Open Characterization of 2.5 Micron, Particulate-Borne Semi-Volatile Organic Compounds by GC-TOFMS and UHPLC Orbitrap MS: Method Development, Performance and Applications

Význam tématu

Analýza jemných částeček ovzduší PM2,5 a na nich vázaných pololétavých organických látek (SVOC) má klíčový význam pro pochopení zdrojů znečištění a zdravotních dopadů expozice. Detailní charakterizace cílených i necílených sloučenin, jako jsou polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH), pesticidy, farmaceutika či disruptory endokrinního systému, pomáhá utvořit úplný obrázek o chemickém složení atmosférických částic a umožňuje efektivnější regulaci a ochranu životního prostředí.

Cíle a přehled studie

Cílem práce bylo ověřit použitelnost filtrů z monitorovacího zařízení TEOM pro sledování SVOC na PM2,5 a vyvinout workflow kombinující GC-TOFMS a UHPLC Orbitrap MS pro cílenou i necílenou analýzu. Filtry o průměru 15 mm byly nasbírány na dvou městských lokalitách s rozdílnou zátěží z průmyslu a obchodu. Studie zahrnovala jak kvantifikaci vybraných PAH, tak screening stovek potenciálně přítomných sloučenin pomocí vyvinutých databází.

Použitá metodika a instrumentace

• Odběr vzorků: TEOM filtr, průtok 3 L/min, celkem 259,2 m3 vzduchu za 60 dní.
• Extrahování: ultrazvuková extrakce 2 × 15 min acetonitrilem, filtrace 0,2 µm, koncentrování a doplnění do 100 µL.
• GC-TOFMS: LECO Pegasus III, kolona DB-5 (30 m × 0,25 mm × 0,25 µm), heliový nosný plyn, dekonvoluční software ChromaTOF a NIST knihovna.
• UHPLC Orbitrap MS: Dionex UltiMate 3000 s Betasil/XB-C18 kolonkou, Exactive Plus Orbitrap s H-ESI II, rozlišení 140 000, pozitivní i negativní režim, databáze 565 pesticidů a 382 vznikajících organických kontaminantů.
• Datová analýza: Thermo Xcalibur, TraceFinder s MEW 5 ppm, prahové podmínky: XIC area > 50 000, přesnost < 2 ppm, isotopické poměry M/(M+1) ± 10 %.

Hlavní výsledky a diskuse

• Cílené PAH: Detekovány především fenanthren (9–27 ng/filtr) a pyren (7–20 ng), některé vyšší polyaromatické uhlovodíky byly pod MDL.
• Necílené SVOC: Bisfenol A identifikován ve všech vzorcích s vysokou spolehlivostí; nikotin přítomen v 90 % vzorků, odrážející tabákový kouř.
• Pesticidní screening: Z 16 nejintenzivnějších píků byl Flamprop-M-isopropyl potvrzen analytickým standardem.
• Falešně pozitivní nálezy: Gemfibrozil i jiné sloučeniny splňovaly HRMS kritéria, avšak nesouhlasný retenční čas ukázal potřebu standardního ověření.

Přínosy a praktické využití metody

• Kombinace GC-TOFMS a UHPLC Orbitrap MS umožňuje komplexní profilaci SVOC na PM2,5 včetně dvou komplementárních analytických přístupů.
• Retrospektivní data mining v databázích usnadňuje odhalení necílených kontaminantů a drobných toxických látek.
• Vysoké rozlišení Orbitrap MS a dekonvoluce ve ChromaTOF zlepšují selektivitu a citlivost detekce.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření a kalibrace vyhledávacích knihoven o fragmentační spektra pro vyšší jistotu identifikace.
• Implementace datově náročných algoritmů strojového učení pro automatickou klasifikaci píků a eliminaci falešných pozitiv.
• Integrace on-line odběru a rychlé HRMS analýzy pro operativní monitorování kvality ovzduší.
• Testování nanopartikelových filtračních materiálů a kratších odběrů pro zlepšení zachycení nižších molekulárních látek.

Závěr

Studie prokázala, že filtry TEOM odpovídají pro sběr SVOC na PM2,5 a vyvinutý workflow s GC-TOFMS a UHPLC Orbitrap MS je účinným nástrojem pro komplexní analýzu cílených i necílených látek. Pro vyšší důvěryhodnost je však nezbytné potvrzení klíčových nálezů analytickými standardy a podpora fragmentačních údajů.

Reference

• 1. The Determination of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Water Matrices by Gas Chromatography-Time of Flight Mass Spectrometry, Ontario Ministry of the Environment, Method E3480.
• 2. The Determination of Emerging Organic Pollutants in Environmental Matrices by Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry (LC-MS/MS), Ontario Ministry of the Environment, Method E3454.
• 3. Method validation and quality control procedures for pesticide residues analysis in food and feed, SANCO/12495/2011.