Analysis and Quantitation of Polyfluorinated Alkyl Substances (PFAS) in EPA Method 537.1 Using High Resolution Accurate Mass Spectrometry

Význam tématu

Per-/polyfluorované alkylové látky (PFAS) jsou vysoce perzistentní znečišťující látky potenciálně škodlivé pro lidské zdraví a životní prostředí. EPA metoda 537.1 je klíčová pro monitorování vybraných PFAS v pitné vodě. Vzhledem k tisícům možných neznámých PFAS je nutné využít vysokého rozlišení hmotnostní spektrometrie (HRMS) pro současnou kvantifikaci známých látek a identifikaci nových kontaminantů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo porovnat kvantitativní výkonnost kvadrupól-tofového (QTOF) spektrometru vůči tradičnímu trojitému kvadrupólu (QQQ) podle požadavků EPA Metody 537.1 a demonstrovat workflow pro detekci a předběžnou identifikaci neznámých PFAS v environmentálních vzorcích pitné vody.

Použitá metodika a instrumentace

Pro chromatografii byla použita kombinace dvou sloupců Shim-pack a gradientu vodného roztoku amonného acetátu a methanolu. ESI negativa byla optimalizována na QQQ (LCMS-8045) a aplikována na QTOF (LCMS-9030). Kvantifikace probíhala pomocí MRM na QQQ a high-resolution MRM na QTOF.

Seznam instrumentace:

• Nexera-X2 UHPLC systém
• Delay column Shim-pack XR-ODS (50×2 mm) a analytický column Shim-pack TM Velox (150×2.1 mm, 2.7 µm)
• LCMS-8045 a LCMS-9030 s ESI v negativním módu
• Podmínky: interface 100 °C, desolvation line 100 °C, heat block 200 °C, suchý plyn 5 L/min, nebulizační plyn 3 L/min

Hlavní výsledky a diskuse

Výsledky ukázaly, že kvantitační limity LOQ QTOF (<3 ng/L pro většinu PFAS) jsou srovnatelné s QQQ. Kalibrační křivky měly koeficient >0,99. Při testu na 25 ng/L pro 10 cílových PFAS dosáhl QTOF průměrné procento zpětného výtěžku 94–129 % s RSD pod 15 %, obdobně jako QQQ.
Workflow pro neznámé PFAS zahrnovalo:

1. Nahrání dat do LabSolutions Insight Explore
2. Identifikaci signálů absentech v blanku
3. Předpověď vzorce pomocí modulu Formula Predictor
4. Potvrzení pomocí MS/MS spekter a databáze DSSTox

Reprezentativně byla identifikována molekula C5H O2F9 (perfluorpentanová kyselina) na základě m/z 262.9751 a výběru čtyř kandidátů.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda QTOF nabízí:

• Kompletní kvantifikaci cílových PFAS dle EPA 537.1 s nízkými LOQ
• Současné screening neznámých PFAS bez nutnosti dodatečných analýz
• Rychlý a přehledný pracovní postup v softwaru Insight Explore

Umožňuje laboratorím plnit regulační požadavky a zároveň reagovat na objevování nových kontaminantů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se integrace ještě větších databází PFAS a pokročilých algoritmů pro předpověď vzorců. Kombinace HRMS s ion mobility spektrometrií by mohla zlepšit separaci izomerů PFAS. Vývoj vysoce citlivých přístupů pro ultra-stopová měření v životním prostředí je dalším směrem.

Závěr

QTOF HRMS prokazuje srovnatelnou kvantitativní výkonnost s QQQ v rámci EPA Metody 537.1 a navíc umožňuje efektivně detekovat a identifikovat neznámé PFAS. Implementace tohoto přístupu posiluje schopnost laboratoří sledovat širší spektrum perzistentních znečišťujících látek.

Reference

1. EPA Method 537 rev 1.1, Determination of Selected Perfluorinated Alkyl Acids in Drinking Water by SPE and LC/MS/MS, U.S. EPA, Sept. 2009.
2. EPA Method 537.1, Determination of selected per- and polyfluorinated alkyl substances in drinking water by SPE and LC/MS/MS, U.S. EPA, Nov. 2018.