GC/MS/MS Analysis of PAHs with Hydrogen Carrier Gas

Význam tématu

Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAHs) patří mezi široce rozšířené environmentální a potravinářské kontaminanty s karcinogenním potenciálem. Jejich citlivá a přesná analýza je nezbytná pro monitorování kvality půdy, vody či potravin. Nedostatek helia a rostoucí náklady vedou k hledání alternativních nosných plynů – zejména vodíku. Použití vodíku však vyžaduje řešení jeho reaktivity, vlivu na chromatografii a hmotnostní spektrometrii, zvláště v případech náročných matric.

Cíle a přehled studie

Cílem této práce bylo vyvinout a ověřit metodu GC/MS/MS pro analýzu 27 PAHs v extraktu půdy s využitím vodíku jako nosného plynu. Použit byl systém Agilent 8890 GC a 7000E GC/TQ vybavený HydroInert EI zdrojem optimalizovaným pro vodík a středofritovým inertním linerem. Důraz byl kladen na citlivost, linearitu, meze detekce, opakovatelnost a robustnost při 500 opakovaných injekcích vysoce zatíženého vzorku.

Použitá metodika

Vzorek půdy byl po usušení extrahován dichlormethanem/acetone (1:1), koncentrován a obohacen o standardní roztoky 27 analytů (0,1–1000 pg) a interních standardů (500 pg). Chromatografická separace proběhla v pulsed splitless módu na dvou sériových kolónách DB-EUPAH (20 m × 0,18 mm, 0,14 μm) při konstantním průtoku 0,9 mL/min a teplotním gradientu 60–335 °C. Po analýze byl aplikován mid-column backflush k odstranění vysokovroucích matrikových složek. Detekce probíhala v režimu dynamického MRM s kolizním dusíkem (1,5 mL/min).

Použitá instrumentace

• GC: Agilent 8890 s Fast Oven a modulární pneumatickou jednotkou pro backflush
• MS: Agilent 7000E triple quadrupole s HydroInert EI zdrojem a 9 mm extractor lens
• Kolony: Agilent J&W DB-EUPAH, 20 m × 0,18 mm id, 0,14 μm (2 ks)
• Inlet liner: Universal Ultra Inert mid-frit
• Nosný plyn: vodík 99,9999 %

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda vykázala výbornou kalibrační linearitu (R2 ≥0,999) ve 12 úrovních od 0,1 do 1000 pg pro 26 PAHs (0,25–1000 pg pro acenaphthylene) a průměrné MDL 0,09 pg. HydroInert zdroj v kombinaci s vodíkem zajistil symetrické tvary píků bez posunu retention time. MRM režim účinně snížil pozadí z matrice, což umožnilo stabilní detekci i v náročném extraktu půdy. Robustnost testovaná 500 opakovanými injekcemi ukázala RSD <12 % pro všechny analyty; většina měla RSD <5 %. Pokles signálu u posledních čtyř těžších PAHs od cca 70. injekce naznačil nasycení lineru – pravidelná výměna lineru a těsnění obnovila stabilitu.

Přínosy a praktické využití metody

Provoz s vodíkem šetří náklady a eliminuje závislost na helu. Navržená konfigurace dovoluje dosáhnout srovnatelné či lepší citlivosti, separační účinnosti a stability oproti konvenčním metodám na helia. Metoda je vhodná pro rutinní monitorování PAHs v životním prostředí, potravinářských produktech i v průmyslové kvalitativní a kvantitativní analytice.

Budoucí trendy a možnosti využití

Dalším krokem je širší nasazení vodíkových generátorů s integrovanými filtry vlhkosti a kyslíku. Lze očekávat rozvoj automatizovaných postupů vzorkování a čištění matric, využití modulárních zdrojů s kontinuálním self-cleaningem a aplikace v dalších oblastech, např. v forenzní či metabolomické analýze. Inovace v konstrukci kolón a zdrojů povedou k dalšímu zkracování doby analýzy a zvyšování průtoků v laboratoři.

Závěr

Vyvinutá GC/MS/MS metoda s vodíkovým nosným plynem, HydroInert EI zdrojem a mid-column backflushem pro analýzu PAHs v půdním extraktu nabízí vynikající linearitu, citlivost a robustnost. Metoda umožňuje stabilní kvantitativní analýzu i v náročných matricích a představuje efektivní a udržitelnou alternativu k helia.

Reference

1. Agilent Inert Plus GC/MS System with HydroInert Source; Agilent Technologies, 2022.
2. Agilent Helium to Hydrogen Carrier Gas Conversion Guide; Agilent Technologies, 2013.
3. Hydrogen Safety for the Agilent 8890 GC System; Agilent Technologies, 2022.
4. Hydrogen Safety Manual; Agilent Technologies, 2022.
5. Andrianova A. A., Quimby B. D., Optimized GC/MS/MS Analysis for PAHs in Challenging Matrices; Agilent Technologies, 2019.
6. Anderson K. A. et al., Modified Ion Source Triple Quadrupole Mass Spectrometer Gas Chromatograph for Polycyclic Aromatic Hydrocarbons. J. Chromatogr. A 1419 (2015) 89–98.
7. Quimby B. D. et al., In-Situ Conditioning in Mass Spectrometer Systems, US patent 8,378,293 (2013).
8. Andrianova A. A., Quimby B. D., Optimized PAH Analysis Using Triple Quadrupole GC/MS with Hydrogen Carrier; Agilent Technologies, 2020.
9. Joseph S. et al., Impact of GC Liners on Lab Productivity While Analyzing Complex Matrices; Agilent Technologies, 2022.
10. Henry A. S., Comparison of Fritted and Wool Liners for Analysis of Semivolatile Organic Compounds; Agilent Technologies, 2022.