Anticipating emerging regulations: Direct injection LC-MS/MS quantification of C1–C4 ultrashort-chain PFAS in drinking water using the TSQ Altis Plus EFOX Edition

Význam tématu

Per- a polyfluoroalkylové látky (PFAS) s ultrakrátkým řetězcem (C1–C4) jsou vysoce mobilní, vysoce polarizované a obtížně odstraňitelné kontaminanty pitné vody. Zvyšující se regulační tlak a environmentální expozice vyžadují citlivé, selektivní a provozně robustní metody kvantifikace v ultra‑stopových koncentracích. Popisovaná metoda přímo vstřikované LC‑MS/MS poskytuje řešení pro rutinní monitorování a je připravena pro rozšíření regulací na tyto látky.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo vyvinout a ověřit přímou injekční LC‑MS/MS metodu pro kvantifikaci ultrakrátkých PFAS (C1–C4) v pitné vodě s nízkými limity kvantifikace (ng/L) a s vysokou selektivitou. Metoda kombinuje HILIC chromatografii pro lepší retenci vysoce polárních analytů, cílenou SRM detekci a dual‑CID (DSRM) pro MS3‑like potvrzení, stejně jako izotopově značené interní standardy pro korekci matrix efektů.

Použitá metodika

Popis klíčových kroků a parametrů metody:

• Příprava vzorků: jednoduché 1:1 (v/v) ředění pitné vody acetonitrilem; tento přístup snižuje eluační sílu vzorku, minimalizuje matrix efekty a umožňuje přímou injekci bez extrakce.
• Chromatografie: Hypersil GOLD HILIC (100 × 2.1 mm, 1.9 µm) s delay sloupcem; mobilní fáze A = 20 mM amonná forma ve vodě, B = ACN 95 % / izopropanol 5 %; tok 400 µL/min, injekce 5 µL, teplota 40 °C, doba běhu 15 min. Optimalizovaný krátký gradient a rychlá re‑ekvilibrace pro vysokou průchodnost.
• Hmotnostní spektrometrie: negativní ESI, SRM režim pro kvantifikaci a zajištění citlivosti; využití dual‑CID (S‑CID + ARC‑CID) pro generování DSRM (MS3‑like) potvrzovacích iontů u vybraných analytů.
• Kalibrace a interní standardy: standardní křivky v acetonitrilu 5–5 000 ng/L (pro většinu sloučenin), izotopicky značené IS (13C2‑TFA, 13C3‑PFPrA, 13C4‑PFBA, 13C3‑PFBS apod.) při 1 000 ng/L pro korekci potlačení signálu a ztrát.
• Kontaminace: používání PFAS‑free acetonitrilu a vody, polypropylénového náčiní, vyloučení PTFE komponent; systematické slepé vzorky a blanky v každé sadě.

Použitá instrumentace

Hlavní přístroje a software použitý v metodě:

• Thermo Scientific Vanquish Duo / Vanquish Flex UHPLC (Binary Pump, Dual Split Sampler, Column Compartment)
• Thermo Scientific TSQ Altis Plus EFOX Edition Triple Quadrupole Mass Spectrometer (SRM + dual‑CID DSRM)
• Hypersil GOLD HILIC analytický a delay sloupec
• Chromeleon CDS 7.3.2 pro řízení systému a zpracování dat

Hlavní výsledky a diskuse

Výkonnost metody a klíčová zjištění:

• Retence a separace: HILIC fáze zabezpečila přesun většiny C1–C4 analytů mimo mrtvý objem, dobré tvarování píků a snížení koeluce s matricí, včetně separace TFA od fronty rozpouštědla.
• Sensitivita a LOQ: za použití 5 µL injekce byly v roztoku dosažitelné LOQ typicky v rozsahu 5–100 ng/L pro většinu analyzovaných USC‑PFAS; TFA měla vyšší LOQ (500 ng/L v kalibraci) a metodický limit kvantifikace (MQL) v reálných vzorcích byl ovlivněn laboratorním pozadím (u TFA uvedeno MQL 1 000 ng/L v testovaných podmínkách).
• Linearity a přesnost: kalibrační křivky vykazovaly R² ≥ 0.99; odchylky měřených hodnot byly v validovaných bodech v mezích přijatelných validačních kritérií (≤40 % na LOQ, <20 % nad LOQ).
• Selektivita: dual‑CID DSRM přineslo MS3‑like potvrzení, zejména pro TFSI (přesné fragmenty 280→147→78), PFBSAm a PFBA, čímž se zlepšila jistota identifikace při stopových koncentracích.
• Matrix efekty a robustnost: ředění 1:1 ACN+vzorek snížilo ionizační potlačení, nicméně u některých analyzů (např. PFPrA) byla pozorována výrazná potlačení (~80 % u 13C3‑PFPrA) v důsledku „salt plug“ efektu; použití izotopových IS úspěšně korigovalo většinu těchto vlivů. Retenční časy i přesnost zůstaly stabilní během dlouhých sekvencí (RSD <20 %).
• Analýza reálných vzorků: ze šesti pitných vzorků (2 balené vody, 3 vodovodní, 1 fontána) byly většina USC‑PFAS nedetekovatelné; PFBA a PFPrA byly přítomny v nízkých koncentracích (části desítek ng/L) a TFA překračovalo MQL v několika vzorcích (měřené hodnoty až 2 351 ng/L v jednom vzorku).
• Recoveries: spike testy (10, 100, 1 000 ng/L) pro většinu analytů vykázaly vrácení v rozmezí ±20 %; u některých sloučenin (např. PFBSAm) byla vyšší variabilita.

Přínosy a praktické využití metody

Praktické výhody a oblast použití:

• Rychlý, škálovatelný workflow pro rutinní monitorování pitné vody bez potřeby složitých extrakcí (SPE), vhodný pro laboratoře se střední‑vysokou průchodností.
• Vysoká selektivita díky kombinaci SRM a DSRM a korekce pomocí izotopických IS zvyšují spolehlivost výsledků i v přítomnosti matrix interferencí.
• Připravenost na regulatorní rozšíření: metoda kvantifikuje široké spektrum C1–C4 PFAS, včetně výzev jako je TFA, a může být integrována do současných PFAS kontrolních protokolů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Doporučené směry dalšího rozvoje a nasazení:

• Snížení laboratorního pozadí PFAS (speciálně pro TFA a PFBA) prostřednictvím přísnější kontroly prostředí, spotřebního materiálu a pravidelných blanků k dosažení nižších LOQ.
• Rozšíření panelu analyzů a validace pro různé matrice (povrchové vody, surová voda) a implementace mezilaboratorních srovnání pro harmonizaci MQL.
• Automatizace předzpracování a vyšší průchodnost s cílem začlenit metodu do národních monitorovacích programů a regulací.
• Další využití dual‑CID přístupu pro komplexnější potvrzování struktur neznámých PFAS a transformovaných produktů.

Závěr

Popisovaná přímá injekční LC‑MS/MS metoda s HILIC chromatografií a TSQ Altis Plus EFOX (SRM + DSRM) poskytuje robustní a selektivní nástroj pro kvantifikaci ultrakrátkých PFAS v pitné vodě. Metoda dosahuje dobré linearity, opakovatelnosti a přijatelných LOQ pro většinu C1–C4 sloučenin, přičemž hlavním omezením jsou laboratorní pozadí a slanost matric. Díky své jednoduchosti a škálovatelnosti je metoda vhodná pro rutinní monitorování a pro adaptaci na budoucí regulační požadavky.

Reference

1. Jian, J. M.; 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. Chow, S. J.; et al. Detection of ultrashort-chain and other per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in U.S. bottled water. Water Res. 2021, 201, 117292.
3. European Parliament and Council of the European Union. Directive (EU) 2020/2184 of 16 December 2020 on the quality of water intended for human consumption.
4. U.S. Environmental Protection Agency (EPA). Drinking Water Research Methods: Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS).
5. Neuwald, I. J.; et al. Ultra‑Short‑Chain PFASs in the Sources of German Drinking Water: Prevalent, Overlooked, Difficult to Remove, and Unregulated. Environ. Sci. Technol. 2022, 56, 6380–6390.
6. Thermo Fisher Scientific. Application Brief 003941: Out-of-the-box workflow for PFAS quantitation using a targeted approach with the TSQ Altis Plus mass spectrometer.
7. 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.
8. Taniyasu, S.; et al. Analysis of trifluoroacetic acid and other short-chain perfluorinated acids (C2–C4) in precipitation by liquid chromatography–tandem mass spectrometry. Anal. Chim. Acta 2008, 619, 221–230.
9. Liang, S.-H.; et al. Analysis of ultrashort-chain and short-chain (C1 to C4) per- and polyfluorinated substances in potable and non‑potable waters. J. Chromatogr. Open 2023, 4, 100098.