated sample preparation of PFAS in drinking water.
• Thermo Fisher Scientific Poster: PFAS analysis strategy story – direct injection, DLLME, LC‑MS/MS, LC‑Orbitrap / GC‑Orbitrap.
• Application note AN003992 (Thermo Fisher Scientific): Novel, rapid, and flexible tandem dispersive liquid–liquid microextraction for the determination of PFAS in environmental samples, 2025.