Untargeted screening and identification of substances in plastic food contact materials using an Orbitrap Exploris GC 240 mass spectrometer

Význam tématu

Identifikace neúmyslně přidaných látek (NIAS) v plastových materiálech pro styk s potravinami je klíčová pro ochranu zdraví spotřebitele. NIAS mohou vznikat při výrobních procesech, degradaci polymerů nebo reakcích přísad, a jejich přítomnost musí být před uvedením materiálu na trh vyhodnocena.

Cíle a přehled studie

Cílem této studie bylo ukázat využití plynné chromatografie spojené s Orbitrap Exploris GC 240 vysokorozlišující hmotnostní spektrometrií a softwaru Thermo Scientific Compound Discoverer pro netargetovaný screening a identifikaci NIAS v post-consumer recyklované LDPE fólii.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorek post-consumer LDPE fólie byl extrahován acetonem při 40 °C, koncentrován na 0,5 mL a analyzován ve třech replikách. Pro GC-MS byl použit systém TRACE 1610 GC s kolonkou TG-5SilMS (30 m × 0,25 mm × 0,25 µm) a Orbitrap Exploris GC 240.

• Režimy: electron ionization (EI) full scan m/z 40–500, rozlišení 120 000; positive chemical ionization (PCI) methane, full scan/ddMS² m/z 100–700, rozlišení 120 000/15 000.
• Softwarová analýza: Compound Discoverer – workflow pro EI zahrnuje dekonvoluci, vyhledání v NIST knihovně a označení pozadí (Mark Background), pro PCI ověření molekulárního iontu, predikci vzorců, hledání v ChemSpider, mzCloud a mass list.

Hlavní výsledky a diskuse

Z celkem 260 detekovaných feature po vyloučení pozadí bylo 186 identifikováno v NIST knihovně, z toho 150 s total score > 90 % a 112 po filtru ΔRI < 50. Jako modelový příklad byla ukázána methyl palmitát:

• EI: Total Score 95,4 %, ΔRI 4;
• PCI: detekce aduktů [M+H]+, [M–H]–, [M+ethyl]+; potvrzení molekulární iontové formy a izotopického rozložení;
• MS²: porovnání s mzCloud (match 85,9 %) a in silico fragmentace FISh (76,9 % vysvětlených fragmentů).

Pro sloučeniny bez knihovní shody (např. methyl dehydroabietate) poskytla FISh analýza dostatečnou úroveň potvrzení díky vysvětlení vysoce selektivních fragmentů.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí vysokou selektivitu, přesnost a citlivost pro netargetovaný screening NIAS v plastikách. Integrace EI a PCI režimů podporuje komplexní charakterizaci molekulární iontové formy i fragmentů. Softwarové workflow usnadňuje odstranění pozadí, automatické vyhledání v databázích a strukturu­rální potvrzení.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšiřování a zpřesnění HRAM spektrálních knihoven pro GC-MS (mzCloud, mzVault).
• Pokročilá in silico fragmentace a strojové učení pro lepší predikci NIAS.
• Automatizace od extrakce až po výsledkový report pro rutinní QA/QC laboratoře.
• Využití dalších metod chemické ionizace a multidimenzionální GC pro širší profil metabolitů.

Závěr

Studie ukazuje, že spojení GC-Orbitrap Exploris GC 240 a Compound Discoverer umožňuje efektivní a spolehlivý netargetovaný screening NIAS v plastových potravinářských obalech. Kombinace EI a PCI režimů se spektrem­ překračujícím 10 milionů záznamů a in silico nástrojů jako FISh zvyšuje jistotu identifikace i u dosud nekatalogizovaných substancí.

Reference

1. Regulation (EU) No 10/2011 of 14 January 2011 on Plastic Materials and Articles Intended to Come into Contact with Food (aktualizováno na No 10/2022).
2. ILSI Europe. Guidance on Best Practices on the Risk Assessment of Non-Intentionally Added Substances (NIAS) in Food Contact Materials and Articles; 2015.
3. Miralles P. et al. Toxics 2021, 9(11), 283. doi:10.3390/toxics9110283