Citlivé a reprodukovatelné stanovení nitrosaminů metodou GC/MSD

Analýza sedmi nitrosaminů pomocí přístroje Agilent 5977 GC/MSD v režimu pozitivní chemické ionizace (PCI) s amoniakem

Yufeng Zhang a Lay Peng Tan (Agilent Technologies, Inc.)

Abstrakt

Byla vyvinuta kvantitativní metoda pro stanovení sedmi nitrosaminů, včetně N-nitrosodimethylaminu (NDMA), založená na analytickém postupu podle metody US EPA 521. Regulační orgány stanovují limity nebo doporučené hodnoty pro obsah NDMA v pitné vodě, což zvyšuje potřebu citlivých a robustních analytických metod. Tato studie ukazuje, že přístroj Agilent 5977 GC/MSD pracující v režimu pozitivní chemické ionizace (PCI) s amoniakem dosahuje přístrojových detekčních limitů v řádu jednotek ppt pro všech sedm sledovaných sloučenin (0,0063 až 0,0655 ppb). Metoda rovněž vykazuje dobrou opakovatelnost – relativní směrodatná odchylka plochy píku byla < 4,8 % při šesti měřeních standardu o koncentraci 0,1 ppb pro NDMA, NMEA, NDEA, NDPA, NPIR a NDBA a standardu o koncentraci 0,5 ppb pro NPYR.

Úvod

Nitrosaminy představují dobře známou skupinu karcinogenních sloučenin, které jsou již několik desetiletí předmětem intenzivního vědeckého výzkumu i regulačního posuzování.¹ V posledních letech zavedly různé regulační autority doporučené hodnoty pro obsah N-nitrosodimethylaminu (NDMA) v pitné vodě. NDMA vzniká jako vedlejší produkt při dezinfekci pitné vody během procesů její úpravy.

V roce 2004 zveřejnila Americká agentura pro ochranu životního prostředí (US EPA) metodu EPA 521, analytickou metodu založenou na GC/MS pro stanovení sedmi nitrosaminů, včetně NDMA, v pitné vodě, která slouží jako podpora monitorovacích a regulačních programů.²

V roce 2010 navrhla organizace Health Canada maximální přípustnou koncentraci NDMA v pitné vodě ve výši 40 ng/l³. V Evropské unii zavedlo několik členských států vlastní národní limity pro obsah nitrosaminů v pitné vodě. Například v Německu je koncentrace NDMA 10 ng/l považována za mezní hodnotu, při jejímž překročení musí být zahájena nápravná opatření ke snížení jeho koncentrace.⁴

Tato aplikační poznámka demonstruje schopnost systému Agilent 5977 Series GC/MSD zajistit reprodukovatelné stanovení sedmi nitrosaminů zahrnutých v metodě EPA 521 s lineární odezvou při použití pozitivní chemické ionizace (PCI) s amoniakem.

• Chemická ionizace (CI) je metoda měkké ionizace používaná v hmotnostní spektrometrii, která prostřednictvím řízených reakcí mezi ionty a molekulami zvyšuje intenzitu molekulárních iontů. Při CI je nejprve ionizován reagenční plyn a vzniklé reagenční ionty následně přenášejí náboj na molekuly analytu. Výsledkem je podstatně nižší míra fragmentace než při klasické elektronové ionizaci (EI).
   
• Pozitivní chemická ionizace (PCI) dále zvyšuje citlivost tím, že generuje převážně protonované molekulární ionty [M + H]⁺. Tím koncentruje iontový signál do jednoho vysoce zastoupeného iontu, poskytuje vyšší odezvu a zlepšuje poměr signálu k šumu při analýze stopových koncentrací. Amoniak je pro PCI obzvláště účinným reagenčním plynem díky účinnému přenosu protonů, nízkému spektrálnímu pozadí a schopnosti vytvářet stabilní molekulární ionty s vysokou intenzitou.

Díky těmto vlastnostem představuje PCI s amoniakem velmi vhodný ionizační režim pro citlivou a selektivní analýzu malých polárních kontaminantů, jako jsou nitrosaminy, u nichž je zásadní detekce velmi nízkých koncentrací i spolehlivá identifikace molekulárních iontů.

Tabulka 1. Sedm nitrosaminů zahrnutých do metody EPA 521

Altium International: Citlivé a reprodukovatelné stanovení nitrosaminů metodou GC/MSD

Experimentální část

Reagencie a standardy

• Standardy nitrosaminů a dichlormethan byly zakoupeny od společnosti Sigma-Aldrich.
• Kalibrační pracovní roztoky byly připraveny v dichlormethanu.

Parametry přístroje

Provozní podmínky a parametry analýzy přístroje Agilent 5977 GC/MSD jsou uvedeny v tabulkách 2 a 3.

Tabulka 2. Provozní parametry přístroje Agilent 5977 GC/MSD pro analýzu nitrosaminů

Altium International: Citlivé a reprodukovatelné stanovení nitrosaminů metodou GC/MSD

Tabulka 3. Parametry režimu SIM přístroje Agilent 5977 GC/MSD pro analýzu nitrosaminů

Altium International: Citlivé a reprodukovatelné stanovení nitrosaminů metodou GC/MSD

Výsledky a diskuse

Kalibrační křivky

Pro sedm nitrosaminů byly vyhodnoceny desetibodové kalibrační křivky v koncentračním rozmezí 0,1 až 20 ppb (0,1; 0,2; 0,25; 0,5; 1; 2; 5; 8; 10 a 20 ppb). Výsledky jsou uvedeny v tabulce 4 a na obrázku 1. U NDMA, NMEA, NDEA, NDPA, NPIR a NDBA byla dosažena vynikající linearita s koeficientem determinace (R²) 0,9989 nebo vyšším v celém kalibračním rozsahu 0,1 až 20 ppb. Dobrou linearitu vykazoval také NPYR s hodnotou R² 0,9987 v koncentračním rozmezí 0,5 až 20 ppb.

Tabulka 4. Výsledky kalibrace nitrosaminů

Altium International: Citlivé a reprodukovatelné stanovení nitrosaminů metodou GC/MSD

Obrázek 1. Kalibrační křivky standardů nitrosaminů v dichlormethanu

Altium International: Citlivé a reprodukovatelné stanovení nitrosaminů metodou GC/MSD

Opakovatelnost

Opakovatelnost byla hodnocena na nejnižší kalibrační úrovni 0,1 ppb pro NDMA, NMEA, NDEA, NDPA, NPIR a NDBA a při koncentraci 0,5 ppb pro NPYR. Pro každý analyt bylo provedeno šest opakovaných nástřiků. Výsledky jsou shrnuty v tabulce 5 a na obrázcích 2A a 2B. Byla prokázána vynikající opakovatelnost – hodnoty RSD plochy píku < 4,8 % a hodnoty RSD vypočtené koncentrace < 3,7 %, což potvrzuje vysokou stabilitu odezvy přístroje a spolehlivou kvantifikaci i na nejnižších kalibračních úrovních.

Tabulka 5. Hodnoty %RSD pro standardy nitrosaminů při nejnižší kalibrační koncentraci

Altium International: Citlivé a reprodukovatelné stanovení nitrosaminů metodou GC/MSD

Obrázek 2A. Překryté chromatogramy NDMA, NMEA, NDEA, NDPA, NPIR a NDBA při koncentraci 0,1 ppb

Altium International: Citlivé a reprodukovatelné stanovení nitrosaminů metodou GC/MSD

Obrázek 2B. Překryté chromatogramy NPYR při koncentraci 0,5 ppb

Altium International: Citlivé a reprodukovatelné stanovení nitrosaminů metodou GC/MSD

Detekční limity přístroje (IDL)

Detekční limity přístroje (Instrument detection limit, IDL) byly vypočteny s 99% statistickou spolehlivostí, že naměřený signál analyzované látky představuje skutečnou koncentraci větší než nula. V této studii byly IDL stanoveny na základě analýzy šesti opakovaných nástřiků standardu s nejnižší kalibrační úrovní.

IDL byly vypočteny podle následujícího vztahu:

IDL = (t_{α, n–1}) × (%RSD) × (koncentrace standardu)/100

kde:

• t_{α, n–1} je Studentova hodnota t odpovídající zvolené úrovni spolehlivosti a počtu stupňů volnosti (n = 6, tedy n – 1 = 5),
• %RSD je relativní směrodatná odchylka šesti opakovaných nástřiků,
• koncentrace standardu je koncentrace nejnižšího kalibračního standardu použitého pro stanovení IDL.

Při 99% úrovni spolehlivosti a pěti stupních volnosti odpovídá hodnota t_α,5 hodnotě 3,365.

Na základě tohoto výpočtu byly stanoveny IDL v rozmezí 0,0063 až 0,0655 ppb, jak uvádí tabulka 6.

Tabulka 6. Detekční limity přístroje (IDL) systému Agilent 5977 GC/MSD pro nitrosaminy

Altium International: Citlivé a reprodukovatelné stanovení nitrosaminů metodou GC/MSD

Závěr

Studie prokázala, že systém Agilent 5977 GC/MSD pracující v režimu PCI s amoniakem poskytuje citlivost, přesnost a reprodukovatelnost potřebné pro stanovení nitrosaminů ve stopových koncentracích.

Metoda vykázala vynikající linearitu s R² 0,9989 nebo vyššími v koncentračním rozmezí 0,1 až 20,0 ppb pro šest nitrosaminů a s hodnotou R² 0,9987 v rozmezí 0,5 až 20,0 ppb pro NPYR. Analytická opakovatelnost byla velmi dobrá, s hodnotami %RSD < 4,8 % na nejnižší kalibrační úrovni, což svědčí o stabilní a konzistentní odezvě přístroje. IDL se pohybovaly v rozmezí 0,0063 až 0,0655 ppb, což dokazuje schopnost systému spolehlivě odlišit signál analytu od šumu přístroje.

Celkově tyto výsledky potvrzují vhodnost systému Agilent 5977 GC/MSD jako citlivé a spolehlivé platformy pro analýzu nitrosaminů v aplikacích vyžadujících detekci stopových koncentrací.