eBook Thermo Scientific Orbitrap Exploris GC Mass Spectrometer

Význam tématu

PCBs (polychlorované bifenyly) a PAHs (polycyklické aromatické uhlovodíky) patří mezi perzistentní organické znečišťující látky, které se akumulují v půdách a mohou vstupovat do potravních řetězců. Kvůli jejich toxicitě i v nízkých koncentracích a trvanlivosti v životním prostředí je nezbytné monitorovat jejich výskyt a hladiny. Zahrnutí dalších odvozených PAHs (např. oxy- a methyl-PAHs) a NSO-PAHs (obsahující N, S či O) do rutinních analýz rozšiřuje možnosti detekce vysoce toxických metabolitů a poskytuje komplexnější pohled na kontaminaci půdy.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo vyvinout a ověřit zkrácenou a efektivní metodu pro současnou detekci šestnácti EPA PAHs, sedmi PCB, tří oxyPAHs, deseti methylPAHs a devíti NSO-PAHs v půdních vzorcích. Metoda spojuje rychlou přípravu vzorků pomocí modifikovaného QuEChERS postupu se zkrácenou GC separací (<20 min) a vysoce selektivní detekcí na Orbitrap Exploris GC MS v režimu full scan.

Použitá metodika a instrumentace

• Příprava vzorku: Půda sušená a homogenizovaná, extrakce podle modifikovaného QuEChERS, čištění na dSPE (C18, MgSO4, PSA).
• Chromatografie: Thermo Scientific TRACE 1310 GC, kolona TraceGOLD TG-5 SilMS (30 m × 0,25 mm × 0,25 µm), program 40 °C–350 °C (20 min).
• Automatické nanášení: TriPlus RSH autosampler (1 µL injekce, splitless).
• Hmotnostní spektrometrie: Thermo Scientific Orbitrap Exploris GC, ExtractaBrite EI zdroj, rozlišení 60 000 FWHM (m/z 200), full scan m/z 50–550, doplňkově PCI pro potvrzení molekulárních iontů.
• Software: Chromeleon 7.3 CDS pro řízení, TraceFinder a Compound Discoverer 3.2 pro kvantitativní zpracování, screening, dekonvoluci a vyhledávání ve spektrálních knihovnách (NIST 2017).

Hlavní výsledky a diskuse

• Sensitivita (MDL): 45 cílových analytů dosáhlo detekční limity 118–475 fg na koloně (~0,1–0,5 µg/kg v půdě).
• Limit kvantifikace (LOQ): 0,5–5 µg/kg (18 opakovaných měření, iontové poměry ±30 %, RSD < 15 %).
• Linearita: Kalibrace 0,1–500 pg/µL (0,1–500 µg/kg) s R2 ≥ 0,995, průměrný RSD kalibračních faktorů < 13 %.
• Obnova: Opakovatelnost (n = 7) modifikovaného QuEChERS 64–93 % (průměr 79 %, RSD < 5 %).
• Výkonnost v půdě: nízké natívní koncentrace (např. PCB-28 0,6 µg/kg, PAHs 0,6–1,3 µg/kg) potvrzené iontovými poměry (< 6 % odchylka) a hmotnostní přesností (≤ 0,5 ppm).
• Robustní provoz: bez údržby MS či seříznutí kolony po 500 injekcích, zachování citlivosti a přesnosti.
• Screening neznámých: dekonvoluce EI dat GC-FS, vyhledání v NIST spektrální knihovně, putativní identifikace komponent (s NIST si > 750), retrospektivní analýza.
• Potvrzení molekulárního iontu PCI: příklad pyriproxyfenu, detekce aduktů [M+H]+ a [M+C2H5]+ s hmotnostní chybou < 0,1 ppm.

Přínosy a praktické využití metody

• Konsolidace metod: jediné LC-GC a full scan MS data umožňuje současnou analýzu různých tříd kontaminantů.
• Vyšší průtok vzorků: 20× rychlejší než standardní extrakce Soxhlet.
• Úspora nákladů: méně zařízení, spotřebního materiálu a času operátorů.
• Vyšší jistota výsledků: vysoká selektivita, přesnost hmotnosti < 1 ppm, spektrální a iontové libovolná potvrzení.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření screeningových databází o další NSO-PAHs, pesticidní metabolity a POPs.
• Pokročilá datová analýza: strojové učení pro vzorové rozlišení půdních profilů a identifikaci nových kontaminantů.
• Budování monitorovacích sítí s automatizovanou datovou výměnou a rozhodovacími podporami.
• Integrované workflow pro sledování residuí v biotě, slamě, vodě a půdě kombinované s GC-Orbitrap FS daty.

Závěr

Konsolidovaná metoda spojující modifikovaný QuEChERS a rychlou GC-Orbitrap FS analýzu umožňuje spolehlivou, citlivou a účinnou detekci PCBs, PAHs a odvozených halogenovaných či NSO-PAHs v půdách. Metoda dosahuje femtogramových detekčních limitů, LOQ v jednotkách µg/kg, vysoké robustnosti a pružnosti pro screening i kvantitativní úlohy. Díky plnému skenování a retrospektivní datové analýze lze flexibilně reagovat na nové regulace a rozšiřovat rozsah analyzovaných sloučenin.

Reference

• 1. CEN/TR 16998:2016 Ambient Air – report on nitro-and oxy-PAHs – origin, toxicity, concentrations and measurement methods.
• 2. Sun Z. a kol., Environmental International 108 (2017) 261–270: Occurrence of nitro- and oxy-PAHs in agricultural soils in eastern China.
• 3. Anderson J.T., Achten C., Polycyclic Aromatic Compounds 35 (2015) 330–354: Towards an up-to-date use of PACs for environment purposes.
• 4. Thermo Fisher Scientific, AN 21736: Ultra-inert low bleed GC columns with advanced silphenylene polymer technology, 2017.
• 5. Hites R.A., Environmental Science & Technology 38 (2004) 945: Meta-analysis of polybrominated diphenyl ethers in environment.
• 6. Stockholm Convention, Guidance for PBDE inventory under the Convention, UNEP, 2009.
• 7. Fernandes A. a kol., Talanta 63 (2004) 1147–1155: Simultaneous PCDDs, PCDFs, PCBs, PBDEs analysis in food.
• 8. Thermo Fisher Scientific, TN 51797: Timed SRM for improved multi-target GC-MS analysis, 2009.