Name: Identificazione- e specie chimica di Polyfluorinated con un flusso di lavoro combinato mirati e Screening di mirati spettrometria di massa ad alta risoluzione (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-04-18T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 4 s
Description: Scopri un metodo combinato per quantificare e identificare PFAS noti e sconosciuti in campioni d'acqua mediante spettrometria di massa ad alta risoluzione. Questo protocollo migliora il monitoraggio ambientale dei composti fluorurati.

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L'US Environmental Protection Agency, attraverso il suo ufficio di ricerca e sviluppo, finanziato e gestito la ricerca descritta qui. Questo documento è stato rivisto da U.S. Environmental Protection Agency, ufficio di ricerca e sviluppo e approvato per la pubblicazione. Le opinioni espresse in questo articolo sono quelle degli autori e non rappresentano necessariamente le opinioni o le politiche della US Environmental Protection Agency. Questa ricerca è stata sostenuta in parte da un appuntamento per il programma di ricerca post-dottorato presso il laboratorio di ricerca dell'esposizione nazionale amministrato dall'Istituto Oak Ridge per scienza e formazione attraverso Interagency accordo DW89992431601 tra il US Department of Energy e l'US Environmental Protection Agency.

1. raccolta dei campioni di acqua
<ol><li>Preparazione di PFAS calci di densità Standard<ol>
<li>Preparare una miscela standard di PFAS in metanolo contenente eventuali composti a target di interesse (ad es., PFOA, PFOS, HFPO-DA) a 1 ng / µ l. Questa è la miscela di PFAS nativo. Sono disponibili anche miscele preparate commercialmente (cioè, PFAC Mix A e Mix B).</li>
		<li>Preparare una miscela standard contenente abbinato isotopo stabile etichettato composti PFAS (SIL) (ad es., 13C4- PFOA, 13C8- PFOS, 13C3- HFPO-DA) a 1 ng / µ l. Questa è la miscela di PFAS è. Sono disponibili anche miscele preparate commercialmente (cioè, MPAFC Mix A e Mix B). Nota: Se non è disponibile una versione SIL del PFAS mirati, un surrogato di lunghezza simile struttura e catena può essere utilizzato (ad esempio, 13C2- PFHxA per HFPO-DA)</li>
	</ol>
</li>
	<li>Preparazione del campo vuoto (FB), campioni di Spike in bianco (SB)<ol>
<li>Riempire due, polipropilene pulito ad alta densità (HDPE) o polipropilene (PP) flaconi con 1.000 mL di laboratorio acqua deionizzata (DI), noto per essere PFAS gratis. Attenzione: Materiali PFAS frequentemente definita tossicità e/o carcinogenicità. Prestare la massima attenzione per evitare l'esposizione orale o cutanea agli standard o soluzioni di riserva.</li>
		<li>Aggiungere una quantità di miscela standard PFAS una delle bottiglie ad una concentrazione finale pari alle concentrazioni di campione previsto (ad es., 100 ng/L). Si tratta di Spike in bianco (SB).</li>
		<li>Aggiungere 5 mL di acido nitrico 35% conservante il vuoto di Spike.</li>
		<li>Trasportare sia campione di SB e il vuoto il campo sono nella posizione di campionamento come controlli.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Campionamento del campo Nota: Dispositivi di raccolta devono indossare guanti in nitrile e campione da sistemi che scorre dove possibile. Rubinetto per campioni dovrebbero poter fluire ed equilibrare prima del campionamento (2-3 min).<ol>
<li>Raccogliere 500-1.000 mL di acqua dalla posizione di campo in una bottiglia pulita dei PP o HDPE.</li>
		<li>Aggiungere 5 mL di acido nitrico 35% conservante per esempio bottiglie e campo vuoto. Attenzione: l'acido nitrico è corrosivo e un forte ossidante</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. estrazione del campione
Nota: PFAS sono onnipresenti e persistente. Assicurarsi che tutti i solventi sono di più alto grado e sono stati analizzati per la contaminazione di PFAS livello basso. Risciacquare accuratamente tutte le attrezzature di laboratorio utilizzate per la preparazione di norme prima di preparare i campioni e gli spazii in bianco.
<ol><li>Pretrattamento del campione<ol>
<li>Versare ogni campione in un separato, pre-pulito 1 L HDPE è laureato cilindro e registrare l'esatto volume.</li>
		<li>Aggiungere 10 mL di metanolo per la bottiglia campione svuotato, tappo e agitare bene per sciacquare PFAS adsorbito all'interno della bottiglia.</li>
		<li>Riportare il campione di acqua misurata la bottiglia sciacquata con il risciacquo metanolico.</li>
	</ol></li>
	<li>Curva standard per la quantificazione<ol>
<li>Riempire otto, 1 L HDPE/PP bottiglie con acqua DI PFAS-libero.</li>
		<li>Selezionare otto concentrazioni equidistanti che copre l'intervallo di quantizzazione desiderata. Ad esempio: 10, 25, 50, 100, 250, 500, 750 e 1000 ng/L per una gamma di 10-1.000 ng/L.</li>
		<li>Aggiungere una quantità di miscela di PFAS nativo per ogni bottiglia di cedere le concentrazioni finali di PFAS in 2.2.2 (ad esempio, 100 µ l PFAS Mix A 1L di acqua DI = 100 ng/L).</li>
	</ol></li>
	<li>Aggiunta di standard interno Nota: Aggiunta di isotopo stabile con l'etichetta standard interno (IS) è necessario solo se si desiderano risultati quantitativi oltre alle analisi non mirati.<ol>
<li>Aggiungere la miscela di PFAS è per ogni campione a una concentrazione di approssimare il punto centrale della curva di calibrazione (ad es., 250 µ l di miscela è PFAS = 250 ng/L)</li>
	</ol></li>
	<li>Filtrazione<ol>
<li>Filtrare i campioni attraverso filtri di fibra di vetro GF/A (47 mm, diametro dei pori 1,6 µm) sotto vuoto delicato in una boccetta di vuoto dell'HDPE 1 L pre-pulito.</li>
		<li>Se il particolato rimane nella bottiglia, risciacquare con acqua deionizzata aggiuntiva nel filtro. Restituire l'acqua filtrata per la bottiglia di campione o un nuovo contenitore per estrazione in fase solida.</li>
	</ol></li>
	<li>Estrazione in fase solida (SPE) Nota: Concentrazione di cartuccia descritto qui utilizza una pompa a pistone di flusso costante. Metodi alternativi di concentrazione utilizzando un collettore sottovuoto20 o utilizzando un programma di installazione di SPE-LC-MS17 on-line sono possibili ma non discusso.<ol>
<li>Condizione di una cartuccia di scambio (cera) debole anione con 25 mL di metanolo.</li>
		<li>Condizione della cartuccia di cera con un ulteriore 25 mL di acqua deionizzata.</li>
		<li>Posizione pompa disegnare tubi in bottiglie di campione filtrato ed etichettare cartucce SPE con corrispondenti nomi di esempio.</li>
		<li>Pompa 500 mL di acqua di campione attraverso la cartuccia ad un flusso costante di 10 mL/min (500 mL in totale), scartando il flusso liquido ai rifiuti. Nota: Volumi maggiori o minori possono essere concentrati a seconda delle concentrazioni di campione previsto.</li>
		<li>Rimuovere la cartuccia dalla pompa a pistone per eluizione. Nota: Se la concentrazione esempi aggiuntivi utilizzando la stessa pompa, la pompa a pistone deve essere lavata con 25 mL di metanolo prima di installare la cartuccia successiva di equilibramento.</li>
		<li>Trasferire la cartuccia SPE ad un collettore sottovuoto ed equipaggiare con serbatoio esterno in vetro.</li>
		<li>Lavare la cartuccia SPE con 4 mL di 25mm, tampone a pH 4,0 sodio acetato sotto vuoto delicato. Scartare il flusso attraverso. Cartuccia SPE lavare con 4 mL di metanolo neutro. Nota: Neutral lavare frazione possa essere raccolti se specifici analiti polari non ionici sono attesi. In caso contrario, scartare per rifiuti</li>
		<li>Posto un tubo da 15 mL in polipropilene centrifuga sotto ogni cartuccia SPE per raccogliere eluente. Eluire il campione con 4 mL di idrossido di ammonio 0,1% in metanolo.</li>
		<li>Rimuovere il tubo di eluizione e ridurre il volume di eluato a 500-1.000 µ l per evaporazione sotto flusso di azoto secco in un bagno di acqua a temperatura leggermente elevata (40 ° C).</li>
		<li>Concentrato di campione estratti possono essere archiviati prima dell'analisi a temperatura ambiente.</li>
	</ol></li>
	<li>Mirate la quantificazione LC-MS/MS<ol>
<li>Diluito 100 µ l di campione estratto con 300 µ l di tampone di acetato di ammonio 2 mM in una fiala del campione di HPLC.</li>
		<li>Calibrare ed equilibrare un sistemi HPLC e MS secondo le istruzioni del produttore. Nota: Sfondo PFAS comunemente vengono rilevati grazie all'utilizzo di componenti del fluoropolymer della maggior parte dei sistemi LC e nei setti fiala del campione. Confermare che i livelli rilevabili di spazi vuoti è trascurabile prima dell'uso. Modifica del sistema LC per sostituire i componenti di Teflon è suggerita dove possibile. L'uso di una colonna analitica "hold-up" adiacente alla valvola miscelatrice LC è anche suggerito29.</li>
		<li>Preparare un worklist analitici comprensivi di curva standard, campioni e un ulteriore replica della curva standard per valutare la deriva strumentale in fuga. Una lista di lavoro di esempio è illustrato nella tabella 1.</li>
		<li>Analizzare i campioni utilizzando metodi LC e MS stabiliti per la destinazione presenti di interesse. Il gradiente di LC di esempio è mostrato nella tabella 2 e i parametri del metodo MS sono mostrati in tabella 3 e tabella 4. Ulteriore discussione dettagliata possa essere trovati nei McCord et al.21.</li>
		<li>Generare una curva standard dai campioni standard utilizzando il rapporto tra area del picco dell'analita per lo standard interno contro le concentrazioni di analita. Generare una formula di regressione quadratica con 1 / x ponderazione per concentrazione Pronostico9.</li>
		<li>Quantitate mirati analiti in ciascun campione utilizzando le curve standard preparate e rapporto di area (area standard / è area) per ogni misurazione.</li>
		<li>Se la concentrazione supera l'intervallo di taratura, diluire il campione originale con acqua DI addizionati con la concentrazione appropriata di IS ed estrarre di nuovo a portare la concentrazione nell'intervallo appropriato.</li>
	</ol></li>
	<li>Raccolta di dati di LC-MS/MS non-mirato<ol>
<li>Diluito 100 µ l di campione estratto con 300 µ l di tampone di acetato di ammonio 2 mM in una fiala del campione di HPLC.</li>
		<li>Calibrare ed equilibrare un HPLC e MS ad alta risoluzione secondo le istruzioni del produttore.</li>
		<li>Preparare una lista di lavoro analitico come 2.6.2.</li>
		<li>Utilizzando il software dello strumento, raccogliere dati di LC-MS con una vasta analisi MS1 in modalità dipendente dai dati per raccogliere gradiente di MS/MS. esempio LC nella tabella 5. Ulteriore discussione delle impostazioni strumento si trovano in Strynar et al.30 e31di Newton et al. Nota: Per una migliore MS/MS analisi della qualità dei dati-dipendente possono avvenire con un elenco preferito dello ione di un sottoinsieme di funzionalità restanti dopo l'elaborazione di dati in 2.8.1-2.8.8.</li>
	</ol></li>
	<li>Elaborazione di dati non-mirato Nota: L'analisi dei dati può essere eseguita con una vasta gamma di software e questi metodi non riflettono il metodo unico, o meglio per un set di dati arbitrari. Ove possibile, passaggi forniscono una descrizione generica che può essere effettuata in software alternativo. Elaborazione dei dati di esempio utilizzati in questo manoscritto è stato effettuato utilizzando software specifici del fornitore (Software 1 e 2 di Software) come dettagliato in Newton et al.31.<ol><li>Eseguire l'estrazione molecolare caratteristica di caratteristiche chimiche utilizzando uno dei diversi software open source software pacchetti32,33 o il fornitore per identificare massa monoisotopic, tempi di ritenzione e aree dei picchi integrato di chimica caratteristiche.<ol>
<li>Nel Software 1, selezionare file di esempio di Aggiungi/Rimuovi > Aggiungi file e selezionare i dati non elaborati dall'esperimento non mirati, quindi premere OK.</li>
			<li>In Software 1 selezionare Batch ricorsiva Feature Extraction > metodo aperto... per caricare un metodo prestabilito, o modificare manualmente le impostazioni del software. Profinder impostazioni per estrazione di caratteristiche sono disponibili nella tabella 6.</li>
			<li>Nel Software 1, dopo l'estrazione di funzionalità, selezionare File > Esporta come file CSV..., File > Esporta come CEF..., o File > Esporta come PFA... per un'ulteriore elaborazione. I file CEF si presuppone che per il resto della descrizione.</li>
			<li>Nel Software 2 (MPP) creare un nuovo esperimento di tipo non identificato e flusso di lavoro tipo Importazione guidata dati e fare clic su OK.</li>
			<li>In MPP Selezionare file di dati e individuare i risultati esportati Software 1 (CEF o PFA) da importare; quindi fare clic su successivo fino a quando non vengono visualizzate le opzioni di Allineamento parametro .</li>
			<li>In MPP, impostare i valori di allineamento Compound a 0.0 (allineamento è stata già eseguita l'estrazione di funzionalità del Software 1, passaggio 2.8.1.2) quindi fare clic su successivo i passaggi fino a quando la finitura è disponibile.</li>
		</ol></li>
		<li>Filtro identificazioni basati sulla riproducibilità analitica. Dove più campioni replicati sono disponibili, caratteristiche dovrebbero essere presenti in > 80% di individuo replica e hanno un'analitico coefficiente di variazione (CV) del < 30%<ol>
<li>In selezionare MPP messa a punto sperimentale > esperimento raggruppamento e assegnare ogni file raw un gruppo corrispondente al relativo campione di origine (cioè, replicati dalla stessa fonte dovrebbero essere nello stesso gruppo). Più gruppi possono essere creati corrispondenti alle variabili nidificate (ad es., instrumental vs tecnici replicati).</li>
			<li>In selezionare MPP messa a punto sperimentale > creare interpretazione quindi selezionare il parametro di esperimento (cioè, il gruppo) e fare clic su Avanti fino a quando la finitura è disponibile. Questo creerà una categoria che futuro filtraggio può operare su.</li>
			<li>In selezionare MPP controllo qualità > filtro di frequenza. Impostare Entity List per Tutte le entità e l'interpretazione per il campione Group(non-averaged) creato in 2.8.2.2, quindi premere successivo.</li>
			<li>Per i parametri di Input, impostare ritenzione di entità all'80% del campione in almeno una condizione, quindi fare clic su Avanti fino a quando il rivestimento è disponibile. Denominare l'elenco frequenza filtrata caratteristiche</li>
			<li>In selezionare MPP controllo qualità > filtro sulla variabilità del campione. Impostare l'elenco di entità per le caratteristiche di frequenza filtrata da 2.8.2.4 e l'interpretazione di Group(non-averaged), quindi premere successivo.</li>
			<li>Selezionare il pulsante di opzione per Dati grezzi e la gamma di interesse al coefficiente di variazione < 30%. Fare clic su successivo > fine e salvare l'elenco come CV filtrata caratteristiche.</li>
		</ol></li>
		<li>Rimuovere funzionalità dove nessun campioni sono significativamente più elevati (> 3 fold) abbondanza rispetto al campione di campo vuoto (FB).<ol>
<li>In selezionare MPP analisi > Fold Change. Impostare Entity List su CV filtrata caratteristiche e l'interpretazione per il campione di che gruppo quindi prossimo colpo. Selezionare l'opzione cambia piega a tutti contro singola condizione e selezione condizione FB o qualunque fosse il nome del gruppo per il campione preparato in bianco.</li>
			<li>Nella schermata successiva, impostare la frequenza di taglio piega-cambiamento a 3.0 e fare clic su attraverso fino alla fine dei prompt. Salvare l'elenco come FC elenco filtrato.</li>
		</ol></li>
		<li>Eseguire confronti binari dei singoli campioni di interesse contro un campione adeguato sottofondo (ad es., a Monte vs a valle di una sorgente puntiforme) per determinare la piega-modifiche per singole caratteristiche chimiche.<ol>
<li>In selezionare MPP analisi > filtro su Vulcano trama. Impostare l'elenco di entità all'Elenco filtrato di FC e l'interpretazione al gruppo.</li>
			<li>Per la condizione di piega-cambiamento coppia di scegliere due campioni per il confronto (ad es., un accoppiato a Monte e a valle di esempio) e selezionare test di Mann-Whitney spaiati.</li>
			<li>Per un'analisi preliminare, non selezionare un valore per la correzione di test multipli nella schermata seguente, scegliere attraverso la trama di risultato.</li>
			<li>Nella schermata risultati selezionare un taglio piega-cambiamento di 3.0 e un cut-off valore p a 0.1. Poi finire ed esportazione l'elenco come Risultati preliminare.</li>
		</ol></li>
		<li>Per ogni funzionalità restanti dopo il filtraggio, generare formula(s) chimica prevista dalla massa esatta e composito spettro di massa.<ol>
<li>In MPP, selezionare risultati interpretazione > identificazione IDBrowser e l'elenco di entità Prelim risultati .</li>
			<li>Nella IDBrowser selezionare identificare tutti i composti utilizzando Generatore di formula molecolare (MFG) come metodo di identificazione.</li>
			<li>Nella Formula generare opzioni aggiungere F nella colonna di elementi e impostare il massimo a 50, quindi selezionare fine. Dopo la generazione di formule selezionare salvare e tornare per tornare al MPP.</li>
			<li>In MPP, tasto destro del mouse il filtrato e MFG corrispondente nell'elenco di entità e selezionare Esporta elenco. Salvare i risultati.</li>
		</ol></li>
		<li>Esaminare la massa monoisotopic della specie nell'elenco ridotta caratteristica chimica significativa per quelli contenenti difetti massa indicativi di fluorurazione; vedere tipo e Fiehn34.</li>
		<li>Nota serie chimica contenente motivi comuni polyfluorination (CF2 (m/z 49.9968), CF2O (m/z 65.9917), CH2CF2O (m/z 80.0074), ecc.) utilizzando un algoritmo di trama o software di difetto di massa; vedere sezione discussione, Liu et al.17, Loos et al35 e Dimzon et al.36.</li>
		<li>Ricerca formule chimiche previste o neutrale masse contro il database EPA chimica Dashboard e/o altri database per restituire potenziali strutture chimiche.<ol>
<li>Aprire lo strumento di ricerca di Batch di EPA Comptox prodotti chimici Dashboard (https://comptox.epa.gov/dashboard/dsstoxdb/batch_search) e incollalo nella casella di identificatore, l'elenco degli identificatori (formule o masse) dopo aver selezionato il tipo di identificatore (vale a dire, MS-pronto Formula o massa Monoisotopic).</li>
			<li>Selezionare Scarica dati chimici... e anche selezionare qualsiasi dati fisico/chimico/Tossicologia desiderato per possibili corrispondenze nell'elenco a discesa.</li>
		</ol></li>
		<li>Utilizzando intuizione chimica e dati di riferimento disponibile, rimuovere improbabile partite dall'elenco struttura chimica potenziale per ogni formula basata sulla fattibilità grazie alla stabilità chimica, proprietà fisiche quali ionizability o idrofobicità, la presenza di fabbricazione di prodotti chimici da fonti vicine, ecc. In assenza di ulteriori dati, fattibilità spettrale può essere classificato puramente sulla base di prevalenza di letteratura; Vedi McEachran et al.37.</li>
		<li>Confermare le strutture utilizzando standard disponibili e/o mirate ad alta risoluzione MS/MS di corrispondenza di frammenti contro spettri dal database, in silico spettri teorici o curatela manuale.</li>
	</ol></li>
</ol>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Preparazione e trattamento dei campioni L'inclusione di norme di riferimento/spike sono di fondamentale importanza per qualsiasi analisi mirata, come essi forniscono un meccanismo di sostegno per il controllo di validità analitica. Mancanza di campioni QC impedisce qualsiasi valutazione dell'accuratezza dei risultati; il carattere ubiquitario di fluorochemicals significa che la contaminazione di possibilità dei campioni di campo, i materiali, o sistema LC-MS non è raro e deve essere contabilizzata. Inoltre, consente per la validazione del protocollo indipendentemente dalla variazione del campione quotidiane di elaborazione, come molti dei passaggi può essere altamente variabile, specialmente la SPE e procedure di concentrazione di esempio. L'estrazione di entrambi composti perfluorinati legacy e romanzo può essere fortemente influenzato dalla scelta della fase stazionaria per concentrazione e componenti dei campioni di origine, quali pH e salinità46. L'influenza delle condizioni del campione dovrebbe essere considerato se particolari classi di prodotti chimici pefluorinated sono di interesse. Programmi di preparazione di campionamento alternativi per gli estratti dell'acqua possono essere utilizzati se il programma di installazione di laboratorio è disponibile e l'analisi dei dati a valle rimane simile.
Analisi mirata dei dati Per composti con standard disponibili e isotopo stabile, abbinato con l'etichetta standard interni, la preoccupazione principale per l'analisi dei dati sono strumentali e la determinazione dei limiti di rilevabilità del metodo e idonee gamme di segnalazione possono essere determinate su un base di un laboratorio utilizzando approcci standard, come il rapporto segnale-rumore da basso livello standard picchi47. In assenza di standard interni abbinati possono verificarsi errori da effetti matrice non corrispondenti e retro-previsione accurata dei campioni arricchiti può essere utilizzato per stimare l'accuratezza delle misurazioni. Quando in mancanza di norme per preparare una curva, una stima quantitativa di uno sconosciuto può essere ottenuta trattando in modo identico ad un livello strettamente abbinato composta, ma sono errori nella stima dell'ordine di 10 + piega con limitata capacità di quantificare l'incertezza, vedere McCord, Newton e Strynar21. In questi casi, dati di tendenza possono ancora essere raccolti, ma le stime di concentrazione sono intrinsecamente inaffidabili.
Analisi dei dati non mirati Picco raccolta impostazioni hanno un impatto sostanziale sul numero di caratteristiche chimiche identificate, ma la qualità della selezione funzionalità è anche fortemente influenzata. Le decisioni di maggiore interesse la raccolta di picco sono 1) intensità delle singole masse da includere negli spettri, la soglia di abbondanza dello ione 2) l'intensità del cromatogramma Estratto picchi da considerarsi caratteristiche, il rilevamento delle feature abbondanza soglia 3) caratteristica frequenza, la soglia di replicare e 4) variazione analitica, la soglia di CV (Figura 10).
Impostazione delle soglie irrealisticamente basse per risultati di raccolta di picco in un aumento esponenziale nel tempo di campionamento per risolvere ulteriori caratteristiche di abbondanza sempre più bassa (tabella 7). I filtri di soglia dello ione-abbondanza di massa caratteristiche spettrali dove abbastanza dell'abbondanza dell'isotopo individuali non passare la soglia. Idealmente questo seleziona solo per le funzionalità con spettri MS di qualità, garantendo che sono caratteristiche chimiche reale anziché rumore strumentale e consentendo per la formula stima nella lavorazione successiva. Una soglia appropriata si basa su rumore strumentale, idealmente almeno 3 volte la soglia di rumore per MS1 scansioni. Soglia di abbondanza di funzionalità filtri caratteristiche chimiche basati sull'intensità o la zona della funzionalità cromatografica estratte. Questo passaggio consente di reiezione dei picchi di abbondanza bassa, che in genere sono di scarsa qualità cromatografica, hanno varianze alte o sono il risultato di altri estrazione software poveri. Una soglia appropriata deve essere determinata per esperimento a matrice basata su un livello accettabile di generazione di scarsa funzionalità (per esempio, caratteristiche sotto la cromatografia inaccettabilmente scarsa esposizione di soglia). Ulteriori QC analitico può essere utilizzato per rifiutare la funzionalità a livello cromatografica basata sull'identificazione incoerente in analitici e/o preparatori replicati (soglia di replica) o basato su scarsa riproducibilità attraverso repliche (soglia di CV). Livelli appropriati dipendono la qualità del picco integrazione software utilizzato e l'entità chimiche sotto inchiesta. Per composti perfluorinati solubile in acqua e protocolli di integrazione ottimizzata con leggerezza, caratteristiche devono essere identificate in 80 + % di analitica replica e CVs sono attesi a cadere sotto il 30%, come dettagliato nella sezione metodi.
I picchi rilevati dall'analisi non mirati non produrre stime quantitative delle concentrazioni dei materiali rilevati. Ulteriormente, l'identità del veri incognite possa essere difficile da confermare perché nuovi composti sono assenti da banche dati pubblicamente disponibili. Determinazione strutturale romanzo richiede un'approfondita analisi con più metodi e richiede competenze in chimica e spettrometria di massa. Tuttavia, normalizzare le aree dei picchi delle caratteristiche chimiche possono fornire stime semi-quantitativa delle concentrazioni di incognite da specie Nota21. Se vengono impiegate campionamento coerenza e passaggi di preparazione, informazioni sull'andamento in tempo per le singole specie possono essere generati per monitorare la persistenza di una sostanza chimica nel futuro come la risposta per una singola specie dovrebbe essere coerenza il blocco delle grandi variazioni nella matrice21.
Il vantaggio principale di questo metodo è l'estensibilità del trattamento del campione per permettere l'analisi sia mirata e immaturi. Mentre un'analisi mirata fornisce informazioni quantitative equivalenti o superiori, notevolmente manca ampiezza di analisi desiderato quando si tratta di materiali nuovi ed emergenti, come pure il loro rapporto di materiali a matrice. L'applicazione di una metodologia mirata, o persino un sospetto metodo di screening basato solo su materiali noti e database limitati è completamente cieco a specie precedentemente inosservata, anche se possono avere effetti significativi per la salute. Come software migliora e database diventano più robusti, la precisione di identificazione sconosciuto continuerà ad aumentare, con una concomitante diminuzione nell'investimento di tempo e livello di competenze necessarie per analizzare i dati multidimensionali generati da questo approccio. Tuttavia, i dati generati attualmente sono di significativo valore futuro perché dati bancari consente analisi post-hoc con software di nuova concezione e permette il confronto nel tempo anche se l'identità di un composto rilevato è attualmente sconosciuto.

La classe di per- e sostanze polyfluoroalkyl (PFAS) sono inquinanti organici persistenti con preoccupazione significativa di salute pubblica. L'acido di composti specifici perfluoroottanoico (PFOA) e perfluorooctanesulfonate (PFOS) hanno livelli di consulenza di salute di acqua potabile impostati dall'EPA1,2 e la loro produzione di US principali cessò nel 2000s3,4 . Per ottenere una comprensione significativa per le proprietà di PFAS materiali nel prodotto tessile e dei consumatori di produzione sfere, centinaia, se non migliaia, di composizioni chimiche PFAS alternativi sono stati sviluppati per riempire nicchie di prodotto, tra cui sostituzioni per il deprecato composti5,6,7,8. C'è un continuo bisogno di monitorare i livelli ambientali di acidi carbossilici a catena dritta perfluorurati e sulfonati tali PFOS, PFOA e loro correlati serie omologa, ma composti chimici emergenti non sono coperti da affermati metodi quali EPA Metodo 5379 e frequente mancanza standard analitici per un'analisi mirata tradizionale. L'intenzione del presente protocollo è quindi duplice. Esso fornisce un percorso per l'analisi LC-MS/MS mirata delle specie fluorochimici in acqua dove sono disponibili standard analitici e dettagli la perfetta integrazione di un approccio basati sulla spettrometria di massa ad alta risoluzione, non mirati per l'analisi dei dati che consente il rilevamento di composti sconosciuti o imprevisti negli stessi campioni.
Estrazione in fase solida (SPE) è una tecnica consolidata per la pulitura del campione e la concentrazione con applicazioni per molti analiti e campione matrici10,11. Per l'analisi PFAS, più fasi solide ritentivi, tra cui non-polare, funzionalizzati polar e colonne a scambio ionico sono stati utilizzati in varia misura per le sottoclassi delle specie fluorurati in un'ampia varietà di matrici9,12, 13,14,15,16. Gli avanzamenti nella analisi di campione SPE utilizzando configurazioni on-line notevolmente aumentano il throughput dell'approccio e migliorare la riproducibilità del trattamento del campione, ma il processo fondamentale rimane coerente17. Inoltre sono stati intrapresi alcuni sforzi per rimuovere la concentrazione in linea di SPE tramite iniezioni di grande volume, ma questi richiedono modifiche per la cromatografia che metterli fuori dal Regno della analisi casual18,19 . La nostra analisi di esempio utilizza una fase ritentiva di scambio (cera) polimerici anione debole accuratamente separare materiali acidi PFAS dai contaminanti organici tradizionali ottenendo fattori di concentrazione notevole esempio. Questa fase di cera è importante per catturare gli acidi a catena corta perfluorurata come perfluorobutane sulfonato (PFBS) o eteri perfluorurati quali acido dimero di esafluoropropilene ossido (HFPO-DA) che sono più polari il più lunga catena legacy perfluorurati specie20,21. Come c'è stato un significativo spostamento verso catene più corte fluorurati e inclusione di etere nel recente PFAS chimica5, questa selezione di fase consente un recupero più approfondita di nuovi composti per analisi MS.
Mirate la quantificazione di LC-MS/MS utilizzando autenticato standard e isotopo stabile con l'etichetta standard interni offre un impareggiabile livello di specificità e sensibilità per l'analisi quantitativa. Mentre questo approccio è utile in molte situazioni, non è pratico per le situazioni di tutto-troppo-comune in analisi. Approcci mirati funzionano solo per le specie che sono attesi per il campione, e per quali metodi sono stati stabiliti in precedenza. Per i composti nuovi ed emergenti, questo approccio non è in grado di rilevare anche specie che possono essere di interesse, indipendentemente dalla loro chimica o la concentrazione, e spettrometri di massa a bassa risoluzione sono quasi incapaci di fornire informazioni sufficienti per fare inequivocabile assegnazioni di chimiche dei composti sconosciuti. Di conseguenza, il campo di analisi non mirati è sorto, sfruttando la potenza di spettrometri di massa moderni ad alta risoluzione per analizzare campioni senza un'ipotesi presupposta e assegnare retroattivamente prodotti chimici a caratteristiche rilevabile nel campione. Questo approccio è stato usato estesamente nei campi della biologia22,23,24 e scienze ambientali25,26,27 su numerose classi di sostanze chimiche. Composti perfluorinati sono particolarmente semplici da identificare in questo metodo a causa dei loro unici modelli spettrali di massa, e centinaia di composti è stati descritti solo il passato pochi anni5,28.
Il protocollo discusso qui è inteso per allineare la quantificazione di LC-MS/MS PFAS mirata con la necessità di identificare e monitorare semiquantitativamente emergenti composti di interesse. La fase SPE selezione e tecniche di preparazione del campione sono destinati a garantire la cattura di più idrofili acidi PFAS emergenti dall'acqua e può essere meno adatto per la più lunga catena polimerica specie e non ionici. Inoltre, i dati generati dall'analisi non mirati sono densi e di alta dimensionalità, che richiede l'uso di software di analisi dati. Tali pacchetti software frequentemente sono specifici del vendor e richiedono la modifica di operare tra le piattaforme di strumento. Ove possibile, il processo di analisi è stato descritto in modo generico e alternative open source/freeware vengono fatto riferimento, ma l'efficienza e l'accuratezza di qualsiasi approccio di software deve essere valutati su base individuale.

<table><tbody><tr><td>Sistema di cromatografia liquida ad altissime prestazioni Acqity&nbsp;</td><td>Waters Corporation</td><td></td><td>Modificato con kit di analisi dei PFC (176001744); il sistema UPLC equivalente è accettabile se il fondo PFAS viene controllato e confermato come basso</td></tr><tr><td>Acetato di ammonio</td><td>Fluka</td><td>17836</td><td>Grado di spettrometria di massa >99%</td></tr> puro <tr><td>Idrossido di ammonio</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>338818</td><td></td></tr><tr><td>Balance</td><td>Mettler</td><td>AB204S</td><td></td></tr><tr><td>Colonna UPLC a fase inversa BEH C18, 2,1 volte; 50&nbsp; mm, 1,7&nbsp; &mu; m&nbsp;</td><td>Waters Corporation</td><td>186002350</td><td></td></tr><tr><td>Pompa a siringa a doppio pistone</td><td>Waters Corporation</td><td>SPC10-C</td><td></td></tr><tr><td>Acido acetico glaciale</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>ARK2183&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Filtri in microfibra di vetro</td><td>Whatman</td><td>1820-070</td><td></td></tr><tr><td>Flacone campione in polietilene ad alta densità&nbsp;</td><td>Nalgene</td><td>2189-0032&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Spettrometro di massa ad alta risoluzione</td><td>Vari</td><td></td><td>spettrometri di massa dovrebbero essere in grado di fornire una massa accurata a < 10 ppm e raccolta di dati MS/MS. In questo lavoro sono stati utilizzati Agilent 6530 qTOF e Thermo Fisher Orbitrap Fusion</td></tr><tr><td>Metanolo</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Acido nitrico (35% p/p)</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>SVCN-5-1</td><td>Può essere preparato in casa utilizzando acido nitrico concentrato e acqua reagente</td></tr><tr><td>Polipropilene Ugello</td><td>Buchner ACE Glass</td><td>12557-09&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Tubo e tappo in polipropilene BD</td><td>Falcon</td><td>352096</td><td></td></tr><tr><td>Pallone da vuoto in polipropilene (1 L)</td><td>Nalgene</td><td>DS4101-1000</td><td></td></tr><tr><td>Quattro Premier XE spettrometro di massa a triplo quadrupolo</td><td>Al</td><td></td><td>suo posto è possibile utilizzare un sistema equivalente a triplo quadrupolo o superiore, che dovrebbe fornire un'elevata sensibilità e stabilità per un'analisi mirata</td></tr><tr><td>Reagente Acqua</td><td></td><td></td><td>Qualsiasi fonte determinata per essere priva di PFAS</td></tr><tr><td>Acetato di sodio</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>W302406</td><td></td></tr><tr><td>Evaporatore di azoto TurboVap.</td><td>Al</td><td></td><td>loro posto possono essere utilizzati sistemi 103198 per le scienze della vita o un evaporatore rotante sottovuoto</td></tr><tr><td>Cartuccia SPE a scambio anionico debole (Oasis WAX Plus)</td><td>Waters Corporation</td><td>186003519</td><td></td></tr><tr><td>Standard Solutions</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>2,3,3,3-Tetrafluoro-2-(1,1,2,2,3,3,3-eptafluoropropossi)acido propanoico (HFPO-DA)</td><td>Wellington</td><td>HFPO-DA</td><td></td></tr><tr><td>Ulteriori standard di composti mirati di interesse</td><td></td><td></td><td>da determinare sulla base di analisi preliminari e disponibilità di standard</td></tr><tr><td>HFPO-DA</td><td>Wellington</td><td>M2HFPO-DA</td><td></td></tr><tr><td>Miscela nativa di PFCA/PFAS (2 ug/mL)</td> <td>Wellington</td><td>PFAC-MXA</td><td>o PFAC-MXB; o miscela preparata individualmente contenente composti di interesse</td></tr><tr><td>PFCA/PFAS marcati con isotopi stabili Miscela (2 ug/mL)</td> <td>Wellington</td><td>MPFAC-MXA</td><td>o MPFAC-MXB; o miscela preparata singolarmente contenente composti di interesse, a seconda dei casi, PFAS nativi</td></tr><tr><td>Software</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mass Profiler Professional</td><td>Agilent</td><td></td><td>O pacchetti software open source</td></tr><tr><td>Profinder</td><td>Agilent</td><td></td><td>O pacchetti software open source</td></tr></tbody></table>

identificazione- e specie chimica di polyfluorinated con un flusso di lavoro combinato mirati e screening di mirati spettrometria di massa ad alta risoluzione

Identifying Per- and Polyfluorinated Chemical Species with a Combined Targeted and Non-Targeted-Screening High-Resolution Mass Spectrometry Workflow

Storici ed emergenti per- e sostanze polyfluoroalkyl (PFAS) hanno raccolto significativo interesse dalle agenzie pubbliche e governative dal locale a livello federale. La continua evoluzione delle chimiche PFAS presenta una sfida per il monitoraggio ambientale, dove è in continuo sviluppo di metodi mirati ritardo necessariamente la scoperta di nuovi composti chimici. C'è un bisogno, pertanto, di avere metodologie previsionali che possono rilevare composti emergenti e inaspettati, monitorare queste specie nel tempo e risolvere i dettagli della loro struttura chimica per consentire futuri di lavoro nella salute umana. A tal fine, non mirati di analisi mediante spettrometria di massa ad alta risoluzione offre un approccio di ampia base di rilevamento che possa essere combinato con quasi ogni schema di preparazione del campione e fornisce funzionalità significative per l'identificazione di composti dopo il rilevamento. Qui, descriviamo un metodo di concentrazione di estrazione in fase solida (SPE) basata esempio sintonizzato per catena più corta e più idrofiliche chimiche PFAS, come per gli acidi fluorurati etere e sulfonati e descrivere l'analisi dei campioni preparati in questo modo in modalità mirate e non mirati. Metodi mirati forniscono quantificazione superiore quando norme di riferimento sono disponibili ma sono intrinsecamente limitate ai composti previsti durante l'esecuzione di analisi. Al contrario, un approccio non mirati può identificare la presenza di composti inaspettati e fornire alcune informazioni sulla loro struttura chimica. Informazioni sulle caratteristiche chimiche possono essere utilizzati per correlare composti attraverso percorsi di esempio e tenere traccia di abbondanza e l'avvenimento nel corso del tempo.

Qui, presentiamo un protocollo per la quantificazione mirati sequenziale e non mirati di analisi di composti fluorurati in acqua mediante spettrometria di massa. Questa metodologia fornisce livelli quantitativi di composti noti fluorochimici e identifica sostanze chimiche sconosciute in esempi correlati con stima semi-quantitativa della loro abbondanza.

Identificazione- e specie chimica di Polyfluorinated con un flusso di lavoro combinato mirati e Screening di mirati spettrometria di massa ad alta risoluzione

Historical and emerging per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs) have garnered significant interest from the public and government agencies from the ...

Questo approccio consente la quantificazione dei PFAS noti e la scoperta di nuove sostanze negli stessi campioni, rispetto ai soli approcci mirati che mancano di composti emergenti che denominano preoccupazione. Questo protocollo si rivolge a una più ampia varietà di composti PFAS, che sono rappresentativi delle più recenti sostanze chimiche emergenti. Se la fase di concentrazione è adattata ai composti, i metodi di misurazione qui utilizzati potrebbero essere applicati a qualsiasi classe di sostanze chimiche.Per raccogliere un campione dal campo, indossare guanti di nitrile e raccogliere da 500 a 1.000 millilitri di acqua dalla posizione del campo in una bottiglia di polietilene, HDPE o polipropilene pulita e ad alta densità. Aggiungere cinque millilitri di conservante acido nitrico al 35% alla bottiglia del campione e a un campo vuoto e trasportare i campioni in laboratorio. Versare ogni campione in singoli cilindri graduati in polipropilene pre-puliti, da un litro e ad alta densità e registrare il volume esatto dei campioni.Aggiungere 10 millilitri di metanolo a ogni bottiglia di campione svuotata prima di tappare e scuotere vigorosamente per risciacquare le sostanze per e polifluoroalchiliche assorbite, o PFAS, dagli interni della bottiglia. Quindi, riportare il campione d'acqua misurato alla bottiglia risciacquata con il risciacquo metanolo. Per ottenere una curva standard per la quantificazione, riempire otto bottiglie campione vuote da un litro con acqua deionizzata priva di PFAS ed etichettare le bottiglie con otto concentrazioni uniformemente distanziate che coprono l'intervallo di quantificazione desiderato.Aggiungere quindi una quantità di miscela di PFAS nativa a ciascuna bottiglia per produrre le concentrazioni di PFAS appropriate e aggiungere la miscela PFAS standard interna a ciascun campione a una concentrazione che approssima il punto medio della curva di calibrazione. Quindi, filtrare i campioni attraverso la fibra di vetro A filtra sotto vuoto delicato in singoli contenitori per vuoto in polipropilene ad alta densità pre-puliti da un litro. Se il particolato rimane all'interno della bottiglia, sciacquare l'acqua deionizzata aggiuntiva e filtrare il lavaggio nel pallone.Per l'estrazione in fase solida, restituire l'acqua filtrata alla bottiglia del campione e condizionare uno scambio di anione debole, o WAX, cartuccia con 25 millilitri di metanolo e altri 25 millilitri di acqua deionizzata. Posizionare i tubi di disegno della pompa all'interno delle bottiglie di campione filtrate ed etichettare le cartucce in fase solida, o SPE, con i nomi dei campioni appropriati. Pompare 500 millilitri di ogni campione attraverso ogni cartuccia a una portata costante di 10 millilitri al minuto, scartando il flusso.Rimuovere le cartucce WAX SPE dalle pompe a pistone e trasferire la cartuccia SPE su un collettore sottovuoto, dotato di serbatoi di vetro esterni. Sciacquare ogni cartuccia SPE con quattro millilitri di tampone di acetato di sodio da 25 millimolare, pH quattro sotto vuoto delicato, seguito da un lavaggio a metanolo neutro da quattro millilitri. Al termine del lavaggio, posizionare un tubo di centrifuga in polipropilene da 15 millilitri sotto ogni cartuccia SPE per raccogliere l'eluente ed eludere i campioni con quattro millilitri di idrossido di ammonio allo 0,1% in metanolo.Quindi, rimuovere i tubi di eluizione e ridurre il volume dell'eluito a 500-1.000 microlitri per evaporazione sotto flusso di azoto secco in un bagno d'acqua a 40 gradi Celsius. Per la cromatografia liquida mirata con spettrometria di massa tandem, diluire 100 microlitri di estratto campione con 300 microlitri di tampone di acetato di ammonio ammonio due millimolare in una fiala di campione di cromatografia liquida ad alta pressione e preparare un worklist analitico costituito dalla curva standard, campioni e un'ulteriore replica della curva standard per valutare la deriva strumentale durante la corsa. Analizzare i campioni utilizzando la cromatografia liquida standard e i metodi di spettrometria di massa stabiliti per i composti mirati di interesse.Alla fine dell'analisi, generare una curva standard dai campioni standard usando il rapporto di area di picco dell'alita con lo standard interno rispetto alla concentrazione di a analitico, e generare una formula di regressione quadratica con una ponderazione su x per la previsione della concentrazione. Quantitare gli aliti mirati in ogni campione utilizzando le curve standard preparate e il rapporto di area per ogni misurazione. Se la concentrazione supera l'intervallo di taratura, diluire il campione originale con acqua deionizzata chiodata con l'appropriata concentrazione standard interna ed estrarre per portare la concentrazione nell'intervallo appropriato.Per la cromatografia liquida non mirata con spettrometria di massa tandem, diluire 100 microlitri di estratto campione con 300 microlitri di tampone di acetato di ammonio ammonio bimolare in una fiala a base di cromatografia liquida ad alta pressione. Dopo aver installato un worklist come dimostrato, utilizzare il software dello strumento per raccogliere dati di spettrometria liquidocromatografica-massa con un'ampia scansione in modalità dipendente dai dati. Per l'elaborazione dei dati non mirata, aprire il pacchetto software di estrazione delle funzionalità molecolari appropriato e selezionare Aggiungi/Rimuovi file di esempio e Aggiungi file e selezionare i dati non elaborati dall'esperimento non mirato.Fare clic su OK e selezionare Estrazione feature ricorsiva batch e Metodo aperto per caricare un metodo prestabilito o per modificare manualmente le impostazioni software. Per ogni funzionalità rimanente dopo il filtraggio, generare formule chimiche previste dall'esatto spettro di massa e di massa composita e aprire lo strumento di ricerca batch CompTox Chemicals Dashboard dell'Agenzia per la protezione ambientale. Per cercare le formule chimiche previste o le masse neutre, per restituire potenziali strutture chimiche, selezionare il tipo di identificatore e incollare l'elenco di identificatori nella casella dell'identificatore.Selezionare Scarica dati chimici e tutti i dati fisici, chimici o tossicologici desiderati per potenziali corrispondenze dal menu a discesa. Quindi, confermare le strutture utilizzando gli standard disponibili e/o la corrispondenza mirata della spettrometria di massa tandem ad alta risoluzione dei frammenti con gli spettri dei database, negli spettri teorici silico o nella cura manuale. La cromatografia liquida quantitativa con risultati di spettrometria di massa tandem sono presentati sotto forma di cromatogrammi ionici per il cromatogramma ionico totale e i cromatogrammi di ioni estratti di transizioni chimiche specifiche per le sostanze chimiche misurate.L'area di picco integrata di una transizione chimica è correlata all'abbondanza composta e può essere utilizzata per calcolare la concentrazione esatta utilizzando una curva di calibrazione normalizzata secondo uno standard interno. L'analisi non mirata utilizzando una scansione MS completa produce un cromatogramma ionica totale per campioni, che consente la generazione ad hoc di cromatogrammi di ioni estratti per i singoli ioni. I composti PFAS hanno difetti di massa negativi a causa della loro preponderanza di atomi di fluoro, e i composti polifluorurati hanno difetti di massa positivi ma sostanzialmente più piccoli rispetto ai materiali organici omologhi.Un secondo passaggio di filtraggio del metodo consiste nell'identificare le serie omologhe contenenti unità ripetute comuni alle specie PFAS utilizzando un pacchetto software appropriato. Dai dati MS ad alta risoluzione, una o più formule chimiche putative possono essere abbinate all'impronta isotopica dello spettro di massa e valutate. Le formule chimiche possono essere ulteriormente confermate e alcune informazioni strutturali possono essere raccolte da dati di spettrometria di massa tandem.Ulteriori esperimenti di spettrometria di massa possono essere utilizzati per confermare l'identità di nuovi composti e i confronti dei campioni possono fornire informazioni sulla prevalenza e sulla quantità relativa di sostanze chimiche. È molto importante avere spazi vuoti appropriati e campioni di controllo della qualità per la matrice per convalidare le misurazioni quantitative e non mirate. Le strategie mostrate sono diventate il nuovo approccio allo screening ambientale per i PFAS consentendo la scoperta di incognite e la previsione delle loro identità.

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Identificazione- e specie chimica di Polyfluorinated con un flusso di lavoro combinato mirati e Screening di mirati spettrometria di massa ad alta risoluzione

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