Mass Spectrometry Applications for Environmental Analysis

Význam tématu

Rostoucí tlak na ochranu životního prostředí a pitné vody vyžaduje rychlé, citlivé a spolehlivé metody detekce pesticidů a herbicidů v koncentracích od ng/mL až po femtogramy na litr. Tradiční offline extrakce jsou časově a finančně náročné. Moderní přístupy kombinují přímou ionizaci, vysoké rozlišení hmotnostní spektrometrie a on-line SPE, což umožňuje vysokoprůtokové screeningové a kvantitativní analýzy v řádu minut bez složité předúpravy vzorků.

Cíle a přehled studie

Hlavním cílem bylo představit integrované analytické workflow optimalizované pro rychlou identifikaci a kvantifikaci širokého spektra pesticidů a herbicidů ve vodních vzorcích. Studie demonstrovala:

• přímou analýzu pesticidů pomocí DART-Orbitrap HRAM,
• rychlou LC-MS/MS analýzu s on-line SPE EQuan pro částicová spektra v ppt úrovni,
• řešení špičkových tvarů pomocí Fast-HPLC a divert ventilu,
• EPA metody pro triaziny a ion-pair-free UV metodu pro diquat a paraquat.

Použitá metodika a instrumentace

• DART-Exactive Orbitrap HRAM MS: rychlá desorpce-ionizace, rozlišení 50 000, přesnost hmotnosti <1 ppm.
• TSQ Quantum Access MAX LC-MS/MS: triple quad pro SRM a QED-MS/MS (RER) kvalifikaci.
• UltiMate 3000 x2 Dual RSLC s dvojicí pump pro on-line SPE a separaci.
• Thermo Scientific Accela UHPLC a EQuan systém: automatizovaná on-line SPE direct‐injection až 20 mL vzorku.
• Fast-HPLC s divert ventilem: zvýšené injekční objemy (až 8 µL) bez špičkových artefaktů.
• Sloupce Hypersil GOLD a Acclaim Trinity Q1/P1 pro optimalizovanou retenční a selektivní separaci.
• Software Chromeleon, Xcalibur, ExactFinder, TraceFinder pro automatizované vyhodnocení kvalita/kvantita a reportování.

Hlavní výsledky a diskuse

• DART-Orbitrap umožnil detekci a identifikaci 23 pesticidů v ng/mL úrovni za 30 s, přesnost <1 ppm.
• On-line SPE EQuan LC-MS/MS dosáhlo detekčních limitů 0,5–100 ppt pro 11 herbicidů ve 6 min, lineární odezva R2>0,99.
• Fast-HPLC s divert ventilem vyřešila špičkování raně eluujících sloučenin, injekce až 8 µL při dobré linearitě R2>0,99 a S/N>10.
• TraceFinder v kombinaci s EQuan dokázal vyhodnotit sub-ppt koncentrace triazinů (0,1–10 ppt) s robustním reportováním i qualifier ion-ratios.
• UV metoda s on-line SPE a Acclaim Trinity P1/Q1 pro paraquat a diquat dosáhla MDL 0,09–0,10 µg/L za 7 min, bez ion-pair činidel.

Přínosy a praktické využití metody

• Eliminace časově náročné offline extrakce, dosud nepřekonaný průtok vzorků.
• Komplexní data kvalita/kvantita v jediném běhu, snížení nákladů a spotřeby chemikálií.
• Vysoká selektivita a citlivost vhodná pro akutní environmentální inspekce, QA/QC a krizové zásahy.
• Automatizace a vysoká reprodukovatelnost minimalizují lidskou chybu.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace ambientní ionizace s kompaktními HRMS pro field-deploy řešení.
• Využití iontové mobilitní spektrometrie pro dodatečnou selektivitu.
• Pokročilé algoritmy strojového učení pro non-target screening a prediktivní analýzy.
• Minimalizace spotřeby vzorku a solventů, ekologicky šetrné metody.
• Propojení s cloud-based LIMS a IoT pro on-line monitorování kvality vody v reálném čase.

Závěr

Moderní přístupy kombinující DART-HRAM, on-line SPE s EQuan, Fast-HPLC s divert ventilem a triple quad LC-MS/MS umožňují rychlé, citlivé a vysoce spolehlivé analýzy pesticidů a herbicidů ve vodě. Tyto metody podporují vysokou laboratořní produktivitu, minimalizují předúpravu vzorků a splňují přísné regulační požadavky.

Reference

1. Cody R.B., Laramee J.A., Durst H.D. Direct Analysis in Real Time (DART) Ionization. Anal. Chem. 2005, 77, 2297–2302.
2. Gross J. Mass Spectrometry, 2nd ed.; Springer, 2011; doi:10.1007/978-3-642-10711-5_13.
3. Choi J., Choi W., Massi J., Prieto Conaway M. Fast and Accurate Identification of Pesticides by DART Orbitrap MS. Appl. Note 605, Thermo Fisher Scientific, 2012.
4. Beck J., Yang C. LC-MS/MS Analysis of Herbicides in Drinking Water at fg Levels Using EQuan. Appl. Note 437, Thermo Fisher Scientific, 2008.
5. Scheibner O., Bromirski M., Duczak N., Hemenway T. Rapid Screening and Quantitation of Pesticides with Exactive Orbitrap LC-MS. Appl. Note AN63413, Thermo Fisher Scientific, 2016.
6. Rohrer J., Jing C. Sensitive Determination of Paraquat and Diquat by On-Line SPE HPLC-UV. Appl. Note 1051, Thermo Fisher Scientific, 2015.