Overcoming analytical challenges for polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) analysis in environmental samples using gas chromatography – Orbitrap mass spectrometry

Význam tématu

Polybromované difenylethery (PBDE) představují důležitou skupinu trvanlivých organických znečišťujících látek používaných jako retardéry hoření v široké škále spotřebního zboží. Díky své vysoké stabilitě, bioakumulaci a potenciálním toxickým účinkům (karcinogenní a endokrinní narušení) jsou PBDE sledovány v životním prostředí, potravním řetězci i lidských vzorcích. Přísné regulace a zákazy používání některých PBDE (penta-, tetra- a deca-BDE) v mnoha zemích vyžadují robustní a citlivé analytické metody pro jejich monitorování.

Cíle a přehled studie / článku

Tato studie demonstruje výkonnost vysokorozlišovacího GC-Orbitrap™ GC-MS systému (Thermo Scientific Exactive GC Orbitrap) pro kvantitativní stanovení 27 PBDE kongenerů v různých reálných environmentálních vzorcích. Hlavním cílem je ukázat citlivost, selektivitu, linearitu, opakovatelnost i rychlost metody v matrice s vysokou komplexitou.

Použitá metodika a instrumentace

• Vzorky: tři sedimenty, tři vzorky čistírenských kalů, tři filtrační prachy a jeden vzorek vzduchu.
• Extrakce: Soxhlet s toluenem (24 h), následná čistící fáze na aktivované základní alumínové koloně (n-hexan/DCM, 80:20), koncentrace a rekonstituce v nonanu.
• Interní standardy: 13C-označené PBDE před extrakcí a před injekcí pro kontrolu výtěžnosti.
• Chromatografie: TRACE 1310 GC s PTV injektorem, TraceGOLD TG-PBDE kolona (15 m × 0,25 mm × 0,10 µm), přenosová linka 300 °C.
• Hmotnostní spektrometrie: Exactive GC Orbitrap GC-MS, elektronová ionizace (35 eV), full-scan m/z 68–1000, rozlišení 60 000 FWHM, režim cíleného SIM.
• Software: Chromeleon CDS 7.2 pro akvizici, zpracování a reportování.

Hlavní výsledky a diskuse

• Chromatografie: dobré rozlišení všech 27 kongenerů v čase <11 min, kritická dvojice BDE-49/BDE-71 plně separovaná.
• Citlivost: IDL v rozsahu 6–250 fg on-column, všechny PBDE detekovány v nejnižších kalibračních úrovních (1–5 ng/mL).
• Linearity: koeficienty determinace R2 > 0,995, rezidua <13 %RSD přes pět kalibračních bodů.
• Opakovatelnost v matrici: 12-injekční test na filtračním prachu ukázal 2–10 %RSD pro kvantifikační i kvalifikační ionty.
• Přesnost hmotnosti: <2 ppm pro každý isotopický iont PBDE včetně BDE-209.
• Reálné vzorky: převládající kongenery v kalech (BDE-209, 206, 207, 99), v prachu (BDE-209, 47, 99), v sedimentech (BDE-15, 47, 99) a ve vzduchu (BDE-47, 99, 100).

Přínosy a praktické využití metody

Vysoké rozlišení a přesnost hmotnosti Orbitrap GC-MS spolu s rychlou chromatografií umožňují spolehlivé monitorování PBDE v komplexních environmentálních matricích. Metoda je vhodná pro rutinní analýzu ve výzkumných a QA/QC laboratořích, díky vysoké citlivosti, selektivitě a robustnosti nabízí vyšší průchodnost vzorků a snížené meziproduktové interference.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření metodiky na další skupiny perzistentních organických látek (např. nových bromovaných retardérů, chlorovaných parafínů).
• Automatizace extrakční a čistící přípravy pro zvýšení throughput.
• Integrace s databázemi vysokorozlišovacích spekter a nativními screeningovými přístupy pro rychlé záchytné studie nových kontaminantů.
• Vývoj menších kapilárních GC sloučených s Orbitrap detektory pro offline/online monitoring kvality ovzduší a vody v terénu.

Závěr

Thermo Scientific Exactive GC Orbitrap GC-MS v kombinaci s TRACE 1310 GC poskytuje vysoce citlivou, selektivní a rychlou metodu pro přesné stanovení PBDE v různých environmentálních vzorcích. Vysoké rozlišení hmotnosti, vynikající linearita a opakovatelnost potvrzují vhodnost technologie pro rutinní screening a kvantifikaci perzistentních organických znečišťujících látek.

Reference

• Alaee M, Arias P, Sjödin A, Bergman A. An overview of commercially used brominated flame retardants, their applications, their use pattern in different countries/regions, and possible modes of release. Environ Int. 2003;29:683–699.
• Hites RA. Polybrominated diphenyl ethers in the environment and in people: a meta-analysis of concentrations. Environ Sci Technol. 2004;38:945–956.
• Costa LG, Giordano G, Tagliaferri S, Caglieri A, Mutti A. Polybrominated diphenyl ether (PBDE) flame retardants: environmental contamination, human body burden and potential adverse health effects. Acta Bio-med. 2008;79(3):172–183.
• Guidance for the inventory of polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) listed under the Stockholm Convention on POPs. UN Environment Programme. 2018.