Name: Identificação por- e espécies químicas perfluorados com um fluxo de trabalho combinada alvo e não alvo-triagem de alta resolução de espectrometria de massa (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-04-18T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 4 s
Description: Aprenda a quantificar e identificar compostos fluorados em amostras de água usando cromatografia líquida e espectrometria de massa de alta resolução. Este método combina abordagens direcionadas e não direcionadas.

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Os E.U. Agência de proteção ambiental, através de seu escritório de pesquisa e desenvolvimento, financiada e gerida a pesquisa descrita aqui. Este documento foi revisado pela Agência de proteção ambiental dos EUA, escritório de pesquisa e desenvolvimento e aprovado para publicação. As opiniões expressadas neste artigo são as dos autores e não representam necessariamente as opiniões ou políticas da Agência de protecção ambiental dos Estados Unidos. Esta pesquisa foi apoiada em parte por uma entrevista para o programa de pesquisa de pós-doutorado no laboratório nacional de exposição pesquisa administrada pelo Instituto de Oak Ridge, para a ciência e a educação através da DW89992431601 de acordo interinstitucional entre o Departamento de energia dos Estados Unidos e a agência de proteção ambiental dos Estados Unidos.

1. coleta de amostras de água
<ol><li>Preparação de estoques padrão PFAS<ol>
<li>Prepare uma mistura padrão de PFAS em metanol contendo qualquer alvo compostos de interesse (por exemplo, PFOA, PFOS, HFPO-DA) a 1 ng / µ l. Esta é a mistura de PFAS nativo. As misturas preparadas comercialmente também estão disponíveis (ou seja, PFAC Mix A e B Mix).</li>
		<li>Prepare uma mistura padrão contendo o isótopo estável correspondente rotulado compostos PFAS (SIL) (por exemplo, 13C4- PFOA, 13C8- PFOS, 13C3- HFPO-DA) no 1 ng / µ l. Esta é a mistura de PFAS é. As misturas preparadas comercialmente também estão disponíveis (ou seja, mistura de MPAFC A e B Mix). Nota: Se uma versão SIL de PFAS o alvo não estiver disponível, um substituto com comprimento de cadeia e estrutura semelhante pode ser usado (por exemplo, 13C2- PFHxA para HFPO-DA)</li>
	</ol>
</li>
	<li>Preparação de campo em branco (FB), amostras de Spike em branco (SB)<ol>
<li>Preencher dois, polipropileno limpa de alta densidade (PEAD) ou garrafas de polipropileno (PP), com 1.000 mL de laboratório deionizada (DI), conhecido por ser livre de PFAS. Atenção: Materiais PFAS frequentemente têm indefinida de toxicidade e/ou carcinogenicidade. Deve ter cuidado para evitar a exposição oral ou pele aos padrões ou soluções conservadas em estoque.</li>
		<li>Adicione uma quantidade da mistura padrão de PFAS para uma das garrafas em uma concentração final equivalente para as concentrações de amostra esperado (por exemplo, 100 ng/L). Este é o Spike em branco (SB).</li>
		<li>Adicione 5 mL de ácido nítrico em 35% conservante para o Spike em branco.</li>
		<li>Transporte tanto amostra SB e o bilirrrubina campo em branco para o local de amostragem como controles.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Amostragem de campo Nota: A coletor de amostra deve usar luvas de nitrilo e amostra de fluxo sistemas sempre que possível. Amostras de torneira devem fluir e equilibrar-se antes da amostragem (2-3 min).<ol>
<li>Colete 500-1.000 mL de água no local do campo em um frasco limpo de PEAD ou PP.</li>
		<li>Adicione 5 mL de ácido nítrico em 35% conservante para garrafas de amostra e o campo em branco. Cuidado: o ácido nítrico é corrosivo e um oxidizer forte</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. extração da amostra
Nota: PFAS são persistentes e ubíquos. Garantir que todos os solventes são de classe a mais elevada e foram analisados por contaminação de PFAS nível baixa. Enxague cuidadosamente todos os equipamentos de laboratório utilizados na elaboração de normas antes de preparar as amostras e espaços em branco.
<ol><li>Pré-tratamento da amostra<ol>
<li>Despeje um separado de cada amostra, previamente limpo 1L HDPE graduado cilindro e registro o volume exato.</li>
		<li>Adicionar 10 mL de metanol no frasco de amostra esvaziado, tampá-lo e agitar bem para enxaguar PFAS adsorvida no interior da garrafa.</li>
		<li>Volte a amostra de água medidos no frasco enxaguado com o enxágue metanólica.</li>
	</ol></li>
	<li>Curva padrão para quantificação<ol>
<li>Oito, encher garrafas de PEAD/PP de L 1 com água livre de PFAS.</li>
		<li>Selecione oito concentrações uniformemente espaçadas, cobrindo o intervalo desejado de quantificação. Por exemplo: 10, 25, 50, 100, 250, 500, 750 e 1.000 ng/L para uma escala de 10-1.000 ng/L.</li>
		<li>Adicionar uma quantidade de mistura PFAS nativo para cada garrafa para produzir as concentrações finais de PFAS em 2.2.2 (por exemplo, 100 µ l PFAS Mix A para 1L de água DI = 100 ng/L).</li>
	</ol></li>
	<li>Adição de padrão interna Nota: A adição de isótopo estável rotulado de padrão interno (IS) é necessária somente se resultados quantitativos são desejados além de análise não específico.<ol>
<li>Adicione a mistura de PFAS é de cada amostra em uma concentração de aproximação do ponto médio da curva de calibração (por exemplo, 250 µ l de mistura é PFAS = 250 ng/L)</li>
	</ol></li>
	<li>Filtração<ol>
<li>Filtre amostras através de filtros de fibra de vidro GF/A (47 mm, tamanho de poro 1,6 µm) sob vácuo suave para um balão de vácuo HDPE 1L previamente limpo.</li>
		<li>Se partículas permanece na garrafa, enxágue com água deionizada adicional no filtro. Retorne a água filtrada para o frasco da amostra ou uma nova embalagem para extração de fase sólida.</li>
	</ol></li>
	<li>Extração de fase sólida (SPE) Nota: Concentração de cartucho descrita aqui usa uma bomba de pistão de fluxo constante. Métodos alternativos de concentração usando um distribuidor vácuo20 ou usando uma configuração de17 SPE-LC-MS on-line são possíveis mas não discutidas.<ol>
<li>Condição de um cartucho de troca (cera) ânion fraco com 25 mL de metanol.</li>
		<li>Condição do cartucho de cera com um adicional 25 mL de água desionizada.</li>
		<li>Bomba posição desenhar tubulação em garrafas de amostra filtrada e rotular os cartuchos SPE com nomes correspondentes da amostra.</li>
		<li>Bomba de 500 mL de água de amostra através do cartucho em uma taxa de fluxo constante de 10 mL/min (total de 500 mL), descartando o escoamento de líquido para desperdiçar. Nota: Volumes maiores ou menores podem ser concentrados dependendo da concentração esperada de amostra.</li>
		<li>Remova o cartucho da bomba de pistão para a eluição. Nota: Se concentrando amostras adicionais usando a mesma bomba, a bomba de pistão deve ser lavada com 25 mL de metanol antes de instalar o próximo cartucho para equilibração.</li>
		<li>Transferir o cartucho SPE para um distribuidor de vácuo e equipar com reservatório de vidro externo.</li>
		<li>Liberar o cartucho SPE com 4 mL de 25mm, tampão de acetato de sódio 4.0 pH sob vácuo suave. Descarte a fluir. Cartucho de SPE lavar com 4 mL de metanol neutro. Nota: Neutro de lava fração pode ser coletada se específico não iônicos polares analitos são esperados. Caso contrário, descartar resíduos</li>
		<li>Coloque um tubo de centrifugação de polipropileno de 15 mL por baixo de cada cartucho SPE para coletar o eluente. Eluir a amostra com 4 mL de hidróxido de amônio 0,1% em metanol.</li>
		<li>Retire o tubo de eluição e reduzir o volume de eluato de 500-1.000 µ l por evaporação sob fluxo de nitrogênio seco num banho de água a temperatura ligeiramente elevada (40 ° C).</li>
		<li>Concentrado amostra extractos podem ser armazenados antes da análise à temperatura ambiente.</li>
	</ol></li>
	<li>Quantificação de LC-MS/MS alvo<ol>
<li>Diluir 100 µ l de amostra extrair com 300 µ l de tampão de acetato de amônio 2 mM em um frasco de amostra HPLC.</li>
		<li>Calibrar e equilibrar um sistemas HPLC e MS de acordo com as instruções do fabricante. Nota: Fundo PFAS são comumente detectados devido ao uso de componentes fluoropolímero da maioria dos sistemas de LC e em septos de frasco de amostra. Confirme que os níveis detectáveis lacunas é insignificante antes do uso. Modificação do sistema de LC para substituir componentes de Teflon sugere-se sempre que possível. O uso de uma coluna analítica de "hold-up" adjacente à válvula misturadora de LC também é sugerida29.</li>
		<li>Prepare uma lista de trabalho analítica consistindo de curva padrão, exemplos e um replicar adicional da curva padrão para avaliar deriva instrumental na fuga. Uma lista de trabalho de exemplo é mostrada na tabela 1.</li>
		<li>Analise as amostras com LC e MS métodos estabelecidos para a compound(s) alvo de interesse. O gradiente de LC de exemplo é mostrado na tabela 2 e parâmetros de método de MS são mostrados na tabela 3 e tabela 4. Mais discussão detalhada pode ser encontrado no McCord et al.21.</li>
		<li>Gera uma curva padrão de amostras-padrão usando a relação de área do pico do analito para o padrão interno versus a concentração do analito. Gere uma fórmula de regressão quadrática com 1 / x ponderação para concentração previsão9.</li>
		<li>Dosar os analitos alvo em cada amostra utilizando as curvas padrão preparadas e relação de área (área padrão / área) para cada medição.</li>
		<li>Se a concentração excede o intervalo de calibração, dilua a amostra original com água DI cravada com a concentração adequada de IS e extrair novamente para trazer a concentração para o intervalo adequado.</li>
	</ol></li>
	<li>Coleta de dados non-geográficos de LC-MS/MS<ol>
<li>Diluir 100 µ l de amostra extrair com 300 µ l de tampão de acetato de amônio 2 mM em um frasco de amostra HPLC.</li>
		<li>Calibrar e equilibrar um HPLC e MS de alta resolução, de acordo com as instruções do fabricante.</li>
		<li>Prepare uma lista de trabalho analítica como 2.6.2.</li>
		<li>Usando o software do instrumento, colete dados de LC-MS, com uma ampla varredura MS1 no modo dependente de dados para coletar gradiente MS/MS. exemplo LC na tabela 5. Discussão dos ajustes do instrumento pode ser encontrado em Strynar et al.30 e Newton et al31. Nota: Para melhor MS/MS análise de dados dependentes de qualidade pode efectuar com uma lista de íon preferencial de um subconjunto dos recursos remanescentes após o processamento de dados em 2.8.1-2.8.8.</li>
	</ol></li>
	<li>Processamento de dados não-alvo Nota: A análise de dados pode ser executada com uma ampla gama de software, e esses métodos não refletem o método único, ou melhor, para um conjunto de dados arbitrário. Sempre que possível, etapas fornecem uma descrição genérica que pode ser realizada no software alternativo. Processamento dos dados do exemplo utilizados neste manuscrito foi realizado usando software específico do fornecedor (Software 1 e 2 do Software), conforme detalhado em Newton et al.31.<ol><li>Realizar a extração de características químicas, usando um dos vários software open source software pacotes32,33 ou fornecedor para identificar massas monoisotópico, tempos de retenção e áreas de pico integrado de química molecular características.<ol>
<li>Em 1 de Software, selecione Adicionar ou remover arquivos de exemplo > Adicionar arquivos e selecione os dados brutos do experimento não específico e, em seguida, bateu Okey.</li>
			<li>No Software 1 Selecione lote recursiva extração > método aberto... para carregar um método preestabelecido, ou editar manualmente as configurações de software. Profinder configurações para extração de características são encontradas na tabela 6.</li>
			<li>Em Software 1, após a extração do recurso, selecione arquivo > exportar como CSV..., arquivo > exportar como CEF..., ou arquivo > exportar como PFA... para processamento adicional. Arquivos da CEF são assumidos para o restante da descrição.</li>
			<li>Em 2 de Software (MPP) criar uma nova experiência com tipo não identificado e o tipo de fluxo de trabalho Assistente de importação de dados e clique em Okey.</li>
			<li>No MPP Selecione arquivos de dados e localize os resultados de Software 1 exportados (CEF ou PFA) para importar; clique em Avançar até que apareçam as opções de Alinhamento de parâmetro .</li>
			<li>No MPP, defina os valores de alinhamento composto para 0,0 (alinhamento já foi executado na extração de características de Software 1, etapa 2.8.1.2) e clique em avançar através dos passos até terminar está disponível.</li>
		</ol></li>
		<li>Filtre as identificações baseadas na reprodutibilidade analítica. Onde várias amostras estão disponíveis, características devem estar presentes em > 80% do indivíduo Replica e ter um analítico coeficiente de variação (CV) de < 30%<ol>
<li>No selecione MPP Experimental Setup > Agrupamento de experiência e atribuir a cada arquivo raw um grupo correspondente a sua amostra de origem (ou seja, repetições da mesma fonte devem ser do mesmo grupo). Vários grupos podem ser criados correspondentes a variáveis aninhadas (por exemplo, instrumental vs técnicas repetições).</li>
			<li>No selecione MPP Experimental Setup > interpretação criar em seguida, selecione o parâmetro de experimento (i.e., grupo) e clique em Next até terminar está disponível. Isto irá criar uma categoria que futuro filtragem pode operar em.</li>
			<li>No selecione MPP controle de qualidade > filtro de frequência. Definir lista de entidade para Todas as entidades e a interpretação para a amostra Group(non-averaged) criado em 2.8.2.2, em seguida, bateu na próxima.</li>
			<li>Para parâmetros de entrada, defina a retenção da entidade em 80% da amostra pelo menos uma condição e clique em Avançar até terminar está disponível. Nomeie a lista de características de filtrado de frequência</li>
			<li>No selecione MPP controle de qualidade > filtro sobre a variabilidade da amostra. Definir a lista de entidade para as características de filtrado de frequência de 2.8.2.4 e a interpretação de Group(non-averaged), em seguida, bateu próximo.</li>
			<li>Selecione o botão de rádio para Dados brutos e o intervalo de interesse para o coeficiente de variação < 30%. Clique em próxima > terminar e salvar lista como características de filtrado de CV.</li>
		</ol></li>
		<li>Remover recursos, onde não há amostras tem significativamente maior (> 3 dobra) abundância do que a amostra de campo em branco (FB).<ol>
<li>No selecione MPP análise > dobre mudança. Definir lista de entidade para Características de filtrado de CV e a interpretação para a amostra de que grupo, em seguida, bateu em seguida. Selecione a opção de mudança de dobra de todos contra a condição única e Selecionar condição FB ou o que quer que fosse o nome do grupo para a amostra processada em branco.</li>
			<li>Na tela seguinte, defina o corte dobra-mudança para 3.0 e clicar para o fim dos prompts. Salve a lista como uma Lista filtrada de FC.</li>
		</ol></li>
		<li>Executar comparações binárias de amostras individuais de interesse contra uma amostra de fundo apropriado (por exemplo, montante vs a jusante de um ponto de origem) para determinar a dobra-alterações para as características químicas individuais.<ol>
<li>No selecione MPP análise > filtro na trama do vulcão. Defina a lista de entidade a Lista filtrada de FC e a interpretação de grupo.</li>
			<li>Para a condição de dobra-mudança par escolhe duas amostras para comparação (por exemplo, emparelhada upstream e downstream amostra) e selecione testar Unpaired de Mann-Whitney.</li>
			<li>Para a análise preliminar, não selecione um valor para vários teste correção na tela seguinte, clicar para a trama do resultado.</li>
			<li>Na tela de resultados, selecione um corte dobra-mudança de 3.0 e um corte de p-valor de 0.1. Em seguida, terminar e exportar a lista como Resultados preliminares.</li>
		</ol></li>
		<li>Para cada recurso restante após a filtragem, gera previsto formula(s) química do composto espectro de massa e massa exata.<ol>
<li>No MPP, selecione interpretação de resultados > identificação de IDBrowser e a lista de Resultados preliminares da entidade.</li>
			<li>No IDBrowser selecione a identificar todos os compostos usando gerador de fórmula molecular (MFG) como o método de identificação.</li>
			<li>Nas opções de fórmula gerar adicionar F para a coluna de elementos e defina o máximo de 50 e, em seguida, selecione concluir. Após geração de fórmula, selecione salvar e retornar para retornar a MPP.</li>
			<li>No MPP, clique o filtrado e MFG correspondido Entity List e selecione Exportar lista. Salve os resultados.</li>
		</ol></li>
		<li>Examinar a massa monoisotópico de espécies na lista reduzida característica química significativa para aqueles que contêm defeitos massa indicativos de fluoração; Veja o tipo e Fiehn34.</li>
		<li>Observe a série química contendo motivos comuns de polyfluorination (CF.2 (m/z 49.9968), CF2O (m/z 65.9917), CH2CF2O (m/z 80.0074), etc.) usando um algoritmo de trama ou software de defeito de massa; consulte a seção de discussão, Liu et al.17, Loos et al.35 e Dimzon et al.36.</li>
		<li>Pesquisa fórmulas químicas previstas ou massas neutras contra o banco de dados do painel de EPA química e/ou outros bancos de dados para retornar o potenciais estruturas químicas.<ol>
<li>Abra a ferramenta de pesquisa de lote do EPA Comptox produtos químicos Dashboard (https://comptox.epa.gov/dashboard/dsstoxdb/batch_search) e cole a lista de identificadores (fórmulas ou massas) na caixa de identificador, depois de selecionar o tipo de identificador (i.e., MS-pronto Fórmula ou massa monoisotópico).</li>
			<li>Selecione Download dados químicos... e também selecionar qualquer dados de física/química/toxicologia desejados para potenciais partidas na lista suspensa.</li>
		</ol></li>
		<li>Usando dados de referência disponíveis e intuição química, remover improváveis partidas da lista potencial de estrutura química para cada fórmula baseada na viabilidade devido à estabilidade química, propriedades físicas, tais como ionizability ou hidrofobicidade, a presença de fabricação de produtos químicos de fontes próximas, etc. Na ausência de dados adicionais, viabilidade espectral pode ser classificada como puramente com base na prevalência de literatura; Ver McEachran et al37.</li>
		<li>Confirmar a estruturas usando padrões disponíveis e/ou alvo de alta resolução MS/MS de fragmentos contra espectros de bancos de dados, em silico espectros teóricos ou curadoria manual de correspondência.</li>
	</ol></li>
</ol>

Os autores não têm nada para divulgar.

Preparação e manuseio de amostras A inclusão de padrões de referência/pico são de suma importância para qualquer análise orientada, como eles fornecem um recuo para verificar a validade analítica. Falta de amostras QC impede qualquer avaliação da precisão dos resultados; a natureza onipresente do fluorochemicals significa que a contaminação oportunidade de amostras de campo, processamento de materiais, ou sistema de LC-MS não é incomum e deve ser contabilizada. Além disso, permite a validação do protocolo independentemente da variação da amostra do dia a dia de processamento, como muitos dos passos podem ser altamente variáveis, particularmente da SPE e etapas de concentração de amostra. A extração de ambos os produtos químicos perfluorados legado e romance pode ser fortemente influenciada pela escolha da fase estacionária para a concentração e os componentes das amostras de fonte, tais como pH e salinidade46. A influência das condições da amostra deve ser considerada se determinadas classes de produtos químicos pefluorinated são de interesse. Esquemas de preparação de amostra alternativa para extratos de água podem ser usadas se a instalação do laboratório está disponível e a análise de dados downstream permanece similar.
Análise de dados direcionados Para compostos com isótopo estável, combinado rotulado padrões internos e padrões disponíveis, as principais preocupações para análise de dados são instrumental e determinação de limites de deteção do método e intervalos de relatórios adequados podem ser determinados em um base de laboratório-por-laboratório usando abordagens padrão, tais como a relação sinal-ruído de baixo nível padrão picos de47. Na ausência de normas internas correspondentes podem ocorrer erros de efeitos de matriz incompatíveis, e volta-previsão precisa de amostras cravadas pode ser usado para estimar a precisão das medições. Quando a falta de padrões para preparar uma curva, uma estimativa quantitativa de um desconhecido pode ser feita por tratá-la de forma idêntica para um padrão intimamente combinado composta, mas erros na estimativa são da ordem de 10 + dobra com capacidade limitada para quantificar a incerteza, consulte McCord, Newton e Strynar21. Nesses casos, ainda podem ser recolhidos dados de tendência, mas estimativas de concentração são inerentemente não confiáveis.
Análise de dados não específico Pico escolher configurações têm um impacto substancial no número de características químicas identificadas, mas a qualidade da seleção de recursos é também fortemente impactada. As decisões de interesse na colheita de pico são 1) intensidade das massas individuais a serem incluídos nos espectros, o limiar de abundância do íon 2) a intensidade do cromatograma extraída picos considerados características, a deteção de 3) característica de limiar de abundância de recurso frequência, o limiar de replicar e 4) variação analítica, o limite de CV (Figura 10).
Estabelecendo limiares irrealisticamente baixos para resultados de colheita de pico em um aumento exponencial no tempo de amostra para resolver as características adicionais da abundância cada vez mais baixa (tabela 7). Os filtros de limiar do íon-abundância de massa características espectrais onde bastantes As abundâncias de isótopos individuais não passam do limite. Idealmente seleciona somente para recursos com espectros de MS de qualidade, garantindo que são características químicas muito mais que instrumental ruído e permitindo a previsão de fórmula em processamento a jusante. Um limiar é baseado no ruído instrumental, idealmente pelo menos 3x o limite de ruído para MS1 varreduras. Limiar de abundância de recurso filtros características químicas com base na intensidade ou área do recurso cromatográfica extraído. Esta etapa permite a rejeição dos picos de baixa abundância, que são geralmente de má qualidade cromatográfica, têm altas variâncias ou são o resultado de outro extração software pobres. Um limite adequado deve ser determinado por experiência e por matriz com base em um nível aceitável de geração pobre de recurso (por exemplo, características abaixo a cromatografia inaceitavelmente pobre exposição de limiar). Mais analítica QC pode ser usado para rejeitar recursos a nível cromatográfica com base na identificação inconsistente em repetições analíticas e/ou preparação (limiar replicar) ou baseada na pobre reprodutibilidade de repetições (limiar de CV). Níveis adequados dependem da qualidade do software de integração de pico usado e as entidades químicas sob investigação. Para compostos perfluorados de solúvel em água e protocolos de integração levemente otimizado, recursos devem ser identificados em 80 + % de analítica Replica e CVs são esperados para cair abaixo de 30%, conforme detalhado na seção de métodos.
Os picos detectados de análise não específico não produzir estimativas quantitativas das concentrações dos materiais detectados. Além disso, a identidade do verdadeiras incógnitas pode ser difícil de confirmar porque romance compostos estão ausentes dos bancos de dados publicamente disponíveis. Determinação estrutural romance requer uma análise extensiva com vários métodos e exige conhecimentos especializados em espectrometria de massa e química. No entanto, normalizar as áreas de pico das características químicas pode fornecer estimativas semi-quantitativa das concentrações de incógnitas de espécies conhecidas de21. Se a amostragem consistente e etapas de preparação são empregadas, informações de tendência de tempo para espécies individuais podem ser geradas para monitorar a persistência de um produto químico para o futuro, como a resposta para uma espécie em particular deve ser consistente, exceto por grandes variações da matriz21.
A principal vantagem deste método é a extensibilidade do tratamento para permitir análise orientada e amostra. Enquanto alvo análise fornece informações quantitativas equivalentes ou superiores, que carece grandemente amplitude de análise desejada quando se lida com materiais novos e emergentes, bem como sua relação com materiais de matriz. Aplicação de uma metodologia específica, ou mesmo um suspeito método de triagem com base apenas em materiais conhecidos e limitados de bancos de dados é completamente cego para espécies anteriormente não observados, mesmo que eles podem ter efeitos significativos para a saúde. Como software melhora e bancos de dados tornam-se mais robustos, a precisão de identificação desconhecida irá continuar a aumentar, com uma diminuição concomitante o investimento de tempo e nível de conhecimento necessário para analisar os dados multidimensionais gerados por este abordagem. No entanto, dados gerados atualmente são de significativo valor futuro porque dados bancários permite a análise post-hoc com software recentemente desenvolvido e permite a comparação ao longo do tempo, mesmo que a identidade de um composto detectado é atualmente desconhecida.

A classe de por- e substâncias polyfluoroalkyl (PFASs) são poluentes orgânicos persistentes com preocupação significativa da saúde pública. O ácido de compostos específicos perfluorooctanoico (PFOA) e perfluorooctanesulfonate (PFOS) têm níveis de Consultivo de saúde água potável definidos pelo EPA1,2 e sua grande produção de E.U. cessou na década de 20003,4 . Para obter uma compreensão significativa para as propriedades de PFAS materiais no produto têxtil e consumidor fabricação de esferas, centenas, se não milhares, de alternativas químicas PFAS foram desenvolvidos para preencher nichos de produtos, incluindo substituições para o preterido compostos5,6,7,8. Há um curso preciso monitorar os níveis ambientais de ácidos carboxílicos de cadeia reta perfluorados e sulfonates tais PFOS e PFOA sua série homóloga relacionado, mas emergentes compostos químicos não são cobertos pelo métodos estabelecidos, tais como EPA Método 5379 e frequentemente falta de padrões analíticos para análise de alvo tradicional. A intenção do presente protocolo, portanto, é duplo. Ele fornece um caminho para a análise de LC-MS/MS alvo de espécies fluorochemical em água, desde que existam padrões analíticos e detalha a integração perfeita de uma abordagem não-alvo, de alta resolução espectrometria de massa base para análise de dados Isso permite a detecção de compostos desconhecidos ou inesperados nas mesmas amostras.
Extração de fase sólida (SPE) é uma técnica estabelecida para a limpeza de amostra e a concentração com aplicações em muitos analitos e amostra matrizes10,11. Para a análise PFAS, múltiplas fases de retentivas sólidas, incluindo não-polares, acrescida polar, e colunas de troca iônica têm sido utilizados para diferentes extensões para subclasses de fluorados espécies em uma grande variedade de matrizes9,12, 13,14,15,16. Avanços na análise de amostras SPE usando configurações on-line extremamente aumentam a taxa de transferência da abordagem e melhorar a reprodutibilidade de manipulação de amostra, mas o processo fundamental permanece consistente17. Também foram feitos alguns esforços para remover a concentração off-line da SPE usando injeções de grande volume, mas estes requerem modificações para a cromatografia que colocá-los fora da esfera de análise casual18,19 . Nossa análise de amostra usa uma fase retentiva de troca (cera) polímeros ânion fraco completamente separar materiais ácidos PFAS os contaminantes orgânicos tradicionais e alcançar fatores de concentração de amostra substancial. Esta fase de cera é importante para capturar os ácidos perfluorados de cadeia curta como o sulfonato de perfluorobutane (PFBS) ou éteres perfluorados tais como ácido de dímero de óxido de hexafluoropropylene (HFPO-DA), que são mais polares do que o perfluorados legado de cadeia mais longo espécie de20,21. Como tem havido uma mudança significativa no sentido de cadeias mais curtas fluorados e inclusão de éter em recente PFAS química5, esta selecção de fase permite a recuperação mais completa de novos compostos para análise de MS.
Quantificação de LC-MS/MS alvo usando autenticado padrões e isótopo estável rotulado padrões internos fornece um nível incomparável de especificidade e sensibilidade para a análise quantitativa. Enquanto essa abordagem é desejável em muitas situações, é impraticável para todo-demasiado-comum situações em análise. Alvo de abordagens funcionam apenas para espécies que são esperados na amostra, e quais métodos foram estabelecidos anteriormente. Para compostos novos e emergentes, esta abordagem é incapaz de detectar até mesmo espécies que possam ser de interesse, independentemente da sua química ou concentração, e espectrómetros de massa de baixa resolução são quase incapazes de fornecer informações suficientes para fazer inequívocas atribuições químicas de compostos desconhecidos. Consequentemente, o campo de análise não específico tenha surgido, alavancando o poder de espectrómetros de massa modernos de alta resolução para analisar amostras sem uma hipótese pressupunha e atribuir retroactivamente produtos químicos para características detectáveis na amostra. Esta abordagem tem sido amplamente utilizada nos campos da biologia22,23,24 e ciência ambiental25,26,27 em numerosas classes de produtos químicos. Produtos químicos perfluorados são particularmente simples de identificar esse método devido a seus padrões massa espectrais, e centenas de compostos têm sido descritas em apenas o passado poucos anos5,28.
O protocolo discutido aqui destina-se a alinhar a quantificação de LC-MS/MS PFAS alvo com a necessidade de identificar e monitorar semi-quantitativamente emergentes compostos de interesse. A fase SPE seleção e técnicas de preparação de amostra se destinam a garantir a captura dos ácidos PFAS emergentes mais hidrófilas da água e pode ser mais adequado para a mais longa cadeia polimérica espécies e não-iônicos. Além disso, os dados gerados pela análise não específico serão densos e de alta dimensionalidade, que exige o uso de software de análise de dados. Tais pacotes de software são frequentemente fornecedor específico e exigem modificação para operar entre plataformas de instrumento. Sempre que possível, o processo de análise tem sido descrito de forma genérica e alternativas de fonte aberta/freeware são referenciadas, mas a eficiência e a precisão de qualquer abordagem de software devem ser avaliados numa base individual.

<table><tbody><tr><td>Sistema de cromatografia líquida de ultra-alto desempenho Acqity</td><td>Waters Corporation</td><td></td><td>Modificado com kit de análise de PFCs (176001744); o sistema UPLC equivalente é aceitável se o fundo do PFAS for verificado e confirmado como baixo</td></tr><tr><td>Acetato de amônio</td><td>Fluka</td><td>17836</td><td>Grau de espectrometria de massa >99% puro</td></tr><tr><td>Hidróxido de amônio</td> puro <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>Coluna UPLC de fase reversa BEH C18, 2,1 vezes; 50&nbsp; mm, 1,7&nbsp; &mu; m&nbsp;</td><td>Bomba</td><td>de</td> seringa de pistão duplo 186002350 <td></td>da Waters</tr><tr><td>Corporation&nbsp;</td>Ácido Acético Glacial Sigma-Aldrich da <td>Waters Corporation</td><td>SPC10-C</td><td></td></tr><tr><td></td><td>ARK2183</td><td>&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Filtros de Microfibra de Vidro</td><td>Whatman</td><td>1820-070</td><td></td></tr><tr><td>Garrafa de amostra de polietileno de alta densidade&nbsp;</td><td>Nalgene</td><td>2189-0032&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Espectrômetro de massa de alta resolução</td><td>Vários</td><td></td><td>espectrômetros de massa devem ser capazes de fornecer massa precisa para < 10ppm e coleta de dados MS/MS.&nbsp; Agilent 6530 qTOF e Thermo Fisher Orbitrap Fusion foram usados neste trabalho</td></tr><tr><td>Metanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ácido Nítrico (35% p/p)</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>SVCN-5-1</td><td>Pode ser preparado internamente usando ácido nítrico concentrado e água reagente</td></tr><tr><td>Funil de Buchner de polipropileno</td><td>ACE Glass</td><td>12557-09&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Tubo e tampa de cenitrfuga de polipropileno</td><td>BD Falcon</td><td>352096</td><td></td></tr><tr><td>Garrafa de vácuo de polipropileno (1 L)</td><td>Nalgene</td><td>DS4101-1000</td><td></td></tr><tr><td>Quattro Premier XE espectrômetro de massa triplo quadrupolo&nbsp;</td><td>Waters Corporation</td><td></td><td>Sistema equivalente triplo-quadrupolo ou melhor pode ser usado em seu lugar, deve fornecer alta sensibilidade e estabilidade para análise direcionada</td></tr><tr><td>Água</td><td></td><td></td> Reagente <td>Qualquer fonte determinada como livre de PFAS</td></tr><tr><td>Acetato de Sódio</td><td>Evaporador de</td> nitrogênio <td>Sigma-Aldrich</td> W302406 <td></td></tr><tr><td>TurboVap&nbsp;</td><td>Caliper Life Sciences</td><td>103198</td><td>Sistemas equivalentes ou evaporador rotativo a vácuo podem ser usados em seu lugar</td></tr><tr><td>Cartucho SPE de troca aniônica fraca (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-heptafluoropropoxi)ácido propanóico (HFPO-DA)</td><td>Wellington</td><td>HFPO-DA</td><td></td></tr><tr><td>Padrões adicionais de compostos direcionados de interesse</td><td></td><td></td><td>a serem determinados com base na análise preliminar e disponibilidade padrão</td></tr><tr><td>HFPO-DA</td> marcado com massa <td>Wellington</td><td>M2HFPO-DA</td><td></td></tr><tr><td>Mistura nativa PFCA/PFAS (2 ug/mL)</td><td>Wellington</td><td>PFAC-MXA</td><td>ou PFAC-MXB; ou mistura preparada individualmente contendo compostos de interesse</td></tr><tr><td>Isótopo estável marcado PFCA/PFAS Mistura (2 ug/mL)</td><td>Wellington</td><td>MPFAC-MXA</td><td>ou MPFAC-MXB; ou mistura preparada individualmente contendo compostos de interesse, conforme apropriado para PFASs nativos</td></tr><tr><td>Software</td>Mass Profiler Professional Agilent Ou pacotes de <td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td>software de código aberto</td>Profinder Agilent Ou pacotes de software de código aberto <td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

identificação por- e espécies químicas perfluorados com um fluxo de trabalho combinada alvo e não alvo-triagem de alta resolução de espectrometria de massa

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

Histórico e emergentes por- e substâncias polyfluoroalkyl (PFASs) tem atraído interesse significativo das agências públicas e o governo do local aos níveis federais. A evolução contínua de químicas PFAS apresenta um desafio para o monitoramento ambiental, onde o desenvolvimento contínuo dos métodos direcionados necessariamente defasagens a descoberta de novos compostos químicos. Há uma necessidade, portanto, ter metodologias prospectivas que podem detectar compostos emergentes e inesperados, monitorar estas espécies ao longo do tempo e resolver detalhes de sua estrutura química para permitir futuras funcionam na saúde humana. Para este fim, não específico de análise por espectrometria de massa de alta resolução oferece uma abordagem de deteção de base ampla que pode ser combinada com quase qualquer esquema de preparação de amostra e fornece recursos significativos para identificação de compostos após a detecção. Aqui, descrevemos um método de concentração de amostra de extração de fase sólida (SPE) com base ajustado para cadeia mais curta e mais químicos PFAS hidrofílicos, tais como por ácidos de éter fluorados e perfluorooctanossulfonatos e descrever a análise de amostras preparadas desta forma em modos de alvo e não específico. Alvo métodos fornecem quantificação superior quando normas de referência estão disponíveis, mas são intrinsecamente limitadas aos compostos esperados ao realizar a análise. Em contraste, uma abordagem não-alvo pode identificar a presença de compostos inesperados e fornecer algumas informações sobre sua estrutura química. Informações sobre características químicas podem ser usadas para correlacionar compostos por locais de amostra e rastrear abundância e ocorrência ao longo do tempo.

Aqui, apresentamos um protocolo para a quantificação de alvo sequencial e não específico de análise de compostos fluorados na água por espectrometria de massa. Esta metodologia proporciona níveis quantitativos de compostos conhecidos fluorochemical e identifica produtos químicos desconhecidos em amostras relacionadas com estimativas semi-quantitativa de sua abundância.

Identificação por- e espécies químicas perfluorados com um fluxo de trabalho combinada alvo e não alvo-triagem de alta resolução de espectrometria de massa

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

Esta abordagem permite a quantitação de PFAS conhecidos e a descoberta de novas substâncias nas mesmas amostras, em comparação apenas com abordagens direcionadas que perdem compostos emergentes de preocupação. Este protocolo tem como alvo uma variedade mais ampla de compostos PFAS, que são representativos dos mais novos produtos químicos emergentes. Se a etapa de concentração for adaptada para os compostos, os métodos de medição aqui utilizados poderão ser aplicados a qualquer classe de produtos químicos.Para coletar uma amostra do campo, use luvas de nitrito e colete 500 a 1.000 mililitros de água do local do campo em uma garrafa limpa de polietileno de alta densidade, HDPE ou polipropileno. Adicione cinco mililitros de conservante de ácido nítrico de 35% à garrafa de amostra e a um campo em branco, e transporte as amostras de volta para o laboratório. Despeje cada amostra em cilindros graduados de polipropileno individual, pré-limpo, de um litro e de alta densidade e regise o volume exato das amostras.Adicione 10 mililitros de metanol a cada garrafa de amostra esvaziada antes de tampar e sacudir vigorosamente para enxaguar substâncias absorvidas por e polifluoroalquila, ou PFAS, dos interiores da garrafa. Em seguida, devolva a amostra de água medida para a garrafa enxaguada com a lavagem methanólica. Para obter uma curva padrão para a quantitação, encha oito garrafas de amostra vazias de um litro com água deionizada livre de PFAS e rotule as garrafas com oito concentrações espaçadas uniformemente cobrindo a faixa de quantitação desejada.Em seguida, adicione uma quantidade de mistura de PFAS nativa a cada garrafa para produzir as concentrações pfas apropriadas e adicione a mistura pfas padrão interna a cada amostra em uma concentração aproximando o ponto médio da curva de calibração. Em seguida, filtrar as amostras através de fibra de vidro Filtros A sob vácuo suave em frascos de vácuo de polipropileno de alta densidade. Se a matéria particulada permanecer dentro da garrafa, enxágue a água desionizada adicional e filtre a lavagem no frasco.Para a extração em fase sólida, devolva a água filtrada à garrafa de amostra e condicionar uma fraca troca de ânion, ou WAX, cartucho com 25 mililitros de metanol e mais 25 mililitros de água deionizada. Posicione a tubulação de desenho da bomba dentro das garrafas filtradas e rotule a extração em fase sólida, ou SPE, cartuchos com os nomes de amostra apropriados. Bombeie 500 mililitros de cada amostra através de cada cartucho a uma taxa de fluxo constante de 10 mililitros por minuto, descartando o fluxo através.Remova os cartuchos WAX SPE das bombas de pistão e transfira o cartucho SPE para um coletor de vácuo, equipado com reservatórios externos de vidro. Lave cada cartucho SPE com quatro mililitros de 25 mililitros, pH quatro tampão de acetato de sódio sob vácuo suave, seguido por uma lavagem de metanol neutro de quatro mililitros. No final da lavagem, coloque um tubo de centrífuga de polipropileno de 15 mililitros sob cada cartucho de SPE para coletar o eluente, e elute as amostras com quatro mililitros de hidróxido de amônio de 0,1% em metanol.Em seguida, remova os tubos de elução e reduza o volume de eluato para 500 a 1.000 microliters por evaporação sob fluxo de nitrogênio seco em um banho de água a 40 graus Celsius. Para cromatografia líquida direcionada com espectrometria de massa tandem, diluir 100 microliters de extrato amostral com 300 microliters de tampão de acetato de amônio de dois milililemilitrolares em um frasco de amostra de cromatografia líquida de alta pressão, e preparar uma lista de trabalho analítica composta pela curva padrão, amostras e uma réplica adicional da curva padrão para avaliar a deriva instrumental ao longo da corrida. Analise as amostras utilizando cromatografia líquida padrão e métodos de espectrometria de massa estabelecidos para os compostos-alvo de interesse.Ao final da análise, gere uma curva padrão a partir das amostras padrão utilizando a razão de área de pico do analito ao padrão interno versus a concentração de analito, e gerar uma fórmula de regressão quadrática com uma ponderação sobre x para previsão de concentração. Quantita os analitos direcionados em cada amostra utilizando as curvas padrão preparadas e a razão de área para cada medição. Se a concentração exceder a faixa de calibração, diluir a amostra original com água deionizada cravada com a concentração padrão interna apropriada e repropulsão para trazer a concentração para a faixa apropriada.Para cromatografia líquida não direcionada com espectrometria de massa tandem, diluir 100 microliters de extrato amostral com 300 microliters de tampão de acetato de amônio de dois mililamlares em um frasco de amostra de cromatografia líquida de alta pressão. Depois de definir uma lista de trabalho como demonstrado, use o software de instrumento para coletar dados de espectrometria de massa cromatografia líquida com uma ampla varredura no modo dependente de dados. Para processamento de dados não direcionado, abra o pacote de software de extração de recursos moleculares apropriado e selecione Adicionar/remover arquivos de amostra e adicionar arquivos e selecionar os dados brutos do experimento não-direcionado.Clique em OK e selecione Extração de recursos recursivos em lote e método aberto para carregar um método pré-estabelecido ou editar manualmente as configurações do software. Para cada recurso restante após a filtragem, gere fórmulas químicas previstas a partir do espectro de massa exata e massa composta e abra a ferramenta de pesquisa em lote de dashboard da Agência de Proteção Ambiental CompTox Chemicals Dashboard. Para pesquisar as fórmulas químicas previstas ou massas neutras contra, devolver estruturas químicas potenciais, selecione o tipo identificador e cole a lista de identificadores na caixa identificador.Selecione Baixar dados químicos e quaisquer dados físicos, químicos ou toxicológicos desejados para possíveis correspondências do menu suspenso. Em seguida, confirme as estruturas usando as normas disponíveis e/ou direcionadas correspondência de espectrometria de massa tandem de alta resolução dos fragmentos contra os espectros dos bancos de dados, em espectros teóricos silico ou curadoria manual. Cromatografia líquida quantitativa com resultados de espectrometria de massa tandem são apresentadas na forma de cromatógramas de íons para o cromatógrafo de íons total e os croromatogramas de íons extraídos de transições químicas específicas para produtos químicos medidos.A área de pico integrada de uma transição química está relacionada com a abundância composta e pode ser usada para calcular a concentração exata usando uma curva de calibração normalizada para um padrão interno. A análise não direcionada usando uma varredura completa de MS produz um cromatógrama de íon total para amostras, o que permite a geração ad hoc de cromatógramas de íons extraídos para íons individuais. Os compostos pfas têm defeitos de massa negativos devido à sua preponderância de átomos de flúor, e compostos polifluorados têm defeitos de massa positivos, mas substancialmente menores do que materiais orgânicos homólogos.Uma segunda etapa de filtragem do método é identificar séries homólogos contendo unidades repetitivas comuns às espécies PFAS usando um pacote de software apropriado. A partir de dados de MS de alta resolução, uma ou mais fórmulas químicas putativas podem ser combinadas com a impressão digital isotópica do espectro de massa e pontuadas. Fórmulas químicas podem ser confirmadas, e algumas informações estruturais podem ser obtidas a partir de dados de espectrometria de massa tandem.Outros experimentos de espectrometria de massa podem ser usados para confirmar a identidade de novos compostos, e comparações de amostras podem dar informações sobre a prevalência e quantidade relativa de produtos químicos. É muito importante ter espaços em branco adequados e amostras de controle de qualidade para a matriz para validar as medidas quantitativas e não direcionadas. As estratégias mostradas tornaram-se a nova abordagem da triagem ambiental para o PFAS, permitindo a descoberta de desconhecidos e a previsão de suas identidades.

identifying-per-polyfluorinated-chemical-species-with-combined

Research

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Environment

Ambiente

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