Summary
Her presenterer vi en protokoll for sekvensiell målrettet kvantifisering og ikke-målrettede analyse av fluorholdige forbindelser i vannet ved massespektrometri. Denne metoden gir kvantitative kjent fluorochemical forbindelser og identifiserer ukjente kjemikalier i relaterte prøver med semi kvantitative beregninger av sin overflod.
Abstract
Historiske og nye per- og polyfluoroalkyl stoffer (PFASs) har fått betydelig interesse fra de offentlige og offentlige organer fra lokale til føderale nivåer. Fortsetter utviklingen av PFAS kjemikalier presenterer en utfordring å miljøovervåking, der pågående utvikling av målrettede metoder nødvendigvis etterslep oppdagelsen av nye kjemiske forbindelser. Det er behov, derfor har fremtidsrettede metoder som kan oppdage nye og uventede forbindelser, overvåker disse arter over tid og løse detaljer om sin kjemiske struktur for å muliggjøre fremtidig arbeid i helse. Dette ikke-målrettede analyse av høyoppløselige massespektrometri tilbyr en bred base oppdagelsen tilnærming som kan kombineres med nesten alle prøve forberedelse ordningen og gir betydelige muligheter for sammensatte identifikasjon etter. Her, vi beskriver en solid-fase utvinning (SPE) basert eksempel konsentrasjon metode innstilt for kortere kjede og mer hydrofile PFAS kjemikalier, som per fluorholdige Eter syrer og sulfonates, og beskriver analyse av prøver forberedt på denne måten i både målrettet og ikke-målrettede moduser. Målrettede metoder gir overlegen kvantifisering når referanse standarder er tilgjengelig, men er egentlig begrenset til forventet forbindelser når utføre analyse. I kontrast, kan en ikke-målrettede tilnærming identifisere tilstedeværelsen av uventede forbindelser og gi litt informasjon om sin kjemiske struktur. Informasjon om kjemisk funksjoner kan brukes til å koordinere forbindelser over eksempel steder og spore overflod og forekomst over tid.
Introduction
Klasse per- og polyfluoroalkyl stoffer (PFASs) er Persistente organiske miljøgifter med betydelig folkehelseproblem. Den spesifikke forbindelser perfluorooctanoic acid (PFOA) og perfluorooctanesulfonate (PFOS) har drikkevann helse rådgivende nivåer satt av EPA1,2 og store amerikanske produksjonen opphørte i 2000-tallet3,4 . Blitt for å få en betydelig forståelse for egenskapene til PFAS i tekstil og forbruker produktet produksjon kuler, hundrevis, om ikke tusenvis, av alternative PFAS kjemikalier har utviklet materiale for å fylle produktet nisjer, inkludert erstatning for Avskrevne forbindelser5,6,7,8. Det er en pågående må overvåke miljø nivåer av rett kjeden perfluorinated karboksylsyre og sulfonates slike PFOS, PFOA og deres relaterte homologe serien, men nye kjemiske forbindelser dekkes ikke av etablerte metoder som EPA Metoden 5379 og ofte mangel analytisk standarder for tradisjonelle målrettet analyse. Hensikten med denne protokollen er todelt. Det gir en sti for målrettet LC--MS-/ MS analyse av fluorochemical Art i vann der analytisk standarder er tilgjengelige og detaljer sømløs integrering av en ikke-målrettede, høyoppløselige masse massespektrometri tilnærming for dataanalyse som gjør det mulig for gjenkjenning av ukjente eller uventede forbindelser i samme prøvene.
Solid-fase utvinning (SPE) er en etablert teknikk for eksempel opprydding og konsentrasjon med programmer og mange matriser10,11-med analytter og utvalg. For PFAS analyse, flere solid retentive faser inkludert ikke-polar functionalized polar og ionebytte kolonner er brukt forskjellig grad for underklasser av fluorholdige arter i en rekke matriser9,12, 13,14,15,16. Fremskritt innen SPE eksempel analyse med on-line oppsett sterkt øker gjennomstrømningen av tilnærming og forbedre reproduserbarhet eksempel håndtering, men den grunnleggende prosessen forblir konsekvent17. Noen innsats for å fjerne frakoblede konsentrasjonen av SPE med stort volum injeksjoner har også gjort, men dette krever endringer i kromatografi som plasserer dem utenfor riket av casual analysen18,19 . Vår eksempel analyse bruker en polymere svak anion exchange (voks) retentive fase grundig skille Sure PFAS materialer fra tradisjonelle organiske forurensninger mens de oppnår betydelige eksempel konsentrasjon faktorer. Dette voks er viktig å ta den korte kjede perfluorinated syren som perfluorobutane sulfonate (PFBS) eller perfluorinated etere som hexafluoropropylene oksid dimer syre (HFPO-DA) som er mer polar enn den lengre kjede eldre perfluorinated arter20,21. Som det har vært en betydelig omlegging mot kortere fluorholdige kjeder og Eter inkludering i siste PFAS kjemi5, kan denne fasen utvalget grundigere utvinning av romanen forbindelser for MS analyse.
Målrettet LC--MS-/ MS kvantifisering bruke godkjente standarder og stabil isotop merket interne standarder gir en enestående grad av spesifisitet og følsomhet for kvantitativ analyse. Mens dette er ønskelig i mange situasjoner, er det upraktisk for alle-også-felles situasjoner i analysen. Målrettede tilnærminger fungerer bare for arter som forventes i utvalget og hvilke metoder har tidligere blitt etablert. For nye og kommende forbindelser, denne tilnærmingen er i stand til å oppdage selv arter som kan være av interesse, uansett deres kjemi eller konsentrasjon, og lav masse spektrometre er nesten i stand til å gi nok informasjon til å gjøre utvetydig kjemiske tildelinger av ukjent forbindelser. Følgelig har feltet ikke-målrettede analyse oppstått, leveraging makten av høyoppløselige moderne masse spektrometre å analysere prøver uten en forutsatte hypotese og tilbakevirkende kraft tilordne kjemikalier til synlig funksjoner i utvalget. Denne tilnærmingen er brukt mye i biologi22,23,24 og miljølære25,26,27 på mange klasser av kjemikalier. Perfluorinated kjemikalier er spesielt enkelt å identifisere i denne metoden på grunn av sin unike masse spectral mønstre, og hundrevis av forbindelser er beskrevet i bare de siste par år5,28.
Protokollen diskutert her er ment å justere målrettet LC--MS-/ MS PFAS kvantifisering med behovet for å identifisere og semi kvantitativt overvåke nye forbindelser av interesse. SPE fasen utvalget og prøve matlaging teknikker er ment å sikre erobringen av mer hydrofile nye PFAS syrer fra vann og kan være mindre egnet for lengre kjede polymere arter og ikke-ioniske arter. Videre dataene som genereres ved ikke-målrettede analyse er tett og av høy dimensionality, som nødvendiggjør bruk av dataanalyse programvare. Slike programvarepakker er ofte forhandlerspesifikke og kreve endring opererer mellom instrument plattformer. Der det er mulig analyseprosessen har blitt beskrevet i en generisk måte og åpen kilde/freeware alternativer refererer til, men effektiviteten og nøyaktigheten av enhver programvare tilnærming må vurderes enkeltvis.
Protocol
1. innsamling av vannprøver
- Utarbeidelse av PFAS Standard aksjer
- Forbered en PFAS standard blanding i metanol som inneholder noen målrettet forbindelser av interesse (f.eks PFOA, PFOS, HFPO-DA) på 1 ng/µL. Dette er innfødt PFAS blandingen. Kommersielt forberedt blandinger er også tilgjengelig (dvs. PFAC Mix A og blanding B).
- Forbered en standard blanding som inneholder samsvarende stabil isotop merket (SIL) PFAS forbindelser (f.eks 13C4- PFOA, 13C8- PFOS, 13C3- HFPO-DA) på 1 ng/µL. Dette er er PFAS blandingen. Kommersielt forberedt blandinger er også tilgjengelig (dvs. MPAFC Mix A og blanding B).
Merk: Hvis en SIL versjon av de målrettede PFAS er tilgjengelig, et surrogat med lignende struktur og kjede lengde kan brukes (f.eks 13C2- PFHxA for HFPO-DA)
- Utarbeidelse av feltet tomt (FB), Spike tom (SB) prøver
- Fylle to, ren høy tetthet polypropylen (HDPE) eller polypropylen (PP) flasker med 1000 mL laboratorium vaskebuffer (DI) vann, kjent for å være PFAS gratis.
FORSIKTIG: PFAS materiale ofte har udefinert toksisitet og/eller kreftfremkallende. Forsiktighet bør utvises å unngå muntlig eller hud eksponering for standarder eller lager løsninger. - Legge til et antall PFAS standard blanding i ett flaskene på en siste konsentrasjon tilsvarer forventede eksempel konsentrasjonen (f.eks 100 ng/L). Dette er topp tom (SB).
- Legge til 5 mL av 35% salpetersyre konserveringsmiddel Spike tomt.
- Utføre både SB eksempel og det unspiked felt tomt på prøvetaking sted som kontroller.
- Fylle to, ren høy tetthet polypropylen (HDPE) eller polypropylen (PP) flasker med 1000 mL laboratorium vaskebuffer (DI) vann, kjent for å være PFAS gratis.
- Feltet prøvetaking
Merk: Utvalg samler skal bruke nitrilhansker og prøve fra flytende systemer der det er mulig. Trykk prøver skal tillates å flyte og equilibrate før prøvetaking (2-3 min).- Samle 500-1000 mL vann fra feltet plassering i en ren HDPE eller PP flaske.
- Legge til 5 mL av 35% salpetersyre konserveringsmiddel eksempel flasker og feltet stå tomt.
FORSIKTIG: salpetersyre er etsende og en sterk oxidizer
2. prøven utvinning
Merk: PFAS er allestedsnærværende og vedvarende. Kontroller at alle løsemidler er den høyeste karakteren og har blitt analysert for lavt nivå PFAS forurensning. Rense alle laboratorieutstyr for tilberedning standarder før forberede tomme og eksempler.
- Eksempel forbehandling
- Hell hvert utvalg i en egen, pre rengjøres 1 L HDPE uteksaminert sylinder og posten nøyaktig volumet.
- Legge til 10 mL av metanol tomme prøven flasken, cap det og rist godt for å skylle adsorbert PFAS fra flaske interiør.
- Tilbake målte vann utvalget til skylles flasken med methanolic skylling.
- Standardkurven for kvantifisering
- Fylle åtte, 1 L HDPE/PP flasker med PFAS-gratis DI vann.
- Velg åtte avstand konsentrasjoner dekker området ønsket kvantifisering. For eksempel: 10, 25, 50, 100, 250, 500, 750 og 1.000 ng/L for en rekke 10-1000 ng/L.
- Legge til et antall av opprinnelige PFAS i hver flaske å gi de siste PFAS konsentrasjonene i 2.2.2 (f.eks 100 µL PFAS Mix A til 1L DI vann = 100 ng/L).
- Intern standard tillegg
Merk: Tillegg av stabil isotop merket interne standard (IS) er bare nødvendig hvis kvantitative resultater er ønsket i tillegg til ikke-målrettede analyse.- Tilsett er PFAS blandingen til hvert utvalg i en konsentrasjon tilnærmelsesvis midtpunktet i kalibreringskurven (f.eks 250 µL av er PFAS = 250 ng/L)
- Filtrering
- Filtrere prøver gjennom GF/A glass fiber filtre (47 mm, 1.6 µm porestørrelse) under mild vakuum i en pre rengjøres 1 L HDPE vakuum kolbe.
- Hvis svevestøv forblir i flasken, skyll med deionisert vann i filteret. Returner det filtrert vannet prøven flasken eller en ny container for solid fase utvinning.
- Solid fase utvinning (SPE)
Merk: Patron konsentrasjon beskrevet her bruker en konstant flyt stempelpumpe. Alternative metoder for konsentrasjon bruke en vakuum manifold20 eller en on-line SPE-LC-MULTIPLE Sclerosis17 oppsett er mulig men ikke diskutert.- Tilstand en svak anion exchange (voks) patron med 25 mL av metanol.
- Tilstand voks kassetten med en ekstra 25 mL deionisert vann.
- Posisjon pumpen trekke slangen i filtrert eksempel flasker og etiketten SPE patroner med tilsvarende eksempel navn.
- Pumpe 500 mL utvalg vann gjennom kassetten frekvensen jevn flyt av 10 mL/min (500 mL totalt), forkaster gjennomflytsenhet væske til avfall.
Merk: Større eller mindre volumer kan være konsentrert avhengig av forventet eksempel konsentrasjoner. - Fjerne patronen fra stempelpumpe for elueringsrør.
Merk: Hvis konsentrere Tapp bruker samme pumpen, stempelet pumpen skal tømmes med 25 mL av metanol før du installerer neste patronen for balanse. - Overføre SPE kassett til en vakuum manifold og utstyre med eksterne glass reservoaret.
- Tømme SPE kassetten med 4 mL 25 mM, pH 4.0 natrium acetate buffer under mild vakuum. Kast strømme gjennom. Vask SPE kassett med 4 mL nøytral metanol.
Merk: Nøytral vaske brøkdel kan samles om spesifikke ikke-ionisert polar analytter forventes. Ellers forkaste å kaste bort - Plass en 15 mL polypropylen sentrifuge rør under hver SPE patron å samle eluent. Elute prøven med 4 mL 0,1% ammonium hydroxide i metanol.
- Fjerne elueringsrør og redusere eluate volum til 500-1000 µL av fordampning under tørre nitrogen strømmen i et vannbad litt forhøyet temperatur (40 ° C).
- Konsentrert utvalg ekstrakter kan lagres før analyse ved romtemperatur.
- Målrettet LC--MS-/ MS kvantifisering
- Fortynne 100 µL av prøve Pakk ut med 300 µL 2 mM ammonium acetate bufferen i en såkalt HPLC eksempel hetteglass.
- Kalibrer og equilibrate en såkalt HPLC og MS systemer i henhold til produsentens instruksjoner.
Merk: Bakgrunn PFAS oppdages vanligvis skyldes bruk av fluoropolymer komponenter til de fleste LC og prøve flaske septa. Bekrefte at Detektbart nivåer i tomme er ubetydelig før bruk. Endring av LC systemet å erstatte Teflon komponenter er foreslått der det er mulig. Bruk av en analytisk "holde opp" kolonne ved LC shuntventilen er også foreslått29. - Forberede en analytisk worklist bestående av standardkurven, eksempler og en ekstra duplisere av standardkurve å vurdere instrumental drift over kjøre. Et eksempel worklist er vist i tabell 1.
- Analysere prøvene bruke LC- og MS etablert for målrettet compound(s) rundt. Eksempel LC graderingen er vist i tabell 2 og MS metodeparametere vises i tabell 3 og Tabell 4. Mer finnes detaljert informasjon i McCord et al.21.
- Generere en standardkurve fra standard eksemplene bruker peak området forholdet mellom analytt interne standarden versus konsentrasjonen av analytt. Generere en kvadratisk regresjon formel med 1 / x vekting for konsentrasjon prediksjon9.
- Quantitate målrettet analytter i hvert utvalg bruker forberedt standard kurver og området forholdet (standard området / område) for hver måling.
- Hvis konsentrasjonen overskrider kalibrering området, fortynne den opprinnelige prøven med DI vann tilsatt riktig er konsentrasjonen og Pakk å bringe konsentrasjonen i det aktuelle området.
- Ikke-målrettede LC--MS-/ MS datainnsamling
- Fortynne 100 µL av prøve Pakk ut med 300 µL 2 mM ammonium acetate bufferen i en såkalt HPLC eksempel hetteglass.
- Kalibrer og equilibrate en såkalt HPLC og høy oppløsning MS i henhold til produsentens instruksjoner.
- Forberede en analytisk worklist som 2.6.2.
- Bruker apparatet programvaren, samle LC-MS data med et bredt søk MS1 i data-avhengige for å samle MS/MS. eksempel LC forløpningen i tabell 5. Du finner nærmere drøfting av instrument-innstillingene i Strynar et al.30 og Newton et al.31.
Merk: For bedre MS-/ MS kvalitet data-avhengige analyse kan utføres med en foretrukket ion liste med et delsett av funksjoner igjen etter behandling i 2.8.1-2.8.8.
- Ikke-målrettet behandling
Merk: Dataanalyse kan utføres med et bredt utvalg av programvare og metodene reflekterer ikke den eneste eller beste metoden for et vilkårlig datasett. Der det er mulig gir trinnene en generell beskrivelse som kan utføres i alternativ programvare. Behandling av eksempeldataene i dette manuskriptet ble utført med bestemte programmer (programvare 1 og programvare 2) som beskrevet i Newton et al.31.- Utføre molekylær egenskapsuttrekking av kjemiske egenskaper ved hjelp av ett av flere åpen kildekode programvare pakker32,33 eller leverandør programvare for å identifisere monoisotopic massene, tid og integrert topp områder av kjemiske funksjoner.
- Programvare 1, velg Legg til/fjern eksempelfiler > Legg til filer Velg rådata fra ikke-målrettede eksperimentet, og klikk OK.
- I programvare 1 Velg satsvise rekursiv egenskapsuttrekking > Åpne metoden... laste en preestablished metode eller manuelt redigere programvareinnstillinger. Profinder innstillinger for egenskapsuttrekking finnes i tabell 6.
- Programvare 1, etter egenskapsuttrekking, velg Fil > Eksporter som CSV-fil, fil > Eksporter som CEF, eller Fil > Eksporter som PFA for videre behandling. CEF filer antas for resten av beskrivelsen.
- I programvare 2 (MPP) Opprett et nytt eksperiment med Type uidentifisert og arbeidsflyttypen Veiviseren for Import og klikk OK.
- MPP Velg datafiler og Finn de eksporterte programvare 1 resultatene (CEF eller PFA) kan importeres. deretter velger du neste til Justering parameteren vises.
- MPP, setter du sammensatte justering verdiene til 0,0 (justering var allerede utføres i funksjonen utvinning programvare 1, trinn 2.8.1.2) og klikk deretter neste gjennom trinnene til slutt er tilgjengelig.
- Filtrere identifikasjoner basert på analytisk reproduserbarhet. Der flere Repliker prøvene er tilgjengelig, funksjoner skal være tilstede i > 80% av enkelte replikerer og har en analytisk variasjonskoeffisienten (CV) < 30%
- MPP velger eksperimentelle Oppsett > eksperiment grupperings og tilordne hver raw-filen en gruppe utgjør dens opprinnelse utvalg (dvs. gjentak fra samme kilde bør være i samme gruppe). Du kan opprette flere grupper tilsvarer nestede variabler (f.eks instrumental vs tekniske gjentak).
- MPP velger eksperimentelle Oppsett > opprette tolkning Velg parameteren eksperimentet (dvs. gruppere) og klikk neste til slutt er tilgjengelig. Dette vil opprette en kategori som fremtidige filtrering kan operere på.
- MPP velger kvalitetskontroll > Filter med frekvensen. Angi enhetslisten til Alle enheter og tolkningen til prøven Group(non-averaged) opprettet i 2.8.2.2, og trykk deretter neste.
- For inndataparametere, angi enhet oppbevaring på 80% av samplet i minst én betingelse deretter neste til slutt er tilgjengelig. Navngi listen frekvens filtrert funksjoner
- MPP velger kvalitetskontroll > Filter på prøve variasjon. Angi enhetslisten til frekvens filtrert funksjoner fra 2.8.2.4 og tolkning til Group(non-averaged), så finne neste.
- Velg alternativknappen for Rådata og området av interesse å koeffisient av variant < 30%. Klikk Neste > Fullfør og lagre listen som CV filtrert funksjoner.
- Fjerne funksjoner hvor ikke prøver har betydelig høyere (> 3 brett) overflod enn feltet tomt (FB) prøven.
- MPP velger Analyse > brett endre. Angi enhetslisten CV filtrert funksjoner og tolkningen til prøven gruppen så finne neste. Velg alternativet fold endre alle mot én betingelse og Velg betingelsen FB eller hva navnet på gruppen for tom behandlet prøven var.
- På følgende skjermbilde, angi Fold-endring cut-off 3.0 og klikk gjennom til slutten av spørsmål. Lagre listen som FC filtrert liste.
- Utføre binære sammenligninger av personlige prøver av interesse mot en passende bakgrunn prøve (f.eks oppstrøms og nedstrøms et punkt kilde) å finne fold-endringer for kjemiske enkeltfunksjoner.
- MPP velger Analyse > Filter på vulkanen Plot. Angi enhetslisten til FC filtrert liste og tolkningen til gruppen.
- Brett-endre betingelsen par velger to prøvene for sammenligning (f.eks en sammenkoblet oppstrøms og nedstrøms-eksempel) og velg test Mann-Whitney hender.
- For foreløpig analyse, ikke velge en verdi for flere test korreksjon på denne skjermen, klikke deg frem til resultatet tomten.
- Velg en fold-endring cut-off av 3.0 og en p-verdien cutoff til 0.1 resultatene skjermen. Deretter ferdig og eksport listen som Prelim resultatene.
- For hver funksjon igjen etter filtrering, generere spådd kjemiske formula(s) fra nøyaktig massen og sammensatt mass spekteret.
- MPP, velg resultater tolkning > IDBrowser ID og enhetslisten Prelim resultatene .
- I IDBrowser velger du identifisere alle forbindelser med molekylære formel generator (MFG) som metoden identifikasjon.
- I formelen genererer alternativer legge F til kolonnen elementer og angi maksimal til 50, så velge Fullfør. Velg Lagre og gå tilbake forågåtilbaketil MPP følgende formel generasjon.
- MPP, høyreklikke det filtrerte og MFG matchet enhetslisten og velg Eksporter. Lagre resultatene.
- Undersøke monoisotopic masse arter i funksjonslisten redusert betydelig kjemiske for de som inneholder masse feil tegn på fluorination; se type og Fiehn34.
- Merk kjemiske serien inneholder vanlige polyfluorination motiver (CF2 (m/z 49.9968), CF2O (m/z 65.9917), lm2CF2O (m/z 80.0074), etc.) benytter en masse feil tomten eller programvare algoritmen; se drøftingen, Liu et al.17, Loos et al.35 og Dimzon et al.36.
- Søke spådd kjemiske formler eller nøytral massene mot EPA kjemi Dashboard databasen og/eller andre databaser å returnere potensielle kjemiske strukturer.
- Åpne EPA Comptox kjemikalier Dashboard Batch Søk verktøyet (https://comptox.epa.gov/dashboard/dsstoxdb/batch_search) og lim inn listen over identifikatorer (formler eller massene) i boksen identifikator etter å velge identifikator (dvs. MS-klar Formelen eller Monoisotopic masse).
- Velg Last ned kjemiske Data... og også velge fysisk/kjemiske/toksikologi data ønsket for mulige treff fra rullegardinlisten.
- Bruke kjemiske intuisjon og referansedata, fjerne usannsynlig kamper fra listen for potensielle kjemiske struktur for hver formel basert på muligheten på grunn av kjemisk stabilitet, fysiske egenskaper som ionizability eller hydrophobicity, tilstedeværelse produksjon kjemikalier fra nærliggende kilder, etc. I fravær av flere data, kan spectral gjennomførbarhet rangeres rent basert på litteratur prevalens; se McEachran et al.37.
- Bekrefte strukturer ved hjelp av tilgjengelig standarder og/eller målrettet høyoppløselig MS/MS matching av fragmenter mot spectra databaser, i sili teoretisk spectra eller manuell konservering.
- Utføre molekylær egenskapsuttrekking av kjemiske egenskaper ved hjelp av ett av flere åpen kildekode programvare pakker32,33 eller leverandør programvare for å identifisere monoisotopic massene, tid og integrert topp områder av kjemiske funksjoner.
Representative Results
Kvantitativ LC--MS-/ MS resultatene er i form av ion-chromatograms for den totale ion chromatogram (TIC) og utdraget ion chromatograms (EIC) bestemte kjemiske overganger for målte kjemikalier (figur 1). Integrert peak området en kjemisk overgang gjelder sammensatte overflod og kan brukes til å beregne nøyaktige konsentrasjonen med en kalibreringskurven normalisert til en intern standard (figur 2). Lav eller flat respons av personlige analytter angir at kalibrering området er utenfor lineær rekke masse spectrometer, eller at instrumentet krever tuning/kalibrering. Dårlig presisjon av replikat indikerer et problem med eksempel injeksjon eller inkonsekvent kromatografi som krever endring av LC-parametere.
Ikke-målrettede analyse ved hjelp av en fullstendig MS1 skanning gir en TIC for prøver (Figur 3), hvilke innrømmer for adhoc generasjon EICs for individuelle ioner (Figur 4). Helst brukt kromatografiske tid inneholder signaler for kjemiske arter, og når du bruker en høyoppløselig masse spectrometer, isotopanrikning fingeravtrykk av sammensatte. Identifisere forbindelser fra MS1 søket utføres programmatisk av en topp-plukking algoritmen bruker en av flere tilnærminger38,39,40. Topp plukke gir kjemisk funksjoner med en måles nøyaktig masse og brukt kromatografiske tiden, samt masse spekteret av ion og brukt kromatografiske peak området. Denne informasjonen lagres vanligvis i en digital databaseformat for ytterligere behandling og filtrering, men dataene nestede og sammenhengende natur kan forstås konseptuelt (figur 5).
Funksjonslisten filtreres for forbindelser møte ett av flere kriterier kan velges for videre etterforskning. Den første og enkleste er filtrert etter masse feil (forskjellen mellom nøyaktig massen av en funksjon og dens nominell masse). PFAS forbindelser har negative masse feil (figur 6) på grunn av sin overvekt av fluor atomer og polyfluorinated forbindelser har positive, men betydelig mindre masse feil enn homologe organisk materiale31,34 . En annen metode filtrering trinn er å identifisere homologe serien inneholder gjentatt enheter vanlig PFAS arter, som CF2 eller CF2O. identifisere dette kan gjøres ved hjelp av Kendrick masse defekt tomter17,36, eller programvarepakker som R's nontarget pakke35 (figur 7).
Etter filtrering, tildeling av kjemiske identitet på shortlist av svært ulikt observert og/eller foreløpig per / polyfluorinated arter kan begynne. Nøyaktig masse gir en relativt liten liste over potensielle kjemiske formler for samsvarende men er tilstrekkelig for identifikasjon uten tilsetning av spectral matchende isotop mønstret på mass spekteret41. Fra høy oppløsning MS1 data er én eller flere mulige kjemiske formler matchet mot isotopanrikning fingeravtrykk av masse spekteret og scoret (Figur 8). Formler for samsvarende kan genereres ab initio gjennom en definert pool av atomer, eller kan være Hentet fra en kombinasjon av litteratur forbindelser og innholdet i én eller flere databaser. OSS EPA kjemi dashbordet (https://comptox.epa.gov/dashboard/) vertene en liste over PFAS forbindelser identifisert av byrået, samt viser kompilert av andre organisasjoner som NORMAN nettverk42.
Kjemiske formler kan bekreftes, og noen strukturinformasjon kan være fått fra MS-/ MS spectra (figur 9). Kandidaten strukturer er tilgjengelig fra store kjemiske databaser som EPA kjemi dashboard, Pubchem, CAS registret, etc. Anslått spectra kan genereres eller anskaffes ved hjelp av en rekke fragmentering programmer og tilordnet,43 eller MS-/ MS spectra kan tolkes manuelt.
Et eksempel data matrix er tilgjengelig i tilleggsinformasjon som inneholder en hele funksjonen matrise fra ti prøver (5 oppstrøms, 5 nedstrøms) samlet oppstrøms og nedstrøms for en fluorochemical kilde. Hver rad representerer en kjemisk funksjon med tilknyttede oppbevaringsperioden, nøytral masse, masse spektrum og rå overflod for hvert utvalg. (Tilleggstabellen ark 1). Innledende filtrering (Tilleggstabellen, ark 2) for negative masse feil og statistisk betydning i en kort t-test mellom oppstrøms og nedstrøms reduserer antall "interessant" kjemiske funksjoner til ~ 120. Anslått kjemiske formler var Hentet fra Agilent IDBrowser og søkte mot EPA Comptox kjemikalier dashbordet, som returnerte mulig kamper (Tilleggstabellen, ark 3). "Topp-hit" for hver kjemisk formel basert på data kilder37 ble tildelt (Tilleggstabellen, ark 4). Vær oppmerksom på at mer enn halvparten av de gjenværende funksjonene ikke har høy kvalitet kamper. Identifiserte funksjoner med ingen treff kan skyldes i kildekode fragmentering/adduct formasjon, dårlig formel tildelingen, eller identifikasjon av PFASs finnes ikke i kildedatabasen. Tolkningen av de rå spectra for å validere tildelinger er utenfor omfanget av dette manuskriptet men mer informasjon finnes i den arbeider sitert15,30,31,44, 45.
| ID | Eksempel navn | Eksempel Type | STD Kons | Medisinglass | LC-metoden | MS metode |
| 1 | DB_001 | Tomme | 1:A, 1 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 2 | DB_002 | Tomme | 1:A, 1 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 3 | DB_003 | Tomme | 1:A, 1 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 4 | DB_004 | Tomme | 1:A, 1 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 5 | DB_005 | Tomme | 1:A, 1 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 6 | FB | Tomme | 1:A, 2 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 7 | 10 std | Standard | 10 | 1:A, 3 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 8 | 25 std | Standard | 25 | 1:A, 4 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 9 | 50 std | Standard | 50 | 1:A, 5 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 10 | 100 std | Standard | 100 | 1:A, 6 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 11 | 250 std | Standard | 250 | 1:A, 7 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 12 | 500 std | Standard | 500 | 1:A, 8 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 13 | 750 std | Standard | 750 | 1:B, 1 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 14 | 1000 std | Standard | 1000 | 1:B, 2 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 15 | DB_006 | Tomme | 1:B, 3 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 16 | SB_DUP1 | Analytt | 1:B, 4 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 17 | SB_DUP2 | Analytt | 1:B, 5 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 18 | SW området 03 | Analytt | 1:B, 6 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 19 | SW området 16 | Analytt | 1:B, 7 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 20 | SW-område 30 | Analytt | 1:B, 8 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 21 | DB_007 | Analytt | 1:C, 1 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 22 | SW området 19 | Analytt | 1:C, 2 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 23 | SW området 48 | Analytt | 1:C, 3 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 24 | SW området 49 | Analytt | 1:C, 4 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 25 | SW området 05 | Analytt | 1:C, 5 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 26 | SW området 47 | Tomme | 1:C, 6 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 27 | DB_008 | Analytt | 1:C, 7 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 28 | SW-nettstedet 19_DUP | Analytt | 1:C, 8 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 29 | SW-område 20 | Analytt | 1:D, 1 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 30 | SW området 21 | Analytt | 1:D, 2 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 31 | SW området 46 | Analytt | 1:D, 3 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 32 | SW området 47 | Analytt | 1:D, 4 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 33 | DB_009 | Tomme | 1:D, 5 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 28 | SW-område 32 | Analytt | 1:D, 6 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 29 | SW området 50 | Analytt | 1:D, 7 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 30 | SW-området 25 | Analytt | 1:D, 8 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 31 | SW-nettstedet 21_DUP | Analytt | 1:E, 1 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 32 | SW området 52 | Analytt | 1:E, 2 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 33 | DB_010 | Tomme | 1:E, 3 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 34 | FB | Tomme | 1:A, 2 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 35 | 10 std | Standard | 10 | 1:A, 3 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 36 | 25 std | Standard | 25 | 1:A, 4 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 37 | 50 std | Standard | 50 | 1:A, 5 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 38 | 100 std | Standard | 100 | 1:A, 6 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 39 | 250 std | Standard | 250 | 1:A, 7 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 40 | 500 std | Standard | 500 | 1:A, 8 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 41 | 750 std | Standard | 750 | 1:B, 1 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 42 | 1000 std | Standard | 1000 | 1:B, 2 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 43 | DB_011 | Tomme | 1:B, 2 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 44 | DB_012 | Tomme | 1:E, 4 | PFAS grad 400uL/min - 9 min kjøre | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
Tabell 1: Eksempel worklist for målrettet analyse og kvantifisering av PFAS ved hjelp av LC--MS-/ MS
| Tid (min) 0 |
% A (2,5 mM Ammonium Acetate på 5% MeOH) 90 |
% B (2,5 mM Ammonium Acetate på 95% MeOH) 10 |
| 5 | 15 | 85 |
| 5.1 | 0 | 100 |
| 7 | 0 | 100 |
| 7.1 | 90 | 10 |
| 9 | 90 | 10 |
Tabell 2: Eksempel gradering for LC separasjon i målrettede analyse
| Capilary spenning (kv) | 1.97 |
| Kjegle spenning (V) | 15 |
| Extractor spenning (V) | 3 |
| RF linse (V) | 0,3 |
| Kilde Temp | 150 |
| Desolvation Temp | 40 |
| Desolvation gasstrømmen (L/t) | 300 |
| Kjegle gasstrømmen (L/t) | 2 |
Tabell 3: Ionisering kilde parametere for målrettet analyse
| CMP | Forløper | Produkt | Holdetiden | Kjegle spenning (V) | Kollisjon energi (eV) |
| PFBA | 212.80 | 168.75 | 0,01 | 15 | 10 |
| 13C 4-PFBA ER | 216.80 | 171.75 | 0,01 | 15 | 10 |
| PFPeA | 262.85 | 218.75 | 0,01 | 15 | 9 |
| PFBS ° 1 | 298.70 | 79.90 | 0,01 | 40 | 30 |
| PFBS ° 2 | 298.70 | 98.80 | 0,01 | 40 | 28 |
| PFHxA ° 1 | 312.70 | 118.70 | 0,01 | 13 | 21 |
| PFHxA ° 2 | 312.70 | 268.70 | 0,01 | 13 | 10 |
| 13C 2-PFHxA er | 314.75 | 269.75 | 0,01 | 13 | 9 |
| HFPO-DA 1° | 329.16 | 168.90 | 0,01 | 10 | 12 |
| HFPO-DA 2° | 329.16 | 284.90 | 0,01 | 10 | 6 |
| HFPO-DA ER 1° | 332.16 | 168.90 | 0,01 | 10 | 12 |
| HFPO-DA ER 2° | 332.16 | 286.90 | 0,01 | 10 | 6 |
| PFHpA ° 1 | 362.65 | 168.65 | 0,01 | 14 | 17 |
| PFHpA ° 2 | 362.65 | 318.70 | 0,01 | 14 | 10 |
| PFHxS ° 1 | 398.65 | 79.90 | 0,01 | 50 | 38 |
| PFHxS ° 2 | 398.65 | 98.80 | 0,01 | 50 | 32 |
| 13C 4-PFHxS er | 402.65 | 83.90 | 0,01 | 50 | 38 |
| PFOA ° 1 | 412.60 | 168.70 | 0,01 | 15 | 18 |
| PFOA ° 2 | 412.60 | 368.65 | 0,01 | 15 | 11 |
| 13C 4-PFOA ER | 416.75 | 371.70 | 0,01 | 15 | 11 |
| PFNA ° 1 | 462.60 | 218.75 | 0,01 | 15 | 17 |
| PFNA ° 2 | 462.60 | 418.60 | 0,01 | 15 | 11 |
| PFNA ER | 467.60 | 422.60 | 0,01 | 15 | 11 |
| PFOS ° 1 | 498.65 | 79.90 | 0,01 | 60 | 48 |
| PFOS ° 2 | 498.65 | 98.80 | 0,01 | 60 | 38 |
| 13C 4-PFOS ER | 502.60 | 79.70 | 0,01 | 60 | 48 |
| PFDA ° 1 | 512.60 | 218.75 | 0,01 | 16 | 18 |
| PFDA ° 2 | 512.60 | 468.55 | 0,01 | 16 | 12 |
| 13C 2 - ER PFDA | 514.60 | 469.55 | 0,01 | 16 | 12 |
Tabell 4: Eksempel overgangen tabellen og MS-/ MS parametere for innholdet i PFAC-MXA, sammen med HFPO-DA
| Tid (min) |
% A (2,5 mM Ammonium Acetate på 5% MeOH) |
% B (2,5 mM Ammonium Acetate på 95% MeOH) |
| 0 | 90 | 10 |
| 0,5 | 90 | 10 |
| 3 | 50 | 50 |
| 3.5 | 50 | 50 |
| 5.5 | 40 | 60 |
| 6 | 40 | 60 |
| 7 | 0 | 100 |
| 11 | 0 | 100 |
Tabell 5: Eksempel gradering for LC separasjon i ikke-målrettede analyse
| Profinder Parameter | Innstillingsverdi |
| Utvinning topp høyde Filter | 800 teller |
| Tillatte Ion(s) | -H / + H |
| Funksjonen utvinning isotop modell | Vanlige organiske molekyler |
| Tillatte kostnader stater | 2 - Jan |
| Sammensatte Ion teller terskel | To eller flere ioner |
| Justering RT toleranse | 0.40 min + 0,0% |
| Justering masse toleranse | 20.00 ppm + 2.0mDa |
| Etterbehandling absolutte høyden Filter | > = 10000 teller i ett utvalg |
| Etterbehandling MFE Score Filter | > = 75 i ett eksempel |
| Topp integrering algoritme | Smidig 2 |
| Topp integrering høyde Filter | > = 5000 teller |
| Finn av Ion absolutte høyden Filter | > = 7500 teller i ett utvalg |
| Finn av Ion Score Filter | > = 50,00 i ett eksempel |
Tabell 6: Molekylære funksjonen utvinning og justering innstillinger for Profinder programvare. Alle unoterte verdier beholdt standardinnstillingene for databehandling.
| Ion overflod terskel | Funksjonen terskler | Gjenskape terskelen (n = 5) | Kjøretid | Funksjoner | Pass Repliker terskel | Sende CV terskel | Funksjoner som 90% av TIC |
| 1 x S/N | 2000 | Ingen | 8.15 | 987 | 505 | 421 | 91 |
| 2 x S/N | 5000 | Ingen | 5.02 | 707 | 357 | 313 | 93 |
| 3 x S/N | 10000 | Ingen | 2.3 | 308 | 249 | 230 | 93 |
| 1 x S/N | 2000 | 100% | 3.3 | 603 | 339 | 297 | 92 |
| 2 x S/N | 35000 | 100% | 1.58 | 310 | 248 | 229 | 93 |
| 3 x S/N | 10000 | 100% | 1.45 | 202 | 190 | 182 | 92 |
Tabell 7: Sammenligning av prøven behandlingstid og kjemiske funksjonen identifikasjonene for ulike funksjonen utvinning terskler.
Figur 1 : Totalt ion chromatogram og utdraget ion chromatograms for et delsett av perfluorinated ether. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2 : Representant kalibrering kurver for forbindelser demonstrere synkende kvaliteten på analytisk kurve konstruksjon. Venstre-panelet angir en høykvalitets kalibrering; Midtre panelet angir en sammensatt med dårlig presisjon over forberedelse duplikater, spesielt i de høyere konsentrasjonene; Høyre-panelet angir en kurve med dårlig presisjon og en lav lineær dynamisk område, resulterer i flat respons på den høye enden av fjellkjeden kalibrering og ingen detectable signal på den nedre enden. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3 : Kledde totale ion chromatograms (TIC) for overflatevann ekstrakter samlet oppstrøms og nedstrøms et fluorochemical produksjonsområde. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4 : Utdraget ion chromatograms (EIC) for alle identifisert kjemiske funksjoner fra et overflatevann utvalg som inneholder flere fluorochemical klasser. Hver kjemisk er en annen farge for differensiering. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5 : Begrepsmessig diagrammet med rå og forventet for en kjemisk funksjon identifisert som hexafluoropropylene oksid dimer syre (HFPO-DA). Kjemisk funksjoner er Hentet fra programvare utvinning av rådata fra MS målinger og inneholder brukt kromatografiske (f.eks oppbevaring tid (RT)) og masse massespektrometri informasjon. Anslått formel, struktur og kjemiske identiteter genereres fra rå måledata for hver funksjon. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 6 : Masse defekt tomten for kjemiske funksjoner i en produksjon outfall (rød, venstre) og referanse overflatevann (blå, rett). Fluorholdige forbindelser falle i nærheten og under den stiplede null. Merk vedvarende PFOA/PFOS serien i bakgrunnen overflatevann utvalget (høyre). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 7 : Masse vs masse defekt tomten for uidentifisert kjemiske funksjoner fra et overflatevann utvalg med homologe serien identifisert og merket av den nontarget R-pakke. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 8 : Mass spekteret av en ukjent kjemiske funksjoner med forventet isotopanrikning intensiteter av tre mulige kjemiske formelen med den samme monoisotopic Mass Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 9 : Fragmentering spekteret av en perfluorinated Eter forbindelse med kommenterte fragment topper. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 10 : Grafisk representasjon av filtrering terskler. Fra venstre til høyre, ion overflod terskelen for kjemiske funksjonen masse spectra, funksjon overflod terskelen for utdraget brukt kromatografiske funksjoner, og gjenskape terskelen for funksjonen oppdagelsen frekvens i et tre eksemplarer injeksjon eksperiment. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Discussion
Eksempel håndtering og forberedelse
Inkludering av referanse/pigg standarder er av overordnet betydning for noen målrettede analyse, som de gir en backstop for avmerker analytisk gyldighet. Mangel på QC prøver hindrer vurdere nøyaktigheten av resultatene; allestedsnærværende natur fluorochemicals betyr at sjansen forurensning av feltet prøver, behandling materialer eller LC-MS systemet er ikke uvanlig og må regnskapsføres. Videre det gir mulighet for validering av protokollen uansett variasjon i daglige prøven behandling, som mange av disse trinnene kan være svært variabel, spesielt SPE og prøve konsentrasjon skritt. Utvinning av både eldre og romanen perfluorinated kjemikalier kan være sterkt påvirket av valg av stasjonære fase for konsentrasjon og komponenter i kilde utvalgene, for eksempel pH og saltholdighet46. Påvirkning av prøven forholdene anses Hvis bestemte klasser av pefluorinated kjemikalier av interesse. Alternative eksempel forberedelse ordninger for vann ekstrakter kan brukes hvis laboratorium er tilgjengelig og nedstrøms dataanalyse forblir lignende.
Målrettet dataanalyse
For forbindelser med tilgjengelig standarder og matchet, stabil isotop merket interne standarder, de primære sakene for dataanalyse er instrumental og fastsetting av metoden oppdagelsen grenser og passende rapportering områder kan bestemmes på en laboratoriet-av-laboratoriet basis benytter standard tilnærminger, som signal til støyforhold fra lavnivå standard toppene47. I fravær av matchet interne standarder feil fra matrix effekter kan oppstå, og nøyaktig tilbake-anslag av piggete prøver kan brukes til å anslå nøyaktigheten av målene. Når mangler standarder for å forberede en kurve, et kvantitativt overslag av en ukjent kan gjøres ved å behandle det likt til en jevn standard sammensatte, men feil i estimatet er på 10 + brett med begrenset evne å kvantifisere usikkerheten, se McCord og Newton Strynar21. I disse tilfellene trenddata kan fortsatt bli samlet, men konsentrasjon er svært lite troverdige.
Ikke-målrettede dataanalyse
Topp plukke innstillinger har en betydelig innvirkning på antall kjemiske funksjoner identifisert, men kvaliteten på funksjonen utvalget er også sterkt påvirket. Vedtak interessepunkter i topp plukke er 1) intensiteten av personlige massene skal inkluderes i spectra, ion overflod terskelen 2) intensiteten av utdraget chromatogram topper vurderes funksjoner, funksjon overflod terskelen 3) funksjonen gjenkjenning frekvens, Repliker terskelen og 4) analytisk variasjon, CV terskelen (Figur 10).
Setter urealistisk lave terskler for topp plukke resultater i en eksponentielle økning i testtiden løse tilleggsfunksjoner stadig lav overflod (Tabell 7). Ion-overflod terskelen filtrene masse spectral funksjoner hvor nok av personlige isotop krillens ikke passerer terskelen. Ideelt velger bare for funksjoner med kvalitet MS spectra, de er virkelig kjemiske funksjoner i stedet for instrumental støy, og tillate formel prediksjon nedstrøms behandling. En riktig terskelen basert på instrumental støy, ideelt minst 3 x støy terskelen for MS1 skanner. Funksjon overflod terskelen filtrerer kjemiske funksjoner basert på intensitet eller området av funksjonen brukt kromatografiske utdraget. Dette trinnet kan avvisning av lav overflod topper, som er vanligvis brukt kromatografiske kvalitet, har høy avvik eller er et resultat av andre dårlig programvare extraction. En riktig terskelen må bestemmes per eksperimentet, og matrise basert på et akseptabelt nivå av dårlig funksjonen generasjon (f.eks funksjoner under terskelen utstillingen uakseptabelt dårlig kromatografi). Videre kan analytisk QC brukes å avvise funksjoner på brukt kromatografiske basert på inkonsekvent identifikasjon i analytisk og/eller forberedende replikat (Repliker terskel) eller basert på dårlig reproduserbarhet replikat (CV terskel). Riktig nivå, avhenger av kvaliteten på topp integrering programvaren brukes og kjemiske enhetene under etterforskning. Vannløselige perfluorinated forbindelser og lett optimalisert integrering protokoller, funksjoner bør identifiseres i 80 + % av analytiske replikerer og CVs forventes å falle under 30%, som beskrevet i avsnittet metoder.
Toppene oppdaget fra ikke-målrettede analyse gir ikke kvantitative beregninger av konsentrasjonen av materialene oppdaget. Videre identiteten til sann ukjente kan være vanskelig å bekrefte fordi romanen forbindelser er fraværende fra offentlig tilgjengelige databaser. Romanen strukturelle besluttsomhet krever omfattende analyse med flere metoder og krever kompetanse i både massespektrometri og kjemi. Normalisere peak områdene kjemiske funksjoner kan imidlertid gi semi kvantitative beregninger av konsentrasjoner av ukjente fra kjente arter21. Hvis konsekvent prøvetaking og forberedelsene er ansatt, kan trend tidsinformasjon for individuelle arter genereres for å overvåke utholdenhet av en kjemisk i fremtiden som svaret for en individuelle arter skal være konsekvent sperring store variasjoner i matrix21.
Hovedfordelen ved denne metoden er utvidelsesmuligheter for prøve behandling å tillate både målrettet og nontargeted. Mens målrettede analyse gir tilsvarende eller bedre kvantitativ informasjon, mangler det sterkt bredden av analyse ønsket når du arbeider med nye og kommende materialer, samt deres forhold til matrix materialer. Bruke en målrettet metodikk, eller selv en mistenkt screening metode basert på kjente materialer og begrenset databaser er helt blind for tidligere ubemerket arter, selv om de har vesentlige helseeffekter. Programvaren forbedrer og databaser blir mer robust, vil nøyaktigheten av ukjent ID fortsette å øke, med en samtidig nedgang i gang investering og kompetanse nødvendig å analysere flerdimensjonale dataene denne tilnærming. Data som er generert for tiden er likevel betydelig fremtidig verdi fordi data bank gir innlegg-hoc analyse med nyutviklede programvaren og muliggjør sammenlikning på tvers tid selv om identiteten til en oppdaget sammensatte er foreløpig ukjent.
Disclosures
Forfatterne ikke avsløre.
Acknowledgments
US Environmental Protection Agency, gjennom Office for forskning og utvikling, finansiert og klarte forskning beskrevet her. Dette dokumentet har blitt vurdert av US Environmental Protection Agency, Office for forskning og utvikling, og godkjent for publisering. Synspunktene til uttrykk i denne artikkelen er de av forfatterne, og nødvendigvis representerer ikke synspunkter eller politikken av det amerikanske Environmental Protection Agency. Denne forskningen var støttes delvis av en avtale i postdoktor forskning programmet ved det nasjonale eksponering forskningslaboratorium administrert av Oak Ridge Institutt for vitenskap og utdanning gjennom Interagency avtalen DW89992431601 mellom det US Department of Energy og US Environmental Protection Agency.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Acqity ultra-high performance liquid chromatography system | Waters Corporation | Modified with PFCs analysis kit (176001744); equivalent UPLC system is acceptible if PFAS background is checked and confirmed to be low | |
| Ammonium acetate | Fluka | 17836 | Mass spectrometry grade >99% pure |
| Ammonium Hydroxide | Sigma-Aldrich | 338818 | |
| Balance | Mettler | AB204S | |
| BEH C18 reverse phase UPLC column, 2.1×50 mm, 1.7 μm | Waters Corporation | 186002350 | |
| Dual piston syringe pump | Waters Corporation | SPC10-C | |
| Glacial Acetic Acid | Sigma-Aldrich | ARK2183 | |
| Glass Microfiber Filters | Whatman | 1820-070 | |
| High density polyethelye sample bottle | Nalgene | 2189-0032 | |
| High Resolution Mass Spectrometer | Various | Mass Spectrometer should be capable of providing accurate mass to <10ppm and collecting MS/MS data. Agilent 6530 qTOF and Thermo Fisher Orbitrap Fusion were used in this work | |
| Methanol | Sigma-Aldrich | ||
| Nitric Acid (35% w/w) | Thermo Fisher Scientific | SVCN-5-1 | Can be prepared in house using concentrated nitric acid and reagent water |
| Polypropylene Buchner funnel | ACE Glass | 12557-09 | |
| Polypropylene cenitrfuge tube and cap | BD Falcon | 352096 | |
| Polypropylene Vacuum Flask (1 L) | Nalgene | DS4101-1000 | |
| Quattro Premier XE triple quadrupole mass spectrometer | Waters Corporation | Equivalent triple-quadrupole or better system can be used instead, should provide high sensitivity and stability for targeted analysis | |
| Reagent Water | Any source determined to be PFAS free | ||
| Sodium Acetate | Sigma-Aldrich | W302406 | |
| TurboVap nitrogen evaporator | Caliper Life Sciences | 103198 | Equivalent systems or rotary vacuum evaporator may be used instead |
| Weak anion exchange SPE cartridge (Oasis WAX Plus) | Waters Corporation | 186003519 | |
| Standard Solutions | |||
| 2,3,3,3-Tetrafluoro-2-(1,1,2,2,3,3,3-heptafluoropropoxy)propanoic acid (HFPO-DA) | Wellington | HFPO-DA | |
| Additional targeted compound standards of interest | to be determined based on preliminary analysis and standard availability | ||
| Mass labeled HFPO-DA | Wellington | M2HFPO-DA | |
| Native PFCA/PFAS Mixture (2 ug/mL) | Wellington | PFAC-MXA | or PFAC-MXB; or individually prepared mixture containing compounds of interest |
| Stable Isotope Labeled PFCA/PFAS Mixture (2 ug/mL) | Wellington | MPFAC-MXA | or MPFAC-MXB; or individually prepared mixture containing compounds of interest as appropriate for Native PFASs |
| Software | |||
| Mass Profiler Professional | Agilent | Or open source software packages | |
| Profinder | Agilent | Or open source software packages |
References
- Provisional Health Advisories for Perfluorooctanoic Acid (PFOA) and Perfluorooctane Sulfonate (PFOS). United States Environmental Protection Agency. , Washington, DC. (2009).
- Lifetime Health Advisories and Health Effects Support Documents for Perfluorooctanoic Acid and Perfluorooctane Sulfonate. United States Environmental Protection Agency. , Washington DC. 33250-33251 (2016).
- Fact Sheet: 2010/2015 PFOA Stewardship Program. , Available from: https://www.epa.gov/assessing-and-managing-chemicals-under-tsca/fact-sheet-20102015-pfoa-stewardship-program (2006).
- EPA and 3M Announce phase out of PFOS. Environmental Protection Agency. , Available from: https://yosemite.epa.gov/opa/admpress.nsf/0/33aa946e6cb11f35852568e1005246b4 (2000).
- Wang, Z., Cousins, I. T., Scheringer, M., Hungerbühler, K. Fluorinated alternatives to long-chain perfluoroalkyl carboxylic acids (PFCAs), perfluoroalkane sulfonic acids (PFSAs) and their potential precursors. Environment International. 60, 242 (2013).
- Scheringer, M., et al. Helsingør Statement on poly- and perfluorinated alkyl substances (PFASs). Chemosphere. 114, 337-339 (2014).
- Wang, Z., DeWitt, J. C., Higgins, C. P., Cousins, I. T. A Never-Ending Story of Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFASs). Environmental Science & Technology. 51 (5), 2508-2518 (2017).
- Xiao, F., Golovko, S. A., Golovko, M. Y. Identification of novel non-ionic, cationic, zwitterionic, and anionic polyfluoroalkyl substances using UPLC-TOF-MSE high-resolution parent ion search. Analytica Chimica Acta. 988, 41-49 (2017).
- Shoemaker, J., Grimmett, P., Boutin, B. Method 537. Determination of selected perfluorinated alkyl acids in drinking water by solid phase extraction and liquid chromatography/tandem mass spectrometry (LC/MS/MS). US Environmental Protection Agency. , Washington, DC. (2009).
- Poole, C. F., Gunatilleka, A. D., Sethuraman, R. Contributions of theory to method development in solid-phase extraction. Journal of Chromatography A. 885 (1), 17-39 (2000).
- Ahrens, L. Polyfluoroalkyl compounds in the aquatic environment: a review of their occurrence and fate. Journal of Environmental Monitoring. 13 (1), 20-31 (2011).
- Higgins, C. P., Field, J. A., Criddle, C. S., Luthy, R. G. Quantitative Determination of Perfluorochemicals in Sediments and Domestic Sludge. Environmental Science & Technology. 39 (11), 3946-3956 (2005).
- Szostek, B., Prickett, K. B., Buck, R. C. Determination of fluorotelomer alcohols by liquid chromatography/tandem mass spectrometry in water. Rapid Communications in Mass Spectrometry. 20 (19), 2837-2844 (2006).
- Alzaga, R., Bayona, J. M. Determination of perfluorocarboxylic acids in aqueous matrices by ion-pair solid-phase microextraction-in-port derivatization-gas chromatography-negative ion chemical ionization mass spectrometry. Journal of Chromatography A. 1042 (1-2), 155-162 (2004).
- Schaider, L. A., et al. Fluorinated Compounds in U.S. Fast Food Packaging. Environmental Science & Technology Letters. 4 (3), 105-111 (2017).
- Lindstrom, A. B., Strynar, M. J., Libelo, E. L. Polyfluorinated Compounds: Past, Present, and Future. Environmental Science & Technology. 45 (19), 7954 (2011).
- Liu, Y., Pereira, A. D. S., Martin, J. W. Discovery of C5-C17 Poly-and Perfluoroalkyl Substances in Water by In-Line SPE-HPLC-Orbitrap with In-Source Fragmentation Flagging. Analytical Chemistry. 87 (8), 4260 (2015).
- Backe, W. J., Day, T. C., Field, J. A. Zwitterionic, Cationic, and Anionic Fluorinated Chemicals in Aqueous Film Forming Foam Formulations and Groundwater from U.S. Military Bases by Nonaqueous Large-Volume Injection HPLC-MS/MS. Environmental Science & Technology. 47 (10), 5226-5234 (2013).
- Mazzoni, M., Rusconi, M., Valsecchi, S., Martins, C. P. B., Polesello, S. An on-line solid phase extraction-liquid chromatography-tandem mass spectrometry method for the determination of perfluoroalkyl acids in drinking and surface waters. Journal of Analytical Methods in Chemistry. 2015, 942016 (2015).
- Li, F., et al. Method development for analysis of short- and long-chain perfluorinated acids in solid matrices. International Journal of Environmental Analytical Chemistry. 91 (12), 1117-1134 (2011).
- McCord, J., Newton, S., Strynar, M. Validation of quantitative measurements and semi-quantitative estimates of emerging perfluoroethercarboxylic acids (PFECAs) and hexfluoroprolyene oxide acids (HFPOAs). J Chromatoqr A. , (2018).
- Wang, Y., Liu, S., Hu, Y., Li, P., Wan, J. -B. Current state of the art of mass spectrometry-based metabolomics studies - a review focusing on wide coverage, high throughput and easy identification. RSC Advances. 5 (96), 78728-78737 (2015).
- Cajka, T., Fiehn, O. Toward Merging Untargeted and Targeted Methods in Mass Spectrometry-Based Metabolomics and Lipidomics. Analytical Chemistry. 88 (1), 524-545 (2016).
- Mann, M., Kelleher, N. L. Precision proteomics: The case for high resolution and high mass accuracy. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (47), 18132-18138 (2008).
- Sobus, J. R., et al. Integrating tools for non-targeted analysis research and chemical safety evaluations at the US EPA. Journal of Exposure Science & Environmental Epidemiology. , (2017).
- Bletsou, A. A., Jeon, J., Hollender, J., Archontaki, E., Thomaidis, N. S. Targeted and non-targeted liquid chromatography-mass spectrometric workflows for identification of transformation products of emerging pollutants in the aquatic environment. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 66, 32-44 (2015).
- Viant, M. R., Sommer, U. Mass spectrometry based environmental metabolomics: a primer and review. Metabolomics. 9 (1), 144-158 (2013).
- Xiao, F. Emerging poly- and perfluoroalkyl substances in the aquatic environment: A review of current literature. Water Research. 124, 482-495 (2017).
- Nakayama, S. F., Strynar, M. J., Reiner, J. L., Delinsky, A. D., Lindstrom, A. B. Determination of perfluorinated compounds in the Upper Mississippi River Basin. Environmental Science & Technology. 44 (11), 4103 (2010).
- Strynar, M., et al. Identification of novel perfluoroalkyl ether carboxylic acids (PFECAs) and sulfonic acids (PFESAs) in natural waters using accurate mass time-of-flight mass spectrometry (TOFMS). Environmental Science & Technology. 49 (19), 11622 (2015).
- Newton, S., et al. Novel Polyfluorinated Compounds Identified Using High Resolution Mass Spectrometry Downstream of Manufacturing Facilities near Decatur, Alabama. Environmental Science & Technology. 51 (3), 1544-1552 (2017).
- Forsberg, E. M., et al. Data processing, multi-omic pathway mapping, and metabolite activity analysis using XCMS Online. Nature Protocols. 13, 633 (2018).
- Sturm, M., et al. OpenMS - An open-source software framework for mass spectrometry. BMC Bioinformatics. 9 (1), 163 (2008).
- Kind, T., Fiehn, O. Seven Golden Rules for heuristic filtering of molecular formulas obtained by accurate mass spectrometry. BMC Bioinformatics. 8, 105-105 (2007).
- Loos, M., Singer, H. Nontargeted homologue series extraction from hyphenated high resolution mass spectrometry data. Journal of Cheminformatics. 9, 12 (2017).
- Dimzon, I. K., et al. High Resolution Mass Spectrometry of Polyfluorinated Polyether-Based Formulation. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 27, 309 (2016).
- McEachran, A. D., Sobus, J. R., Williams, A. J. Identifying known unknowns using the US EPA's CompTox Chemistry Dashboard. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 409 (7), 1729-1735 (2017).
- French, W. R., et al. Wavelet-Based Peak Detection and a New Charge Inference Procedure for MS/MS Implemented in ProteoWizard's msConvert. Journal of Proteome Research. 14 (2), 1299-1307 (2015).
- Tautenhahn, R., Böttcher, C., Neumann, S. Highly sensitive feature detection for high resolution LC/MS. BMC Bioinformatics. 9, 504 (2008).
- Rafiei, A., Sleno, L. Comparison of peak-picking workflows for untargeted liquid chromatography/high-resolution mass spectrometry metabolomics data analysis. Rapid Communications in Mass Spectrometry. 29 (1), 119-127 (2015).
- Kind, T., Fiehn, O. Metabolomic database annotations via query of elemental compositions: Mass accuracy is insufficient even at less than 1 ppm. BMC Bioinformatics. 7, 234-234 (2006).
- Brack, W., Dulio, V., Slobodnik, J. The NORMAN Network and its activities on emerging environmental substances with a focus on effect-directed analysis of complex environmental contamination. Environmental Sciences Europe. 24 (1), 29 (2012).
- Blaženović, I., et al. Comprehensive comparison of in silico MS/MS fragmentation tools of the CASMI contest: database boosting is needed to achieve 93% accuracy. Journal of Cheminformatics. 9, 32 (2017).
- Rager, J. E., et al. Linking high resolution mass spectrometry data with exposure and toxicity forecasts to advance high-throughput environmental monitoring. Environment International. 88, Supplement C 269-280 (2016).
- Munoz, G., et al. Environmental Occurrence of Perfluoroalkyl Acids and Novel Fluorotelomer Surfactants in the Freshwater Fish Catostomus commersonii and Sediments Following Firefighting Foam Deployment at the Lac-Mégantic Railway Accident. Environmental Science & Technology. 51 (3), 1231-1240 (2017).
- Brumovský, M., Bečanová, J., Karásková, P., Nizzetto, L. Retention performance of three widely used SPE sorbents for the extraction of perfluoroalkyl substances from seawater. Chemosphere. 193, 259-269 (2018).
- Definition, Definition and Procedure for the Determination of the Method Detection Limit (Revision 2). Environmental Protection Agency. , Federal Regester (2016).
