An analytical method for environmental pollutants using GC×GC-MS/MS with ultra-fast MRM switching mode

Význam tématu

Rostoucí počet organických znečišťujících látek v životním prostředí klade stále vyšší nároky na analytické metody. Konvenční jednorozměrná GC-MS často nedokáže efektivně separovat komplexní směsi chlorovaných biphenylů (PCB) a ostatních polutantů. Kombinace dvourozměrné chromatografie GC×GC se selektivní detekcí v režimu MRM na triple kvadrupólovém hmotnostním spektrometru přináší zvýšenou separační kapacitu, citlivost a selektivitu, což zjednodušuje předúpravu vzorků a zlepšuje spolehlivost kvantifikace v náročných matricích.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo vyvinout a ověřit analytickou metodu pro stanovení PCBs v environmentálních vzorcích pomocí GC×GC-MS/MS s ultra-rychlým přepínáním MRM. Studie zahrnovala optimalizaci chromatografických podmínek, nastavení MRM přechodů pro jednotlivé kongenery a aplikaci na referenční vzorek popílku (NIES CRM No.17).

Použitá instrumentace

• Chromatograf: Shimadzu GCMS-TQ8030 (triple kvadrupól)
• Kolony: 1. dimenze Rxi-5MS (30 m × 0,25 mm I.D., 0,25 µm), 2. dimenze BPX-50 (2,5 m × 0,10 mm I.D., 0,10 µm)
• Modulační zařízení s perio­dou 4 s (320 °C, 0,3 s)
• Detektor: MRM režim s minimální dobou dwell < 1 ms, vzorkovací frekvence 70 Hz
• Referenční materiál: NIES CRM No.17 (popílek)

Použitá metodika

• Standardní roztok: 19 PCB kongenerů (0,1–100 pg) a 14 ^13C-označených vnitřních standardů (100 pg)
• Příprava vzorku: hrubá extrakce popílku, 1 µL splitless injekce při 250 °C
• Teplotní program GC: 80 °C (1 min) → 4 °C/min → 310 °C (10 min)
• Řízení průtoku: tlak 270 kPa (1 min) → 3,4 kPa/min → 465,5 kPa (10 min)
• MS podmínky: rozhraní 250 °C, zdroj iontů 200 °C, detekce ve vybraných MRM přechodech pro kvantitativní a kvalitativní účely

Hlavní výsledky a diskuse

• 2D chromatogram standardu 0,1 pg PCB ukázal kompletní separaci kongenerů i v ultranízkých koncentracích.
• Instrumentální detekční limity (IDL) dosáhly 0,012–0,091 pg s korelačními koeficienty > 0,999.
• Srovnání S/N poměru mezi GC-MS (SIM) a GC×GC-MS/MS (MRM) prokázalo výrazné zvýšení citlivosti a potlačení šumu v dvourozměrném režimu.
• Aplikace na reálný vzorek popílku potvrdila schopnost metody odstranit většinu matricových interferencí a kvantifikovat 18 PCB v rozsahu 0,273–25,386 pg.

Přínosy a praktické využití metody

• Zvýšená selektivita a citlivost usnadňuje analýzu stopových koncentrací v komplikovaných matricích.
• Redukce náročnosti předúpravy díky separaci většiny interferujících složek již v GC×GC kroku.
• Schopnost zpracovat špičkově úzké chromatografické píky bez ztráty vzorkovací frekvence.
• Metoda vhodná pro rutinní monitorování PCB a podobných polutantů v environmentálních i průmyslových laboratořích.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření na další skupiny polutantů (dioxiny, chlorované PAH) a validace v různých typech vzorků (voda, půda, sedimenty).
• Automatizace a digitalizace předúpravy vzorků i zpracování dat pro vyšší propustnost analytické práce.
• Implementace do programů environmentálního monitoringu a QA/QC v chemickém průmyslu.
• Vývoj nových modulačních technik a kolonn pro další zvýšení separační kapacity GC×GC.

Závěr

GC×GC-MS/MS s ultra-rychlým přepínáním MRM představuje robustní a vysoce výkonnou platformu pro analýzu stopových množství PCB v náročných matricích. Metoda kombinuje maximální separační schopnost, vynikající citlivost a zjednodušenou předúpravu, což otevírá cestu k rychlému multi-targetu i dalším environmentálním polutantům.

Reference

• Kitano R., Hirooka M., Ok H., Miyagawa H., Zushi Y., Hashimoto S., Tanabe K. (2013) An analytical method for environmental pollutants using GC×GC-MS/MS with ultra-fast MRM switching mode. Proceedings of Dioxin 2013, P-0008.