כאן, אנו מציגים את פרוטוקול כימות יישוב רציף וניתוח שאינן ממוקדות של תרכובות fluorinated במים באמצעות ספקטרומטר מסה. מתודולוגיה זו מספק רמות כמותית של תרכובות שטיח ידוע ומזהה כימיקלים לא ידוע בדגימות קשורים עם הערכות כמותיות למחצה של שפע שלהם.
מאמר שיטה
כאן, אנו מציגים את פרוטוקול כימות יישוב רציף וניתוח שאינן ממוקדות של תרכובות fluorinated במים באמצעות ספקטרומטר מסה. מתודולוגיה זו מספק רמות כמותית של תרכובות שטיח ידוע ומזהה כימיקלים לא ידוע בדגימות קשורים עם הערכות כמותיות למחצה של שפע שלהם.
היסטורית והעתידיים לאדם-, חומרים polyfluoroalkyl (PFASs) משכו עניין משמעותי ציבוריים, ממשלתיים סוכנויות הנסיעות מ המקומי לרמות הפדרלי. ההתפתחות המתמשכת של בדיקות PFAS, הביוכימיה מציג לאתגר ניטור סביבתי, איפה פיתוח מתמשך של שיטות יישוב בהכרח ומהפיתוח הגילוי של תרכובות כימיות חדשות. יש צורך, לכן, יש מתודולוגיות שפניה לעתיד יכולים לזהות תרכובות המתעוררים ובלתי צפויה, לפקח המינים הללו לאורך זמן, ולא לפתור את הפרטים של המבנה הכימי שלהם כדי לאפשר בעתיד לעבוד על בריאות האדם. למטרה זו, ממוקדות ללא ניתוח באמצעות ספקטרומטר מסה ברזולוציה גבוהה מציעה גישה זיהוי בסיס רחב זה יכול להיות משולב עם ערכת הכנה כמעט כל מדגם ומספק יכולות משמעותיות עבור זיהוי המורכב לאחר גילוי. במסמך זה, אנחנו תארו שיטה מדגם מיצוי מוצק-פאזי (SPE) המבוסס על ריכוז מכוון עבור שרשרת קצרה יותר, יותר הידרופילית PFAS בדיקות, הביוכימיה, כגון חומצות אתר fluorinated ו sulfonates,. ומתארות ניתוח לדוגמאות שהוכנו בצורה הזאת ב מצבי יישוב והן שאינן ממוקדות. שיטות יישוב לספק כימות מעולה בעת הפניה סטנדרטים זמינים אך מוגבלות מהותית לתרכובות הצפוי בעת ביצוע ניתוח. לעומת זאת, בגישה ממוקדות שאינם יכולים לזהות הנוכחות של תרכובות בלתי צפוי, לספק מידע מסוים אודות המבנה הכימי שלהם. מידע אודות תכונות כימיות ניתן לתאם תרכובות על פני מיקומי הדגימה ולעקוב אחר לשפע, מופע לאורך זמן.
מחלקת לכל-חומרים polyfluoroalkyl (PFASs) הם מתמידים מזהמים אורגניים בדאגה לבריאות הציבור משמעותית. תרכובות ייעודיות perfluorooctanoic חומצה (PFOA) ואת perfluorooctanesulfonate (עמק חפר) יש מי שתייה בריאות המייעצת רמות שנקבעו על ידי המשרד לאיכות הסביבה1,2 , הייצור העיקריים שלהם בארה ב הפסיקה של שנות האלפיים3,4 . כדי להשיג הבנה משמעותית עבור המאפיינים של PFAS החומרים במוצר טקסטיל ומוצרי הצריכה ייצור הספירות, מאות, אם לא אלפים, של בדיקות PFAS חלופי, הביוכימיה פותחו כדי למלא נישות המוצר, כולל מחליפים תרכובות במצב deprecated5,6,7,8. יש צורך בניטור רמות איכות הסביבה של שרשרת ישר perfluorinated קרבוקסילית חומצות המתמשך, sulfonates כזה עמק חפר, PFOA, וסדרות שלהם קשורות הומולוגיים, אבל תרכובות כימיות המתעוררים שאינם מכוסים על ידי שיטות הוקמה כגון המשרד לאיכות הסביבה שיטת 5379 ולעיתים קרובות חוסר סטנדרטים אנליטיים לניתוח יישוב מסורתיים. כוונתו של פרוטוקול זה היא לפיכך כפולה. הוא מספק מסלול לניתוח LC-MS/MS יישוב של שטיח מינים במים שבו זמינות סטנדרטים אנליטיים, פרטים השילוב חלקה של שאינן ממוקדות ברזולוציה גבוהה מבוססי ספקטרומטר מסה גישה לניתוח נתונים המאפשרת זיהוי תרכובות לא ידוע או לא צפוי הדגימות באותו.
מיצוי מוצק-פאזי (SPE) היא טכניקת הוקמה כדי להפוך את הדגימה ניקוי ריכוז עם יישומים רבים analytes ודגימת מטריצות10,11. ניתוח PFAS, מרובות שלבים לפרטים מלאים כולל הלא קוטבי, functionalized הקוטב, יונים עמודות שימשו על היקף בדרגות שונות עבור מחלקות של מינים fluorinated במגוון רחב של מטריצות9,12, 13,14,15,16. ההתקדמות SPE דגימת באמצעות setups ופשוט מאוד להגדיל את התפוקה של הגישה ולשפר את הפארמצבטית הטיפול דגימה, אך התהליך הבסיסי נשאר עקבי17. גם שבוצעו ליצירת כמה ניסיונות כדי להסיר את ריכוז מנותק SPE באמצעות זריקות נפח גדול, אבל אלו דורשים שינויים כרומטוגרפיה שמעמידות אותם מחוץ לתחום ניתוח מזדמנים18,19 . ניתוח המדגם שלנו משתמשת שלב לפרטים של exchange (שעווה) אניון חלש פולימריים ביסודיות להפריד חומרים PFAS חומצי מזהמים אורגניים המסורתית תוך השגת דגימה משמעותי ריכוז גורמים. שלב שעווה זה חשוב ללכוד את חומצות perfluorinated קצרות שרשרת כגון perfluorobutane סולפונאט (PFBS) או קטונים perfluorinated כגון חומצה דיימר תחמוצת hexafluoropropylene (HFPO-DA) אשר הן פולריות יותר מאשר perfluorinated מדור קודם עוד השרשרת מינים20,21. כבר יש שינוי משמעותי לעבר אתר הכללה לנסתר fluorinated קצר יותר PFAS האחרונות כימיה5, זו בחירה שלב מאפשרת שחזור יסודית יותר של תרכובות הרומן לניתוח MS.
כימות LC-MS/MS ממוקד משתמש מאומת סטנדרטים, איזוטופ יציב עם התווית סטנדרטים פנימיים ומספק רמה ללא תחרות של ירידה לפרטים ורגישות לניתוח כמותי. גישה זו היא רצויה במצבים רבים, היא מעשית למצבים כל מדי נפוץ בניתוח. גישות יישוב עובד רק עבור מינים צפויים במדגם, ועבור אילו שיטות בעבר הוקמו. עבור תרכובות חדשים ומתפתחים, גישה זו הוא מסוגל אפילו גילוי מין זה יכול להיות מעניין, ללא קשר כימיה או ריכוז, ו ברזולוציה נמוכה ספקטרומטרים המוני אינם מסוגלים כמעט מתן מידע מספיק כדי לבצע חד-משמעית הקצאות הכימי של תרכובות לא ידוע. כתוצאה מכך, בתחום ניתוח שאינו ממוקד שצמחו, מינוף הכוח של ברזולוציה גבוהה ספקטרומטרים המונים מודרניים כדי לנתח דגימות ללא הנחה presupposed ולהקצות בדיעבד כימיקלים לתכונות לזיהוי במדגם. גישה זו כבר בשימוש נרחב בתחומי הביולוגיה22,23,24 ו מדעי הסביבה25,26,27 על שיעורים רבים של כימיקלים. Perfluorinated כימיקלים פשוטה במיוחד לזהות בשיטה זו עקב דפוסי המוני ספקטרלי הייחודי שלהם, מאות תרכובות תוארו רק העבר כמה שנים5,28.
פרוטוקול שנדונו כאן מיועדת ליישור כימות LC-MS/MS PFAS יישוב עם הצורך לזהות ולנטר באופן כמותי למחצה תרכובות המתעוררים עניין. השלב SPE מבחר, טכניקות להכנת הדגימה נועדו להבטיח לכידת של חומצות PFAS המתעוררים הידרופילית יותר מן המים, עשוי להיות פחות מתאים יותר שרשרת פולימריים מינים ומינים ללא יונית. עוד יותר, הנתונים שנוצרו על-ידי ניתוח שאינו ממוקד צפופה, של dimensionality גבוהה, אשר מחייבת שימוש תוכנה לניתוח נתונים. חבילות תוכנה כזו הם לעתים קרובות ספציפי לספק ודורשים שינוי לפעול בין פלטפורמות כלי נגינה. במידת האפשר, תהליך ניתוח שתיארנו באופן כללי מקור פתוח/freeware חלופות מוזכרים, אך היעילות והדיוק של כל גישה תוכנה חייב להיות מוערך על בסיס פרטני.
1. אוסף של דגימות מים
2. דגימה החילוץ
הערה: PFAS נמצא בכל מקום ומתמשך. ודא כל ממיסים של הציון הגבוה יש נותחו על זיהום PFAS ברמה נמוכה. שטפים היטב את כל הציוד במעבדה משתמשים להכנת תקנים לפני הכנת כדורי סרק ודוגמאות.
התוצאות LC-MS/MS כמותיים הן בצורה של יון-chromatograms את chromatogram יון סה כ (טיק) ו chromatograms שחולצו יון (EIC) של מעברים כימי מסוים נמדד כימיקלים (איור 1). האזור שיא משולב של מעבר כימי קשורה תרכובת שפע והוא יכול לשמש כדי לחשב את הריכוז המדויק באמצעות עקומת כיול מנורמל ל תקן פנימי (איור 2). התגובה נמוך או שטוח של הפרט analytes מציין כי הטווח כיול הוא מחוץ לטווח ליניארי ספקטרומטר מסה, או כי המכשיר דורש כוונון/כיול. דיוק המסכן של משכפל מצביע על בעיה עם הזרקה מדגם או לא עקבי כרומטוגרפיה הדורש שינוי של פרמטרים LC.
ממוקדות ללא ניתוח באמצעות סריקה מלאה MS1 מניב סוכריית טיק עבור דגימות (איור 3), אשר מאפשר לדור אד הוק של EICs עבור יונים בודדים (איור 4). בכל נקודת זמן כרומטוגרפי נתון מכיל אותות צורון כימי, וכן כאשר באמצעות ספקטרומטר מסה ברזולוציה גבוהה, טביעת האצבע איזוטרופי של המתחם. זיהוי תרכובות מהסריקה MS1 מתבצע באופן תוכניתי, על ידי אלגוריתם שיא-איסוף באמצעות אחת של מספר גישות38,39,40. שיא האיסוף התשואות תכונות כימיות עם מסה מדויק נמדד זמן השמירה כרומטוגרפי, כמו גם את הספקטרום המונית של יונים לבין אזור הפסגה כרומטוגרפי. מידע זה מאוחסן בדרך כלל תבנית מסד נתונים דיגיטלי בעיבוד נוסף וסינון, אבל מקוננים ובעלת אופי הנתונים ניתן להבין מבחינה מושגית (איור 5).
הרשימה תכונה סינון תרכובות להכיר את אחד מספר קריטריונים שייבחר עבור חקירה נוספת. הראשון, הברור ביותר הוא סינון על-ידי פגם מסה (ההבדל בין המסה המדויקת של תכונה המסה נומינלי). תרכובות PFAS יש מסה שלילית פגמים (איור 6) עקב שלהם שנגדו אטומי פלואור, תרכובות polyfluorinated יש פגמים מסה חיובי, אבל קטנים יותר באופן משמעותי מאשר חומרים אורגניים הומולוגי31,34 . שיטה שנייה סינון שלב היא לזהות הומולוגי סדרה המכילה יחידות חוזרות נפוצות PFAS מינים, כגון CF2 או CF2O. זיהוי אלה יכול להיעשות באמצעות מסה קנדריק פגם מגרשים17,36, או חבילות תוכנה כגון של R nontarget חבילת35 (איור 7).
לאחר סינון, הקצאה של זהות כימית על קצרה של נצפתה באופן מאוד שונה ו/או באופן לא סופי לכל / מינים polyfluorinated יכול להתחיל. מסה מדויק מספק רשימה קטנה יחסית של פוטנציאל כימי נוסחאות עבור התאמה אך אינה מספיקה עבור זיהוי ללא התוספת של ההתאמה ספקטרלי לתבנית איזוטופ של ספקטרום המוני41. מ ברזולוציה גבוהה MS1 נתונים, אחד או יותר נוסחאות כימיות בשם ה"שאילתה איזוטרופי טביעת האצבע של הספקטרום המוני, הבקיע (איור 8). נוסחאות עבור התאמה יכול להיווצר ab initio באמצעות בריכת מוגדרים של אטומים או יכול להיות הטרייה שילוב של ספרות דיווח תרכובות ואת התוכן של מסדי נתונים אחד או יותר. המארחים אותנו EPA כימיה לוח מחוונים (https://comptox.epa.gov/dashboard/) רשימה המתעדכנת כל הזמן של תרכובות PFAS המזוהה על-ידי הסוכנות, וכן רשימות שנאספו על ידי ארגונים אחרים כגון רשת נורמן42.
נוסחאות כימיות יכול להיות מאושרות יותר, חלק מהמידע מבניים יכולים להיות שנלמדו לפי MS/MS ספקטרה (איור 9). המועמד מבנים זמינים כימי מסדי נתונים גדולים כגון לוח המחוונים כימיה של המשרד לאיכות הסביבה, Pubchem, מספר סידורי, וכו '. ספקטרה החזוי יכול להיווצר או רכשה באמצעות מגוון של תוכניות פיצול, מוקצה,43 או MS/MS ספקטרה יכול להתפרש באופן ידני.
מטריצת נתונים לדוגמה הוא זמין במידע משלים הכולל מטריצה תכונה כל מדגימות עשר (5 במעלה הזרם, 5 במורד הזרם) שנאספו במעלה הזרם במורד הזרם של שטיח המקור. כל שורה מייצגת תכונה כימית עם זמן השמירה משויך, מסה נייטרלי, ספקטרום המונית ושפע raw עבור כל דגימה. (טבלה משלימה, גיליון 1). הראשונית סינון (טבלה משלימה, גיליון 2) פגם מסה שלילית, מובהקות סטטיסטית במבחן t אינטראקצית בין הזרם ויוצאת מפחיתה את מספר תכונות כימיות "מעניינות" ל ~ 120. נוסחות כימי החזוי היו המתקבל Agilent IDBrowser וערכו נגד המחוונים כימיקלים Comptox המשרד לאיכות הסביבה, והחזירו האפשר תואם (טבלה משלימה, גיליון 3). "טופ-להיט" עבור כל נוסחה כימית בהתבסס על מקורות נתונים37 הוצב (טבלה משלימה, גיליון 4). שימו לב כי יותר ממחצית התכונות הנותרות אין לי גפרורים באיכות גבוהה. תכונות מזוהה עם גפרורים יכול להיות התוצאה של היווצרות קוד בפיצול/adduct, הקצאה נוסחה עני, או הזיהוי של PFASs לא נמצאה במסד נתוני המקור. פרשנות של ספקטרום גלם על מנת לאמת את הקצאות מעבר להיקף של כתב יד זה אבל ניתן למצוא מידע נוסף עבודות מצוטט15,30,31,44, 45.
| מזהה | לדוגמה שם | סוג המדגם | ריכוז או משחק Std | בקבוקון | שיטת LC | שיטת MS |
| 1 | DB_001 | ריק | 1:A, 1 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 2 | DB_002 | ריק | 1:A, 1 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 3 | DB_003 | ריק | 1:A, 1 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 4 | DB_004 | ריק | 1:A, 1 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 5 | DB_005 | ריק | 1:A, 1 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 6 | פנסיון מלא | ריק | 1:A, 2 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 7 | 10 std | תקן | 10 | 1:A, 3 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות |
| 8 | 25 std | תקן | 25 | 1:A, 4 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות |
| 9 | 50 std | תקן | 50 | 1:A, 5 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות |
| 10 | 100 std | תקן | 100 | 1:A, 6 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות |
| 11 | 250 std | תקן | 250 | 1:A, 7 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות |
| 12 | 500 std | תקן | 500 | 1:A, 8 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות |
| 13 | 750 std | תקן | 750 | 1:B, 1 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות |
| 14 | 1000 std | תקן | 1000 | 1:B, 2 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות |
| 15 | DB_006 | ריק | 1:B, 3 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 16 | SB_DUP1 | Analyte | 1:B, 4 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 17 | SB_DUP2 | Analyte | 1:B, 5 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 18 | אתר SW 03 | Analyte | 1:B, 6 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 19 | SW באתר 16 | Analyte | 1:B, 7 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 20 | SW האתר 30 | Analyte | 1:B, 8 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 21 | DB_007 | Analyte | 1:C, 1 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 22 | אתר SW 19 | Analyte | 1:C, 2 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 23 | SW האתר 48 | Analyte | 1:C, 3 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 24 | אתר SW 49 | Analyte | 1:C, 4 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 25 | SW האתר 05 | Analyte | 1:C, 5 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 26 | אתר SW 47 | ריק | 1:C, 6 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 27 | DB_008 | Analyte | 1:C, 7 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 28 | SW באתר 19_DUP | Analyte | 1:C, 8 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 29 | SW האתר 20 | Analyte | 1:D, 1 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 30 | SW האתר 21 | Analyte | 1:D, 2 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 31 | אתר SW 46 | Analyte | 1:D, 3 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 32 | אתר SW 47 | Analyte | 1:D, 4 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 33 | DB_009 | ריק | 1:D, 5 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 28 | SW האתר 32 | Analyte | 1:D, 6 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 29 | SW באתר 50 | Analyte | 1:D, 7 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 30 | SW באתר 25 | Analyte | 1:D, 8 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 31 | SW באתר 21_DUP | Analyte | 1:E, 1 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 32 | SW באתר 52 | Analyte | 1:E, 2 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 33 | DB_010 | ריק | 1:E, 3 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 34 | פנסיון מלא | ריק | 1:A, 2 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 35 | 10 std | תקן | 10 | 1:A, 3 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות |
| 36 | 25 std | תקן | 25 | 1:A, 4 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות |
| 37 | 50 std | תקן | 50 | 1:A, 5 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות |
| 38 | 100 std | תקן | 100 | 1:A, 6 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות |
| 39 | 250 std | תקן | 250 | 1:A, 7 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות |
| 40 | 500 std | תקן | 500 | 1:A, 8 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות |
| 41 | 750 std | תקן | 750 | 1:B, 1 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות |
| 42 | 1000 std | תקן | 1000 | 1:B, 2 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות |
| 43 | DB_011 | ריק | 1:B, 2 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות | |
| 44 | DB_012 | ריק | 1:E, 4 | PFAS גראד 400uL/min - 9 דקות לרוץ | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 דקות |
טבלה 1: worklist לדוגמה עבור ניתוח ממוקד וכימות של PFAS באמצעות LC-MS/MS
| זמן (דקות) 0 | % A (אצטט אמוניום 2.5 ממ ב- 5% MeOH) 90 | % B (אצטט אמוניום 2.5 ממ ב 95% MeOH) 10 |
| 5 | 15 | 85 |
| 5.1 | 0 | 100 |
| 7 | 0 | 100 |
| 7.1 | 90 | 10 |
| 9 | 90 | 10 |
טבלה 2: מעבר דוגמה להפרדה LC בניתוח יישוב
| Capilary מתח (kv) | 1.97 |
| קונוס מתח (V) | 15 |
| חולץ מתח (V) | 3 |
| עדשה RF (V) | 0.3 |
| מקור Temp | 150 |
| Desolvation Temp | 40 |
| זרימת הגז desolvation (L לשעה) | 300 |
| זרימת הגז קונוס (L לשעה) | 2 |
טבלה 3: יינון מקור פרמטרים עבור ניתוח ממוקד
| Cmp | קודמן | המוצר | זמן להתעכב | קונוס מתח (V) | אנרגיית התנגשות (eV) |
| PFBA | 212.80 | 168.75 | 0.01 | 15 | 10 |
| 13C 4-PFBA הוא | 216.80 | 171.75 | 0.01 | 15 | 10 |
| PFPeA | 262.85 | 218.75 | 0.01 | 15 | 9 |
| PFBS ° 1 | 298.70 | 79.90 | 0.01 | 40 | 30 |
| PFBS ° 2 | 298.70 | 98.80 | 0.01 | 40 | 28 |
| PFHxA ° 1 | 312.70 | 118.70 | 0.01 | 13 | 21 |
| PFHxA ° 2 | 312.70 | 268.70 | 0.01 | 13 | 10 |
| הוא 13C 2-PFHxA | 314.75 | 269.75 | 0.01 | 13 | 9 |
| HFPO-DA 1° | 329.16 | 168.90 | 0.01 | 10 | 12 |
| HFPO-DA 2° | 329.16 | 284.90 | 0.01 | 10 | 6 |
| HFPO-דא הוא 1° | 332.16 | 168.90 | 0.01 | 10 | 12 |
| HFPO-DA הוא 2° | 332.16 | 286.90 | 0.01 | 10 | 6 |
| PFHpA ° 1 | 362.65 | 168.65 | 0.01 | 14 | 17 |
| PFHpA ° 2 | 362.65 | 318.70 | 0.01 | 14 | 10 |
| PFHxS ° 1 | 398.65 | 79.90 | 0.01 | 50 | 38 |
| PFHxS ° 2 | 398.65 | 98.80 | 0.01 | 50 | 32 |
| 13C 4-PFHxS הוא | 402.65 | 83.90 | 0.01 | 50 | 38 |
| PFOA ° 1 | 412.60 | 168.70 | 0.01 | 15 | 18 |
| PFOA ° 2 | 412.60 | 368.65 | 0.01 | 15 | 11 |
| 13C 4-PFOA הוא | 416.75 | 371.70 | 0.01 | 15 | 11 |
| PFNA ° 1 | 462.60 | 218.75 | 0.01 | 15 | 17 |
| PFNA ° 2 | 462.60 | 418.60 | 0.01 | 15 | 11 |
| PFNA הוא | 467.60 | 422.60 | 0.01 | 15 | 11 |
| עמק חפר ° 1 | 498.65 | 79.90 | 0.01 | 60 | 48 |
| עמק חפר ° 2 | 498.65 | 98.80 | 0.01 | 60 | 38 |
| הוא 13C 4-עמק חפר | 502.60 | 79.70 | 0.01 | 60 | 48 |
| PFDA ° 1 | 512.60 | 218.75 | 0.01 | 16 | 18 |
| PFDA ° 2 | 512.60 | 468.55 | 0.01 | 16 | 12 |
| 13C 2 - הוא PFDA | 514.60 | 469.55 | 0.01 | 16 | 12 |
טבלה 4: טבלת מעבר לדוגמה ופרמטרים MS/MS עבור התוכן של PFAC-MXA, יחד עם HFPO-DA
| זמן (דקות) | % A (אצטט אמוניום 2.5 ממ ב- 5% MeOH) | % B (אצטט אמוניום 2.5 ממ ב 95% MeOH) |
| 0 | 90 | 10 |
| 0.5 | 90 | 10 |
| 3 | 50 | 50 |
| 3.5 | 50 | 50 |
| 5.5 | 40 | 60 |
| 6 | 40 | 60 |
| 7 | 0 | 100 |
| 11 | 0 | 100 |
טבלה 5: הדרגה דוגמה להפרדה LC בניתוח שאינו ממוקד
| הפרמטר profinder | קביעת ערך |
| חילוץ שיא גובה מסנן | ספירות 800 |
| Ion(s) המותר | -H / + H |
| תכונה החילוץ איזוטופ מודל | מולקולות אורגניות נפוצות |
| הברית המטען המותר | 2 בינואר |
| סף ספירת יון מורכב | יונים של שניים או יותר |
| יישור RT סובלנות | 0.40 דקות + 0.0% |
| רגישות מסה יישור | ppm 20.00 + 2.0mDa |
| עיבוד דפוס מסנן גובה מוחלט | > = 10000 ספירות מדגם אחד |
| עיבוד דפוס MFE ציון מסנן | > = 75 אחד מדגם |
| אלגוריתם אינטגרציה שיא | 2 זריז |
| שיא אינטגרציה גובה מסנן | > = ספירות 5000 |
| למצוא על-ידי מסנן גובה מוחלט יון | > = ספירות 7500 מדגם אחד |
| למצוא על-ידי מסנן הציון יון | > = 50.00 אחד מדגם |
טבלה 6: תכונה מולקולרית החילוץ והגדרות יישור עבור תוכנת Profinder. כל הערכים חסוי נשמר את הגדרות ברירת המחדל עבור עיבוד נתונים.
| יון שפע הסף | תכונה ספי | שכפול סף (n = 5) | בזמן ריצה | תכונות | עוברים את הסף שכפל | עוברים את הסף CV | תכונות 90% של טיק |
| 1 x S/N | 2000 | אף אחד | 8.15 | 987 | 505 | 421 | 91 |
| 2 x S/N | 5000 | אף אחד | 5.02 | 707 | 357 | 313 | 93 |
| 3 x S/N | 10000 | אף אחד | 2.3 | 308 | 249 | 230 | 93 |
| 1 x S/N | 2000 | 100% | 3.3 | 603 | 339 | 297 | 92 |
| 2 x S/N | 35000 | 100% | 1.58 | 310 | 248 | 229 | 93 |
| 3 x S/N | 10000 | 100% | 1.45 | 202 | 190 | 182 | 92 |
טבלה 7: השוואה של זמן עיבוד הדגימה, תכונה כימיים ופיזיקליים עבור תכונה שונה החילוץ ספי.

איור 1 : סה כ chromatogram יון, יון שחולצו chromatograms של תת-קבוצות של סטנדרטים אתר perfluorinated. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 2 : עקומות כיול נציג עבור תרכובות הוכחת הפחתת איכות הבנייה עקומת אנליטי. בלוח השמאלי ביותר מצביע על כיול באיכות גבוהה; בחלונית האמצעית מציינת תרכובת בדייקנות המסכן ברחבי כפילויות הכנה, במיוחד בריכוזים גבוהים; החלונית הימנית מציין עקומה עם דיוק המסכן טווח דינמי ליניארי נמוך, וכתוצאה מכך התגובה שטוח בקצה העליון של טווח כיול, אין קליטה לזיהוי בקצה התחתון. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 3 : בשכבות יון סה כ chromatograms (טיק) עבור מים עיליים תמציות במעלה הזרם וערכו במורד הזרם של אתר ייצור שטיח. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 4 : יון שחולצו chromatograms (EIC) עבור כל זיהה תכונות כימיות של דגימת מים עיליים המכיל מספר מחלקות שטיח. כל עקבות כימיים היא בצבע שונה עבור בידול. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 5 : דיאגרמה מושגית של raw ומידע החזוי עבור תכונה כימית מזוהה חומצה דיימר תחמוצת hexafluoropropylene (HFPO-DA). תכונות כימיות נאסף ממקור תוכנת חילוץ נתונים גולמיים מ MS מדידות ומכילים כרומטוגרפי (למשל, זמן השמירה (RT)), מסה ספקטרומטר מידע. הנוסחה החזוי, מבנים, זהויות כימי נוצרות מתוך נתוני המדידה גולמיים עבור כל תכונה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 6 : פגם מסה חלקה עבור תכונות כימיות מזוהה ייצור outfall (אדום, שמאלה), הפניית מים עיליים (כחול, נכון). תרכובות Fluorinated נופלים ליד ומתחת מקווקו את קו האפס. הערה הסדרה PFOA/עמק חפר מתמיד במדגם מים עיליים רקע (מימין). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 7 : מסה vs פגם מסה מגרש עבור תכונות כימיות לא מזוהה מתוך מדגם מים עיליים עם סדרת הומולוגי המזוהים ומתויגים מאת nontarget החבילה R. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 8 : קשת מסה תכונות כימיות לא ידוע עם עוצמות איזוטרופי החזוי של שלושה נוסחה כימית אפשרי עם monoisotopic אותו למיסה אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 9 : פיצול ספקטרום של האתר perfluorinated. הרכב עם מבואר פרגמנט פיקס. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 10 : ייצוג גרפי של סינון ספי. משמאל לסף שפע יון צודק, עבור תכונה כימית ספקטרה המוני, כוללים שפע הסף עבור תכונות כרומטוגרפי שחולץ ולאחר שכפול סף עבור התכונה זיהוי תדר בניסוי הזרקת triplicate. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
עקרונות הטיפול מדגם
ההכללה של הפניה/ספייק סטנדרטים הם ערך עליון בכל ניתוח ממוקד, כפי שהם מספקים ויצא מהצד השני לבדיקת תוקף אנליטית. חוסר QC דגימות מונע כל הערכה של דיוק התוצאות; הטבע בכל מקום של fluorochemicals כלומר הסיכוי לזיהום של דגימות שדה, עיבוד חומרים, או LC-MS מערכת אינו נדיר חייב להיות אחראים. עוד, זה מאפשר האימות של פרוטוקול ללא קשר וריאציה במדגם היומיומית עיבוד, כפי שרבים מהשלבים יכול להיות משתנה מאוד, במיוחד את SPE והשלבים ריכוז לדוגמה. החילוץ של שני כימיקלים perfluorinated מדור קודם, רומן יכול להיות מושפע בכבדות על-ידי הבחירה של שלב נייח ריכוז והרכיבים של הדגימות מקור, כגון pH ומליחות46. יש לקחת בחשבון את ההשפעה של תנאי מדגם אם למחלקות של pefluorinated כימיקלים הם עניין. ניתן להשתמש ערכות הכנה אלטרנטיביים דוגמת מים תמציות אם מעבדה ההתקנה אינו זמין, ניתוח הנתונים במורד הזרם נשאר דומה.
ניתוח נתונים יישוב
עבור תרכובות עם סטנדרטים הזמינים, איזוטופ מתאימים, יציב עם התווית סטנדרטים פנימיים, החשש העיקרי לניתוח נתונים הם פלייבק והנחישות של שיטת זיהוי גבולות ואת טווחי דיווח מתאים יכול להיקבע על מעבדה-מאת-מעבדה בסיס שימוש בגישות סטנדרטיים, כגון יחס אות לרעש סטנדרט ברמה נמוכה קוצים47. בהיעדר תואם סטנדרטים פנימיים שגיאות מתופעות לא תואמת מטריצה יכולות להתרחש, הגב-חיזוי מדויק של דגימות מחודדים יכול לשמש כדי להעריך את הדיוק של המדידות. כאשר חסר תקנים כדי להכין עקומה, הערכה כמותית של ידוע יכול להתבצע בכך שהוא מתייחס אליה באופן זהה סטנדרט שהותאמו באופן הדוק במתחם, אך טעויות בהערכת גודל 10 + קיפול מוגבלת היכולת לכמת את הוודאות, רואה מק'קורד, ניוטון, Strynar21. במקרים אלה, עדיין ניתן לאסוף נתוני המגמה, אבל ריכוז הערכות להסתמך.
ניתוח נתונים שאינם במיקוד
הגדרות האיסוף שיא יש השפעה משמעותית על מספר תכונות כימיות מזוהה, אבל האיכות של בחירת תכונות מושפע גם בכבדות. ההחלטות של התעניינות שיא האיסוף הם 1) עוצמת בודדים גושים כלילה הסף שפע יון 2) את עוצמת שחולצו chromatogram פיקס כדי להיחשב תכונות, זיהוי 3) כוללים תכונת הסף שפע ספקטרה, תדירות, הסף שכפל ו- 4) וריאציה אנליטית, הסף CV (איור 10).
הגדרת סף נמוך unrealistically עבור שיא איסוף תוצאות גידול מעריכי לדוגמה זמן לפתור את תכונות נוספות של שפע יותר ויותר נמוך (טבלה מס ' 7). המסננים הסף יון-שפע המוניים תכונות ספקטרליות איפה מספיק abundances איזוטופ בודדים שאינם עוברים את הסף. פעולה זו בוחרת באופן אידיאלי רק עבור תכונות עם איכות MS ספקטרה, הבטחת שהם תכונות כימיות ממש במקום רעש פלייבק, ומאפשר לחיזוי נוסחה בעיבוד במורד הזרם. הסף המתאים מבוססת על רעש פלייבק, אידיאלי לפחות 3 x הסף רעש עבור MS1 סורק. תכונה שפע הסף מסנן תכונות כימיות המבוססת על עוצמת או אזור של התכונה כרומטוגרפי שחולצו. שלב זה מאפשר דחייה של פסגות שפע נמוכה, אשר בדרך כלל באיכות ירודה כרומטוגרפי, יש סטיות גבוהה או הם התוצאה של מיצוי המסכן תוכנה אחרים. הסף המתאים צריכה להיקבע לכל ניסוי, לכל מטריצה המבוססת על רמת הדור המסכן תכונה (למשל, תכונות מתחת כרומטוגרפיה בעלי המסכן התערוכה הסף). בהמשך QC אנליטית יכול להיות נהגה לדחות תכונות ברמת כרומטוגרפי המבוססת על זיהוי לא עקבי באנליטי ו/או הכנה משכפל (מפתן שכפל) או בהתבסס על הפארמצבטית המסכן מעבר משכפל (CV מפתן). רמות המתאים תלויות איכות שיא שילוב התוכנה ששימשה וישויות כימי תחת חקירה. עבור תרכובות perfluorinated מסיסים במים והפרוטוקולים שילוב אופטימיזציה בקלילות, תכונות צריך להיות מזוהה ב- 80 + % אנליטי משכפל ו CVs צפויים ליפול מתחת 30%, כמפורט בסעיף שיטות.
הפסגות זוהה מניתוח שאינן ממוקדות לא תשואה הערכות כמותיות של ריכוזי החומרים זוהה. יתר על כן, הזהות של אלמונים נכון יכול להיות קשה לאשר כי תרכובות הרומן נעדרים ממסדי נתונים זמין לציבור. נחישות מבניים הרומן דורש ניתוח מקיף עם שיטות מרובות ואינו דורש מומחיות ספקטרומטר מסה וכימיה. עם זאת, נרמול האזורים שיא של תכונות כימיות יכול לספק הערכות כמותיות למחצה של ריכוזי נעלמים מינים מוכרים21. אם הדגימה עקבי ושלבי ההכנה הם מועסקים, זמן מידע מגמה עבור מינים בודדים יכול להיווצר לפקח התמדתו של חומר כימי העתיד כמו התגובה מינים בודדים צריך להיות עקבי אלא אם כן יהיו גדולים וריאציות מטריקס21.
היתרון העיקרי של שיטה זו הוא ההרחבה של הטיפול הדגימה כדי לאפשר ניתוח ממוקד והן nontargeted. בעוד ניתוח יישוב מספק מידע כמותי מקביל או מעולה, היא מאוד חסרה ולרוחבה של ניתוח הרצוי בעת התמודדות עם חומרים חדשים ומתפתחים, כמו גם היחסים שלהם לחומרים מטריקס. החלת מתודולוגיה יישוב, או אפילו חשוד הקרנת שיטה מבוסס רק על חומרים הידועים, מסדי נתונים מוגבלים עיוור לחלוטין מינים unobserved בעבר, אפילו אם ייתכן שיש להם השפעות בריאותיות משמעותיות. משפר את התוכנה, מסדי נתונים הופכים עמידים יותר, דיוק הזיהוי לא ידוע תמשיך לגדול, עם ירידה הנוטלים הזמן וההשקעה ורמת המומחיות צורך לנתח את הנתונים רב-ממדי שנוצר על ידי זה הגישה. בכל זאת, נתונים שנוצרו כיום היא בעל ערך משמעותי בעתיד כי נתונים בנקאות מאפשר ניתוח פוסט-הוק עם התוכנה החדשה שפותחה ומאפשר השוואה לאורך זמן גם אם זהותו של תרכובת שזוהו אינו ידוע כיום.
המחברים אין לחשוף.
ארצות הברית הסוכנות להגנת הסביבה, באמצעות Office של המחקר והפיתוח שלה, במימון וניהל את המחקר המתואר כאן. מסמך זה כולל נבדקו על ידי הסוכנות להגנת הסביבה של ארה ב, משרד של מחקר ופיתוח, ואף אושרו לפרסום. הדיעות במאמר זה הם אלה של המחברים, ואינן מייצגות בהכרח את ההשקפות או מדיניות של הסוכנות להגנת הסביבה ארה ב. מחקר זה נתמך בחלקה על ידי פעילות התוכנית מחקר פוסט-דוקטורט במעבדה הלאומית חשיפה המחקר מנוהל על ידי המכון אוק רידג מדע וחינוך דרך הסוכנויות DW89992431601 הסכם בין משרד האנרגיה האמריקני, הסוכנות להגנת הסביבה של ארה ב.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מערכת כרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים במיוחד של Acqity | ווטרס | שונה עם ערכת ניתוח PFCs (176001744); מערכת UPLC מקבילה מקובלת אם רקע PFAS נבדק ואושר כנמוך | |
| אמוניום אצטט | Fluka | 17836 | ספקטרומטריית מסה דרגה >99% |
| אמוניום הידרוקסיד | Sigma-Aldrich | 338818 | |
| Balance | Mettler | AB204S | |
| BEH C18 עמודת UPLC שלב הפוך, 2.1 ופעמים; 50 מ"מ, 1.7 μ מ | תאגיד ווטרס | 186002350 | |
| משאבת מזרק בוכנה כפולה | תאגיד ווטרס | SPC10-C | |
| חומצה אצטית קרחונית | סיגמא-אולדריץ' | ARK2183 | |
| מסנני מיקרופייבר זכוכית | Whatman | 1820-070 | |
| בקבוק מדגם פוליאתלי בצפיפות גבוהה | נלג'ין | 2189-0032 | |
| ספקטרומטר מסה ברזולוציה גבוהה | שונים | צריך להיות מסוגל לספק מסה מדויקת ל-< 10 דפים לדקה ואיסוף נתוני MS/MS. Agilent 6530 qTOF ו-Thermo Fisher Orbitrap Fusion שימשו בעבודה זו | |
| מתנול | סיגמא-אולדריץ' | ||
| חומצה חנקתית (35% w/w) | Thermo Fisher Scientific | SVCN-5-1 | ניתן להכין בבית באמצעות חומצה חנקתית מרוכזת ומי ריאגנט |
| משפך פוליפרופילן בוכנר | ACE Glass | 12557-09 | |
| צינור וכובע צניטרפוגה מפוליפרופילן | BD Falcon | 352096 | |
| בקבוק ואקום פוליפרופילן (1 ליטר) | Nalgene | DS4101-1000 | |
| Quattro Premier XE ספקטרומטר מסה מרובע משולש | במקום זאת ניתן להשתמש במערכת מקבילה לשלושה קוואדרופול או טובה יותר, אמורה לספק רגישות ויציבות גבוהות | ||
| מים | כל מקור שנקבע כנטול PFAS | ||
| נתרן אצטט | סיגמא-אולדריץ' | W302406 | |
| מאייד חנקן TurboVap | להשתמש במקום זאת במערכות שוות ערך ל 103198 מדעי החיים של קליפר או מאייד ואקום סיבובי | ||
| מחסנית SPE להחלפת אניונים חלשה (Oasis WAX Plus) | Waters Corporation | 186003519 | |
| <פתרונות חזקים>סטנדרטיים | |||
| 2,3,3,3-Tetrafluoro-2-(1,1,2,2,3,3,3,3-heptafluoropropoxy)חומצה פרופנואית (HFPO-DA) | וולינגטון | HFPO-DA | |
| תקני תרכובות ממוקדים | שייקבעו על סמך ניתוח ראשוני וזמינות סטנדרטית | ||
| מקורית HFPO-DA | Wellington | M2HFPO-DA | |
| (2 ug/mL) | Wellington | PFAC-MXA | או PFAC-MXB; או תערובת שהוכנה בנפרד המכילה תרכובות מעניינות |
| איזוטופ יציב עם תווית PFCA/PFAS תערובת (2 ug/mL) | Wellington | MPFAC-MXA | או MPFAC-MXB; או תערובת שהוכנה בנפרד המכילה תרכובות מעניינות בהתאם ל-PFAS מקוריים |
| Software | |||
| Mass Profiler Professional | Agilent | או חבילות תוכנה בקוד פתוח | |
| Profinder | Agilent | או חבילות תוכנה בקוד פתוח |