Two Nontargeted Screening Approaches for Examination of Drinking Water Before and After Treatment

Význam tématu

Nontargeted screening umožňuje komplexní detekci stopových organických sloučenin ve vodě bez předběžného výběru analyzovaných látek. Tato metoda je klíčová pro ochranu pitné vody, identifikaci neznámých kontaminantů a hodnocení účinnosti čisticích procesů. Kombinace vysokorozlišovací LC-QTOF hmotnostní spektrometrie a pokročilé datové analýzy přináší novou úroveň citlivosti a spolehlivosti.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo porovnat dva pracovní postupy na detekci a identifikaci podezřelých a neznámých složek v surové a upravené pitné vodě. První přístup (suspect screening) využívá simultánní nahrávání celého spektra MS/MS pro všechny ionty pomocí SWATH a následné vyhledávání ve spektrálních knihovnách. Druhý přístup kombinuje statistické nástroje (PCA, t-test) k výběru nejvýznamnějších signálů před vlastní identifikací.

Použitá metodika a instrumentace

Pro přípravu vzorků se použila SPE s Oasis HLB (500 mL vzorku), následovala eluce, vysušení pod dusíkem a rekonstituce do 100 µL. Chromatografické oddělení probíhalo na systému ExionLC AD s kolonkou Phenomenex Kinetex C18 (100×2,1 mm, 2,6 µm) při 30 °C s 16minutovým gradientem 0,1 % kyseliny mravenčí ve vodě a methanolu.

Použitá instrumentace

• SCIEX X500R QTOF LC-MS/MS se zdrojem Turbo V a ESI pro pozitivní i negativní režim
• SWATH (Data Independent Acquisition) s variabilními Q1 okny
• IDA (Data Dependent Acquisition) pro doplňková MS/MS spektra
• Software SCIEX OS pro vyhledávání ve spektrálních knihovnách
• MarkerView Software pro PCA, t-test a výběr Peaks of Interest

Hlavní výsledky a diskuse

Statistický přístup umožnil redukovat množinu desítek až stovek funkcí na klíčové rozdíly mezi surovou, upravenou a pokročile upravenou vodou. Mezi identifikované látky patřily korozní inhibitory, umělá sladidla, farmaceutika a transformované produkty pesticidů. Suspect screening odhalil např. fluorovaný derivát N-HOEAmP-FPrSA v RO odplachu a metabolit atrazinu (2-hydroxy-atrazin) ve vstupní vodě. Statistická workflow rovněž poukázala na sloučeniny, které se během AOP a klasické úpravy odbourávají, i na vzniklé produkty.

Přínosy a praktické využití metody

• SWATH zajišťuje MS/MS data pro všechny detekovatelné ionty bez nutnosti předběžné definice analyzovaných sloučenin
• Statistické nástroje výrazně omezují objem dat k interpretaci a usnadňují identifikaci markerů
• Široké spektrální knihovny zkracují čas ruční elucidace struktur
• Workflow je vhodný pro rutinní i výzkumné sledování kvality pitné vody

Budoucí trendy a možnosti využití

S rozvojem in silico fragmentačních algoritmů a rozšiřováním databází lze očekávat rychlejší a přesnější identifikaci neznámých kontaminantů. Integrace strojového učení pro automatické třídění signálů a predikci toxikologických vlastností zpřehlední screening. Propojení s environmentálními a meteorologickými daty zlepší pochopení osudu znečišťujících látek ve vodních zdrojích.

Závěr

Oba pracovní postupy představují flexibilní a citlivé přístupy k charakterizaci organických stopových kontaminantů ve vodě. Suspect screening poskytuje rychlý přehled o známých komponentech, statistický přístup pak umožňuje zacílit na nejvýznamnější diferenciální signály. Kombinace SWATH a pokročilých analytických nástrojů přispívá k efektivnějšímu monitoringu pitné vody a podpoře rozhodování o optimálních úpravárenských postupech.

Reference

• Schymanski EL, Jeon J, Gulde R, Fenner K, Ru MP, Singer HP, Hollender J. Identifying Small Molecules via High Resolution Mass Spectrometry: Communicating Confidence. Analytical Chemistry. 2014;86(12):2097–2098.
• Schreiber A, Pace N. Identifying Unexpected Environmental Contaminants with High-Resolution, Accurate Mass LC–MS-MS. LCGC Chromatography Online. 2010.