Shimadzu Journal Vol. 07 - Environmental Analysis and more...

Význam tématu

• Současné ekologické výzvy vyplývají z perzistence a rozšíření antropogenních látek – mikročástic plastů ve vodách i prostředí hlubokého moře a per-/polytetrafluorovaných alkylových látek (PFAS) ve vodních zdrojích.
• Potřeba spolehlivých, citlivých a standardizovaných analytických metod pro sledování těchto znečišťujících látek je zásadní pro ochranu zdraví a životního prostředí.

Cíle a přehled studie / článků

• Stanovit hloubku a rozsah kontaminace mikročásticemi plastu v nejhlubších oblastech oceánu (6 000–10 890 m) pomocí měření v půdním traktu hadálních amphipod.
• Vyvinout a validovat nové consensus-metody pro stanovení TOC a celkového dusíku (TN) v souladu s ASTM a Standard Methods k využití v USEPA protokolech.
• Optimalizovat a aplikovat metodu GC×GC–MS pro analýzu krátkých chlorovaných parafínů (SCCPs) v komerčních vzorcích chlorovaných parafínů.
• Implementovat přímou injekci zředěných vzorků do Ultra-fast LC-MS/MS (Shimadzu UFMS™) k rychlé a citlivé analýze širokého panelu PFAS ve vodách.

Použitá metodika a instrumentace

• FTIR-mikroskopie (Shimadzu IRTracer-100 + AIM-9000) pro identifikaci a charakterizaci vláken z amphipodích vzorků.
• Komplexní chromatografie GC×GC-MS (Shimadzu GCMS-TQ8040, termální modulátor) pro separaci 24 SCCP kongenerů.
• Ultra-fast triple-quad LC-MS/MS (Shimadzu LCMS-8060, LCMS-8050 UFMS™) s možností 555 MRM/s a citlivostí MDL 0,6–5,4 ng/L pro 44 PFAS.
• TC analyzátory Shimadzu TOC-L s volitelným TNM-LA modulem; přímá analýza TOC a TN v souladu s ASTM D7573, D8083 a SM 4500-N E.
• Přímá injekce (no SPE) zředěných vzorků (5 mL vzorek + 5 mL methanol) pro PFAS; řízený delay-sloupec k eliminaci PFAS pozadí.
• Auto-diagnostika, IoT monitoring a asistované řešení problémů v nové Nexera UHPLC a Shim-pack Velox LC kolony.

Hlavní výsledky a diskuse

• Microplastics ve více než 72 % amphipodů ze šesti hadálních příkopů (7000–10890 m); dominují vlákna různých syntetických i polosytnetických materiálů.
• Validace metod TOC (ASTM D7573-18a, RSD 2–6 %) a TN (ASTM D8083-16, SM 4500-N E) s mezilaboratorní reprodukovatelností potvrzenou v souladu s ASTM E691.
• GC×GC-MS dokázalo separovat a kvantifikovat 24 SCCP kongenerů; v komerčních chlorovaných parafínech (CP-42, CP-52, CP-70) stanovena koncentrace SCCP 0,16 %–66 % dle výrobce; rozdílné rozdělení C–řetězců a stupně chlorace.
• LCMS-8060 UFMS™ ve 20min. běhu rozlišil 49 PFAS; metoda bez SPE dosahuje MDL 0,6–5,4 ng/L (44 PFAS) a recovery 84–113 % za linearity R² > 0,99; včetně PFOS, PFOA, PFBS, PFNA.

Přínosy a praktické využití metody

• Dokládání antropogenní kontaminace v nejhlubších mořských ekosystémech – zákl. data pro dlouhodobé sledování a výzkum toxicologie mikročástic.
• Standardizace a zpřesnění měření TOC/TN v rámci regulativních požadavků (USEPA), zjednodušení rutinního provozu analytických laboratoří.
• Rychlé, vysoce citlivé a vysoce propustné analýzy PFAS ve vodách bez potřeby náročného vzorkování (SPE), snížení provozních nákladů.
• GC×GC-MS přináší novou úroveň separace SCCPs – možnost studia komplexních směsí chlorovaných uhlovodíků v chemickém a průmyslovém sektoru.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření mikročásticového výzkumu na další skupiny hadálních organismů, studium trofického přenosu a kumulace v hlubinách.
• Integrace AI a IoT řešení v Nexera UHPLC pro plně automatizované laboratoře a preventivní údržbu analytických přístrojů.
• Aktualizace PFAS metod o nové substituenty („GenX“, ADONA) a testování širších panelů kontaminantů; posun od externí kalibrace k izotopové ředidlové.
• Využití GC×GC-MS a UFMS™ při monitoringu dalších perzistentních organických polutantů a složitých směsí v environmentálních a průmyslových vzorcích.

Závěr

Reference

• Jamieson A. J. a kol., Microplastic and synthetic fibers in hadal amphipods, R. Soc. Open Sci., 2017.
• ASTM D7573-18a, Total Carbon and Organic Carbon in Water by High-Temp. Catalytic Combustion and IR Detection.
• ASTM D8083-16, Total Nitrogen and TKN by Catalytic Combustion & Chemiluminescence.
• ASTM D7979-17, Determination of PFAS in Water by LC-MS/MS (no SPE).
• United States EPA Method 537.1, Determination of Selected PFAS in Drinking Water, 2018.
• Gao Y. et al., SCCP concentrations in CP products, Environ. Sci. Technol., 2012.