Sensitive and Reproducible Determination of Nitrosamines by GC/MSD

Význam tématu

Nitrosaminy jsou široce diskutovaná třída karcinogenních sloučenin, které se mohou tvořit jako vedlejší produkty při úpravě vody a v dalších environmentálních matricích. Regulátoři v posledních letech zavádějí přísná doporučení a limity (např. Health Canada 40 ng/L, některé evropské státy prahově 10 ng/L pro NDMA), což vyžaduje analytické metody schopné spolehlivé detekce na úrovních řádově ng/L (ppt). Vysoce citlivé, reprodukovatelné a selektivní GC/MS metody jsou klíčové pro monitorování, řízení kvality pitné vody a splnění legislativních požadavků.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem předložené aplikace bylo demonstrovat kvantitativní stanovení sedmi nitrosaminů zahrnutých v US EPA Method 521 pomocí Agilent 5977 GC/MSD v režimu pozitivní chemické ionizace (PCI) s amoniakem jako reagentním plynem. Studie se zaměřila na dosažení nízkých instrumentálních detekčních limitů, lineárnosti kalibračních křivek, opakovatelnosti a vhodnosti metody pro rutinní sledování nitrosaminů v nízkých koncentracích.

Použitá metodika a instrumentace

Stručný popis použitých činidel a přípravy:

• Standardy nitrosaminů a dichlormethan zakoupeny od Sigma-Aldrich; kalibrační pracovní roztoky připraveny v dichlormethanu.

Instrumentace a klíčové parametry (shrnutí):

• Hmotnostní spektrometr: Agilent 5977 GC/MSD, režim PCI s amoniakem (CI gas flow: amoniak 20%).
• Akvizice: Selected Ion Monitoring (SIM) pro zvýšení citlivosti.
• GC kolona: Agilent HP-5 ms UI, 30 m × 0,25 mm, 0,25 µm.
• Nosný plyn: helium, konstantní tok 1,5 mL/min.
• Injektor: pulsed splitless, objem 1,0 µL; inlet program z 60 °C do 280 °C.
• Tepelné programy: počátečních 40 °C (2 min), 10 °C/min do 150 °C, dále 15 °C/min do 200 °C a 20 °C/min do 270 °C.
• MS podmínky: ion source 300 °C, quad 150 °C, transfer line 280 °C; zisk (gain) nastaven dle metody.
• Analyty: sedm sloučenin z EPA Method 521 — NDMA, NMEA, NDEA, NPYR, NDPA, NPIR, NDBA. Retenční časy 2.324–11.641 min.

Hlavní výsledky a diskuse

Kalibrace a linearita:

• Desetibodové kalibrační křivky pro většinu sloučenin v rozsahu 0,1–20 ppb (pro NPYR 0,5–20 ppb).
• Vynikající linearita: R² ≥ 0,9989 pro šest sloučenin; NPYR R² = 0,9987 v uvedeném rozsahu.

Opakovatelnost:

• Opakovatelnost vyhodnocena šesti replikáty na nejnižší kalibrační úrovni (0,1 ppb pro šest sloučenin, 0,5 ppb pro NPYR).
• Relativní standardní odchylky (area %RSD) < 4,8 %; %RSD pro koncentraci < 3,7 % — metoda poskytuje stabilní a reprodukovatelnou odezvu na nízkých úrovních.

Instrumentální detekční limity (IDL):

• IDL vypočtené s 99% konfidenční úrovní (n = 6) se pohybují v rozmezí 0,0063–0,0655 ppb (tj. přibližně 6,3–65,5 ppt), v závislosti na analyzovaném nitrosaminu.

Diskuse:

• Použití PCI s amoniakem výrazně zlepšuje výskyt protonovaných molekulárních iontů [M+H]+, snižuje fragmentaci a soustřeďuje signál do dominantního iontu, což zvyšuje poměr signál/šum pro stopové analyty.
• SIM režim a optimalizovaná chromatografie umožnily dosažení požadované citlivosti a selektivity pro vodní analýzy.

Přínosy a praktické využití metody

Praktické přínosy:

• Metoda je vhodná pro rutinní sledování nitrosaminů v pitné vodě a dalších environmentálních aplikacích vyžadujících ppt-citlivost.
• Vysoká linearita a nízké RSD zajišťují spolehlivé kvantitativní výsledky pro monitorování souladu s regulačními limity.
• PCI s amoniakem poskytuje jednoduchý způsob potvrzení molekulární hmotnosti cílových látek bez nutnosti složitého MS/MS režimu pro primární screening.

Budoucí trendy a možnosti využití

Možnosti dalšího rozvoje a aplikací:

• Integrace on-line nebo offline SPE prekoncentrace ke snížení mezních detekčních limitů v reálných vodních matricích.
• Komplementární použití LC‑HRMS nebo GC‑MS/MS pro lepší selektivitu a potvrzení identity v komplexních matricích.
• Automatizace přípravy vzorků a validace metody pro široké spektrum matic (povrchové vody, odpadní vody, potraviny).
• Adaptace metody pro screening a zjišťování prekurzorů nitrosaminů a pro sledování trendů při změnách úpravy vody.

Závěr

Studie prokázala, že Agilent 5977 GC/MSD v PCI režimu s amoniakem dosahuje vysoké citlivosti, linearity a reprodukovatelnosti pro stanovení sedmi nitrosaminů uvedených v EPA Method 521. Instrumentální detekční limity v řádu několika ppt, nízké %RSD a robustní kalibrace potvrzují vhodnost platformy pro rutinní monitorování nitrosaminů ve vodě a pro podporu regulačních programů.

Reference

• Magee PN. Toxicity of Nitrosamines: Their Possible Human Health Hazards. Food Cosmet. Toxicol. 1971, 9(2), 207–218.
• Munch JW. Method 521: Determination of Nitrosamines in Drinking Water by Solid Phase Extraction and Capillary Column Gas Chromatography with Large Volume Injection and Chemical Ionization Tandem Mass Spectrometry (MS/MS). U.S. Environmental Protection Agency, Washington D.C. 2005.
• Guidelines for Canadian Drinking Water Quality: Guideline Technical Document N‑Nitrosodimethylamine (NDMA). Health Canada.
• Maria JF, et al. Determination of 15 N‑Nitrosodimethylamine Precursors in Different Water Matrices by Automated On‑Line Solid‑Phase Extraction Ultra‑High‑Performance‑Liquid Chromatography Tandem Mass Spectrometry. J. Chromatogr. A 2016, 1458, 99–111.