Versatility of GC-Orbitrap mass spectrometry for the ultra-trace detection of persistent organic pollutants in penguin blood from Antarctica

Význam tématu

Persistující organické polutanty (POPs) představují vysoké riziko díky své toxicitě, stabilitě a schopnosti bioakumulace v potravních řetězcích. Polarita a dlouhý transport prostřednictvím atmosférických a oceánských proudů vedou k usazování POPs i v odlehlých oblastech, jako je Antarktida. Monitoring těchto látek v biologických matricích, například v krvi tučňáků, poskytuje cenné informace o environmentální expozici a umožňuje hodnocení účinnosti mezinárodních dohod o omezení POPs.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo ověřit výkonnost hmotnostního spektrometru Q Exactive GC Orbitrap pro rutinní ultra-tracení kvantifikaci POPs v krvi královských tučňáků z Antarktidy. Studie zahrnovala srovnání režimů plnoskenové analýzy, cíleného t-SIM a jejich simultánní kombinace s ohledem na citlivost, selektivitu a schopnost detekovat analyty v rozsahu částic na bázi biliontin (ppt).

Použitá instrumentace

• Hmotnostní spektrometr Thermo Scientific Q Exactive GC Orbitrap
• Autosampler Thermo Scientific TriPlus RSH
• Gas chromatograph Thermo Scientific TRACE 1310
• Kolonová vložka TraceGOLD TG-5SilMS (30 m × 0,25 mm × 0,25 μm)

Použitá metodika

Vzorky krve tučňáků (0,5–1 g) byly obohaceny o 13C značené standardy, extrahovány metodou kapalina–kapalina (hexan/ ethanol/ vodný roztok amonné soli) a následně čistěny na Florisil pevné fázi. Sušené extrakty se rekonstituovaly v hexanu a analyzovaly GC Orbitrap hmotnostním spektrometrem.

Parametry analýzy:

• Teplotní program GC: od 40 °C do 320 °C s několika rampami
• Ionizace: EI, energie 70 eV, zdroj 250 °C
• Akvizice: plnoskenový režim (60 000 FWHM) a cílený t-SIM (30 000 FWHM), simultánní získávání dat
• Mass range 50–600 Da, izolační okna 8 Da, lock mass 207,03235 m/z

Hlavní výsledky a diskuse

Plnoskenová analýza umožnila detekci několika PCB a OC pesticidů při koncentracích 1–38 pg na kolonu i přes výrazný chemický šum z matice. Cílený t-SIM výrazně zvýšil počet detekovaných kongenerů PCB (ze 4 na 16) a pesticidů (ze 4 na 10). Simultánní režim plnoskan/t-SIM umožnil zachovat schopnost kompletního plnoskenového sledování s citlivostí adekvátní pro stopové úrovně (< ppt) při zachování vysokého počtu detekcí.

Koncentrační rozmezí v krvi tučňáků:

• PCBs: 1,4–16,3 pg/g ww
• OC pesticidy: 0,9–290 pg/g ww (nejvyšší HCB 290 pg/g ww)

Limit kvantifikace se pohyboval mezi 0,1 a 14,2 pg/g ww v závislosti na sloučenině.

Přínosy a praktické využití metody

Nová metodika přináší:

• Ultratracení detekci POPs v biologických matricích odlehlých oblastí
• Vyšší selektivitu díky vysokému rozlišení Orbitrapu a izolačním oknům AQT
• Možnost simultánního získávání plnoskenových dat pro další nekotelenované screeningy

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozvoj environmentální hmotnostní spektrometrie směřuje k širšímu využití vysokého rozlišení pro neznámé screeningy a noncílené analýzy v biologii a ekotoxikologii. Automatizace přípravy vzorků, pokročilé datové zpracování a kombinace s dalšími třídícími technikami (LC, iontová mobilita) umožní komplexní sledování kontaminantů v různých materiálech a ekosystémech.

Závěr

Studie potvrdila, že Q Exactive GC Orbitrap nabízí vynikající citlivost a selektivitu pro kvantifikaci POPs na ultratraceních úrovních v krevních vzorcích tučňáků. Režim t-SIM významně zlepšil detekční schopnosti a simultánní plnosken/t-SIM zajišťuje rozsáhlá data pro cílené i necílené analýzy.

Reference

1. AMAP Assessment 2009 – Persistent Organic Pollutants (POPs) in the Arctic. Science of the Total Environment Special Issue, 408, 2851–3051, Elsevier 2010.
2. Kallenborn R., Breivik K., Eckhardt S. a kol. Long-term monitoring of persistent organic pollutants (POPs) at the Norwegian Troll station in Dronning Maud Land, Antarctica. Atmos. Chem. Phys. 2013, 13, 6983–6992.
3. Bengtson Nash S. Persistent organic pollutants in Antarctica: current and future research priorities. Journal of Environmental Monitoring 2011, 13, 497–504.