Identifizierung von pro- und Polyfluorinated chemische Spezies mit einem kombinierten gezielte und nicht gezielte Screening hochauflösende Massenspektrometrie-Workflow

Dieser Ansatz ermöglicht die Quantifizierung bekannter PFAS und die Entdeckung neuer Substanzen in denselben Proben, verglichen mit gezielten Ansätzen allein, die aufkommende, besorgniserregende Verbindungen vermissen. Dieses Protokoll zielt auf eine breitere Palette von PFAS-Verbindungen ab, die für die neuesten neu entstehenden Chemikalien repräsentativ sind. Wenn der Konzentrationsschritt für die Verbindungen angepasst ist, könnten die hier verwendeten Messmethoden auf jede Klasse von Chemikalien angewendet werden.

Um eine Probe vom Feld zu sammeln, tragen Sie Nitrilhandschuhe und sammeln Sie 500 bis 1 000 Milliliter Wasser aus dem Feld in einer sauberen, hochdichten Polyethylen-, HDPE- oder Polypropylenflasche. Fügen Sie der Probenflasche und einem Feldrohling fünf Milliliter 35% Salpetersäure-Konservierungsmittel hinzu und transportieren Sie die Proben zurück ins Labor. Gießen Sie jede Probe in einzelne, vorgereinigte, ein Liter hohe Polypropylen-Zylinder und zeichnen Sie das genaue Volumen der Proben auf.

Fügen Sie 10 Milliliter Methanol in jede geleerte Probenflasche, bevor Sie das Flascheninnere verkappen und kräftig schütteln, um absorbierte Pro- und Polyfluoralkylsubstanzen oder PFAS aus dem Flascheninnenraum zu spülen. Dann geben Sie die gemessene Wasserprobe mit der methanolischen Spüle in die spülte Flasche zurück. Um eine Standardkurve für die Quantifizierung zu erhalten, füllen Sie acht leere Ein-Liter-Probenflaschen mit PFAS-freiem entionisiertem Wasser und beschriften Sie die Flaschen mit acht gleichmäßig verteilten Konzentrationen, die den gewünschten Quantifizierungsbereich abdecken.

Fügen Sie als Nächstes eine Menge nativen PFAS-Mix zu jeder Flasche hinzu, um die entsprechenden PFAS-Konzentrationen zu erzielen, und fügen Sie der Probe die interne Standard-PFAS-Mischung in einer Konzentration hinzu, die dem Mittelpunkt der Kalibrierkurve entspricht. Filtern Sie dann die Proben durch Glasfaser A filtert unter schonendem Vakuum in einzelne, vorgereinigte, ein Liter hochdichte Polypropylen-Vakuumflaschen. Wenn Partikel in der Flasche verbleiben, spülen Sie das zusätzliche deionisierte Wasser aus und filtern Sie die Wäsche in den Kolben.

Für die Festphasenextraktion das gefilterte Wasser in die Probenflasche zurückgeben und einen schwachen Anionenaustausch oder WAX-Patrone mit 25 Milliliter Methanol und weiteren 25 Milliliteren entionisiertem Wasser konditionieren. Positionieren Sie die Pumpenzugschläuche innerhalb der gefilterten Probenflaschen und beschriften Sie die Festphasenextraktion oder SPE-Kartuschen mit den entsprechenden Probennamen. Pumpen Sie 500 Milliliter jeder Probe durch jede Patrone mit einer konstanten Durchflussrate von 10 Millilitern pro Minute, wobei der Durchfluss verworfen wird.

Entfernen Sie die WAX SPE-Patronen von den Kolbenpumpen, und übertragen Sie die SPE-Patrone auf einen Vakuumkrümmer, der mit externen Glasbehältern ausgestattet ist. Spülen Sie jede SPE-Patrone mit vier Millilitern 25-Millimolar, pH-Vier-Natriumacetat-Puffer unter sanftem Vakuum, gefolgt von einer vier Milliliter neutralen Methanolwäsche. Am Ende der Wäsche ein 15-Milliliter Polypropylen-Zentrifugenrohr unter jede SPE-Patrone legen, um das Eluent zu sammeln, und die Proben mit vier Millilitern 0,1% Ammoniumhydroxid in Methanol zu deuten.

Entfernen Sie dann die Elutionsrohre und reduzieren Sie das Eluatvolumen auf 500 bis 1.000 Mikroliter durch Verdunstung unter trockenem Stickstoffstrom in einem Wasserbad bei 40 Grad Celsius. Für die gezielte Flüssigchromatographie mit Tandem-Massenspektrometrie 100 Mikroliter Probenextrakt mit 300 Mikrolitern zweimillimolaren Ammoniumacetatpuffers in einer Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie-Probedurchstecher verdünnen und einen analytischen Arbeitsvorrat bestehend aus der Standardkurve, Proben und einer zusätzlichen Replikation der Standardkurve zur Beurteilung der instrumentalen Drift über den Lauf erstellen. Analysieren Sie die Proben mit Standard-Flüssigkeitschromatographie und Massenspektrometrie-Methoden für die gezielten Verbindungen von Interesse etabliert.

Am Ende der Analyse erzeugen Sie eine Standardkurve aus den Standardstichproben unter Verwendung des Spitzenflächenverhältnisses des Analyten zum internen Standard im Vergleich zur Konzentration des Analyten, und erzeugen Sie eine quadratische Regressionsformel mit einer über x Gewichtung für die Konzentrationsvorhersage. Quantitieren Sie die Zielanalyten in jeder Probe unter Verwendung der vorbereiteten Standardkurven und des Flächenverhältnisses für jede Messung. Übersteigt die Konzentration den Kalibrierbereich, verdünnen Sie die Originalprobe mit entionisiertem Wasser, das mit der entsprechenden internen Standardkonzentration gespickt ist, und re-extract, um die Konzentration in den entsprechenden Bereich zu bringen.

Für die nicht zielgerichtete Flüssigchromatographie mit Tandem-Massenspektrometrie 100 Mikroliter Probenextrakt mit 300 Mikrolitern zweimillimolaren Ammoniumacetatpufferinzite in eine Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie-Probedurchstechflasche verdünnen. Nachdem Sie einen Arbeitsvorrat wie gezeigt gesetzt haben, verwenden Sie die Instrumentensoftware, um Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometriedaten mit einem breiten Scan im datenabhängigen Modus zu sammeln. Für die nicht zielgerichtete Datenverarbeitung öffnen Sie das entsprechende Softwarepaket zur Extraktion molekularer Funktionen, und wählen Sie Beispieldateien hinzufügen/Entfernen und Dateien hinzufügen aus, und wählen Sie die Rohdaten aus dem nicht zielgerichteten Experiment aus.

Klicken Sie auf OK, und wählen Sie Batch Recursive Feature Extraction and Open Method aus, um eine vorab festgelegte Methode zu laden oder die Softwareeinstellungen manuell zu bearbeiten. Generieren Sie für jedes Feature, das nach dem Filtern verbleibt, vorhergesagte chemische Formeln aus dem exakten Massen- und Verbundmassenspektrum, und öffnen Sie das Tool der Umweltschutzbehörde CompTox Chemicals Dashboard Batch Search. Um die vorhergesagten chemischen Formeln oder neutralen Massen zu durchsuchen, um potenzielle chemische Strukturen zurückzugeben, wählen Sie den Bezeichnertyp aus, und fügen Sie die Liste der Bezeichner in das Bezeichnerfeld ein.

Wählen Sie chemische Daten herunterladen und alle physikalischen, chemischen oder toxikologischen Daten, die für potenzielle Übereinstimmungen gewünscht werden, aus dem Dropdown-Menü aus. Bestätigen Sie dann die Strukturen anhand der verfügbaren Standards und/oder gezielten hochauflösenden Tandem-Massenspektrometrie-Abgleich der Fragmente mit den Spektren aus den Datenbanken, in silico theoretischen Spektren oder manueller Kuration. Quantitative Flüssigchromatographie mit Tandem-Massenspektrometrie-Ergebnissen wird in Form von Ionenchromatogrammen für das gesamte Ionenchromatogramm und den extrahierten Ionenchromatogrammen spezifischer chemischer Übergänge für gemessene Chemikalien dargestellt.

Der integrierte Spitzenbereich eines chemischen Übergangs hängt mit der Zusammengesetztenfülle zusammen und kann verwendet werden, um die genaue Konzentration anhand einer auf einen internen Standard normalisierten Kalibrierkurve zu berechnen. Die nicht zielgerichtete Analyse mit einem vollständigen MS-Scan ergibt ein gesamtes Ionenchromatogramm für Proben, das die Ad-hoc-Generierung extrahierter Ionenchromatogramme für einzelne Ionen ermöglicht. PFAS-Verbindungen weisen aufgrund ihres Übergewichts an Fluoratomen negative Massendefekte auf, und polyfluorierte Verbindungen weisen positive, aber wesentlich kleinere Massendefekte auf als homologe organische Materialien.

Ein zweiter Methodenfilterschritt besteht darin, homologe Reihen zu identifizieren, die sich wiederholende Einheiten enthalten, die PFAS-Arten gemeinsam sind, indem ein geeignetes Softwarepaket verwendet wird. Aus hochauflösenden MS-Daten können eine oder mehrere vermeintliche chemische Formeln mit dem isotopen-Fingerabdruck des Massenspektrums abgeglichen und bewertet werden. Chemische Formeln können weiter bestätigt werden, und einige strukturelle Informationen können aus Tandem-Massenspektrometriedaten gewonnen werden.

Weitere Massenspektrometrieexperimente können verwendet werden, um die Identität neuer Verbindungen zu bestätigen, und Probenvergleiche können Informationen über die Prävalenz und relative Menge an Chemikalien geben. Es ist sehr wichtig, geeignete Rohlinge und Qualitätskontrollproben für die Matrix zu haben, um die quantitativen und nicht zielgerichteten Messungen zu validieren. Die gezeigten Strategien sind zum neuen Ansatz für das Umweltscreening für PFAS geworden, indem sie die Entdeckung von Unbekannten und die Vorhersage ihrer Identität ermöglichen.