Analysis of Combustion Byproducts on Firefighter Protection Equipment Using a Novel High-Resolution GC/Q-TOF

Význam tématu

Hasiči během zásahů čelí výrazné expozici kouři a toxickým organickým látkám, jako jsou polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH) a bromované zpomalovače hoření. Tyto sloučeniny představují zdravotní riziko včetně zvýšeného karcinogenního potenciálu. Pevné stanovení přítomnosti a koncentrace těchto látek na ochranném vybavení je klíčové pro hodnocení expozice a návrh účinnějších ochranných opatření.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo demonstrovat použití nového vysokorozlišovacího plynového chromatografu spojeného s kvadrupól-TOF hmotnostním spektrometrem (GC/Q-TOF) Agilent 7250 pro nekončový screening a identifikaci částeček PAH, PBDE i dalších spalovacích vedlejších produktů na ochranné výstroji hasičů. Studie se soustředila na vzorky z helmy a oblasti krku odebírané před a po požárním výcviku.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky byly odebírány tak, že se bavlněný hadřík o ploše 4 in2 navlhčený isopropanolem otřel poškozený povrch helmy a části krku. Extrakce proběhla dvakrát dichlormethanem, poté se extrakt zkoncentroval na 1 ml. Analýzu prováděl systém Agilent 7890B GC spojený s vysokorozlišovacím Q-TOF 7250 (rozlišení 25 000 při m/z 272) vybavený zdrojem elektronové ionizace s trojnásobnou energií (70, 15 a 12 eV). Použitá kolona byla Agilent DB-5MS (0,25 mm × 30 m, 0,25 µm), provozní parametry:

• objem vzorku 1 µl, splitless režim, inlet 280 °C
• teplotní program 50 °C (3 min), 10 °C/min do 300 °C, držení 7 min
• nosný plyn helium 1,5 ml/min
• zdroj 240 °C, kvadrupól 150 °C
• hmotnostní rozsah m/z 50–1200, akviziční rychlost 5 Hz

Hlavní výsledky a diskuse

Vzorky po zásahu obsahovaly více než 50 druhů PAH, včetně regulovaných složek (např. benzo[a]pyren) potvrzených porovnáním spekter s NIST a odečtem retenčního indexu. Dominantními byly středně a vysoce polyaromatické uhlovodíky (fluoranthen, pyren a větší). Dále se detekovaly kyslíkaté a dusíkaté deriváty PAH. Bromované spalovací vedlejší produkty, zejména izomery tri- až hexabromovaných diphenyletherů (PBDE), se objevily pouze v post-fire vzorcích. Relativní množství PBDE bylo vyšší na helmě než v oblasti krku.

Přínosy a praktické využití metody

Lekaná vysokorozlišovací GC/Q-TOF metoda umožňuje citlivou a selektivní detekci známých i neznámých kontaminantů v komplexních matricích. Nízká mez detekce a schopnost získat přesnou hmotnost molekulárních iontů usnadňuje identifikaci neznámých bromovaných i polynukleárních sloučenin. Tento přístup lze využít pro biomonitoring expozice hasičů, hodnocení ochranných pomůcek a návrh lepších preventivních strategií.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření nekonečného screeningu na další skupiny toxických látek (halogenované aromatiky, nitrosloučeniny). Integrace pokročilých datových nástrojů a strojového učení umožní rychlejší a automatizované zpracování komplexních dat. Metodu lze implementovat do rutinního monitoringu pracovního prostředí a při vývoji nových ochranných materiálů.

Závěr

Studie prokázala, že vysokorozlišovací GC/Q-TOF s nízkoenergetickou EI je vysoce efektivní pro analýzu organických kontaminantů na ochranné výstroji hasičů. Metoda odhalila rozdíly v kontaminaci před a po zásahu, potvrdila expozici PAH i PBDE a nabídla cenné informace pro zlepšení bezpečnostních postupů.

Reference

1. M. N. Bates. Registry-based case-control study of cancer in California firefighters. Am. J. Ind. Med. 50 (5), 339–344 (2007).
2. D. Kang et al. Cancer incidence among male Massachusetts firefighters 1987–2003. Am. J. Ind. Med. 51 (5), 329–335 (2008).
3. S. Fernando. Evaluation of firefighter exposure to wood smoke during training exercises at burn houses. Environ. Sci. Technol. 50, 1536–1543 (2016).