Summary
Här presenterar vi ett protokoll för sekventiell riktade kvantifiering och icke-riktad analys av fluorerade föreningar i vatten av masspektrometri. Denna metod ger kvantitativa nivåer av kända fluorochemical föreningar och identifierar okända kemikalier i relaterade prover med semi kvantitativa uppskattningar av sitt överflöd.
Abstract
Historiska och framväxande per- och polyfluoroalkyl ämnen (PFASs) har rönt stort intresse från de allmänheten och myndigheterna från lokal till federala nivåer. Den fortsatta utvecklingen av PFSS kemier utmaning en till den miljöövervakning, där pågående utveckling av riktade metoder nödvändigtvis släpar upptäckten av nya kemiska föreningar. Det finns ett behov, därför att ha framåtblickande metoder som kan upptäcka nya och oväntade föreningar, övervaka dessa arter över tiden och lösa Detaljer för deras kemiska strukturen för att möjliggöra framtida arbete i människors hälsa. För detta ändamål icke öronmärkt analys av högupplösande masspektrometri erbjuder en bred bas upptäckt förhållningssätt som kan kombineras med nästan någon stickprovsundersökning för förberedelse och ger betydande kapacitet för sammansatta identifiering efter upptäckt. Häri, vi beskriver en fasta fasen extraktion (SPE) baserat urval koncentration metod anpassad för kortare kedja och mer hydrofil PFSS kemiska sammansättningar, såsom per fluorerade eter syror och perfluoroktansulfonat, och beskriver analys av prover som tillagas på detta sätt i både riktade och icke öronmärkt lägen. Riktade metoder ger överlägsen kvantifiering när referensstandarder finns men är egensäkra begränsade till förväntade föreningar när du utför analys. Däremot kan en icke-riktad strategi identifiera förekomsten av oväntade föreningar och ge viss information om deras kemiska struktur. Information om kemiska funktioner kan användas för att korrelera föreningar över provet platser och spåra överflöd och förekomst över tid.
Introduction
Klassen för per- och polyfluoroalkyl ämnen (PFASs) är långlivade organiska föroreningar med betydande folkhälsoproblem. De specifika föreningar perfluoroktansyra syra (PFOA) och perfluorooctanesulfonate (PFOS) har dricksvatten hälsa rådgivande nivåer av EPA1,2 och deras stora amerikanska produktionen upphörde i 2000-talet3,4 . För att få en betydande förståelse för egenskaperna för PFSS har material i textil- och konsumenten produkten tillverkning sfärer, hundratals, om inte tusentals, alternativa PFSS kemier utvecklats för att fylla produktnischer, inklusive ersättare för den föråldrade föreningar5,6,7,8. Det finns en pågående behöver övervaka de miljömässiga nivåerna av rak kedja perfluorerade karboxylsyror och sulfonates sådan PFOS, PFOA och deras relaterade homologa serier, men nya kemiska föreningar omfattas inte av etablerade metoder såsom EPA Metoden 5379 och ofta saknar analytiska standarder för traditionella riktad analys. Avsikten med detta protokoll är således två gånger. Det ger en väg för den riktade LC-MS/MS-analysen av fluorochemical arter i vatten där det finns analytiska standarder och detaljer en sömlös integrering av en icke öronmärkt, högupplösta mass spectrometry-baserade strategi för dataanalys som gör det möjligt för detektion av okänd eller oväntade föreningar i samma prover.
Fasta fasen extraktion (SPE) är en etablerad teknik för provet sanering och koncentration med tillämpningar inom många analyter och prov matriser10,11. För PFSS analys, flera solid glans faser inklusive icke-polära, functionalized polar och jonbyte kolumner har använts i olika utsträckning för underklasser av fluorerade arter i en mängd olika matriser9,12, 13,14,15,16. Framsteg inom SPE provanalys använda on-line uppställningar kraftigt öka genomströmningen av strategi och förbättra reproducerbarheten för provhantering, men den grundläggande processen förblir konsekvent17. Vissa ansträngningar för att ta bort offline koncentrationen av SPE med stor volym injektioner har också genomförts, men dessa kräver ändringar i kromatografi att placerar dem utanför sfären av casual analys18,19 . Vår provanalys använder en polymera svag anjon exchange (vax) glans fas att noggrant skilja sura PFSS material från de traditionella organiska föroreningarna samtidigt uppnå betydande provets koncentration faktorer. Detta vax fas är viktigt att fånga kort kedja perfluorerade syror såsom perfluorobutane sulfonat (PFBS) eller perfluorerade etrar såsom hexafluoropropylene oxid dimer syra (HFPO-DA) som är mer polära än den längre kedja äldre perfluorerade arter20,21. Som det har skett en betydande förskjutning mot kortare fluorerade kedjor och eter integration i senaste PFSS kemi5, möjliggör denna fas urval grundligare återvinning av nya föreningar för MS analys.
Riktade LC-MS/MS kvantitering autentiserade standarder och stabil isotop märkt interna standarder ger en oöverträffad nivå av specificitet och känslighet för kvantitativ analys. Medan detta tillvägagångssätt är önskvärt i många situationer, är det opraktiskt för all alltför vanliga situationer i analysen. Målinriktade strategier fungerar endast för arter som förväntas i provet, och för vilka metoder har tidigare fastställts. För nya och framväxande föreningar, detta tillvägagångssätt är oförmögen att ens upptäcka arter som kan vara av intresse, oavsett deras kemi eller koncentration, och lågupplösta masspektrometrar är nästan oförmögna att tillhandahålla tillräcklig information för att entydig kemisk tilldelningar av okänd föreningar. Följaktligen, fältet av icke-riktad analys har uppstått, utnyttja kraften hos högupplösta moderna masspektrometrar att analysera prover utan en förutfattade hypotes och retroaktivt tilldela kemikalier till påvisbara funktioner i provet. Detta tillvägagångssätt har använts i stor utsträckning inom områdena biologi22,23,24 och miljövetenskap25,26,27 på många klasser av kemikalier. Perfluorerade ämnen är särskilt enkla att identifiera i denna metod på grund av deras unika massa spektrala mönster och hundratals föreningar har beskrivits i bara tidigare några år5,28.
Det protokoll som diskuteras här är avsedd att anpassa riktade LC-MS/MS PFSS kvantitering med behovet av att identifiera och övervaka semi kvantitativt framväxande föreningar av intresse. Fasen SPE urval och provberedningstekniker är avsedda att säkerställa tillfångatagandet av mer hydrofil framväxande PFSS syror från vatten och kan vara mindre lämpade för längre kedja polymera arter och icke-joniska arter. Ytterligare, de data som genereras av icke-riktad analys är tät och av hög dimensionalitet, som kräver användning av data analysprogram. Sådan programvarupaket är ofta leverantörsspecifik och kräver modifiering för att fungera mellan instrumentet plattformar. Om möjligt analysprocessen har beskrivits på ett generiskt sätt och öppen källkod/freeware alternativ refereras, men effektiviteten och precisionen av någon programvara strategi måste bedömas på individuell basis.
Protocol
1. insamling av vattenprover
- Beredning av PFSS Standard bestånd
- Förbereda en PFSS standard blandning i metanol som innehåller någon riktade föreningar av intresse (t.ex. PFOA, PFOS, HFPO-DA) på 1 ng/µL. Detta är infödda PFSS blandningen. Kommersiellt beredd blandningar finns också (dvs. PFAC Mix A och Mix B).
- Förbereda en standard blandning som innehåller matchade stabil isotop märkt (SIL) PFSS föreningar (t.ex. 13C4- PFOA, 13C8- PFOS, 13C3- HFPO-DA) 1 ng/µL. Detta är är PFSS blandningen. Kommersiellt beredd blandningar finns också (dvs. MPAFC Mix A och Mix B).
Obs: Om en SIL version av den riktade PFSS är tillgänglig, ett surrogat med liknande struktur och kedja längd kan användas (t.ex. 13C2- PFHxA för HFPO-DA)
- Förberedelse av fältet tomt (FB), Spike tomt (SB) prover
- Fyll två, ren högdensitets polypropylen (HDPE) eller polypropen (PP) flaskor med 1 000 mL laboratorium avjoniserat (DI) vatten, kända för att vara PFSS gratis.
FÖRSIKTIGHET: PFSS material ofta har odefinierade toxicitet och/eller karcinogenicitet. Försiktighet bör iakttas att undvika muntliga eller hud exponering för standarder eller stamlösningar. - Lägga till en mängd av PFSS standard blandning i en av flaskorna med en slutlig koncentration som motsvarar de beräknade prov koncentrationerna (t.ex. 100 ng/L). Detta är Spike tomt (SB).
- Tillsätt 5 mL 35% salpetersyra konserveringsmedel det Spike tomt.
- Bära både SB provet och det unspiked fält tomrummet till provtagning plats som kontroller.
- Fyll två, ren högdensitets polypropylen (HDPE) eller polypropen (PP) flaskor med 1 000 mL laboratorium avjoniserat (DI) vatten, kända för att vara PFSS gratis.
- Fältet provtagning
Observera: Prov samlare bör bära nitrilhandskar och prov från flödande system där så är möjligt. Tryck på prover får flöda och låt jämvikta innan provtagning (2-3 min).- Samla in 500-1 000 mL vatten från fältet plats i en ren HDPE eller PP flaska.
- Tillsätt 5 mL 35% salpetersyra konserveringsmedel till exempel flaskor och fältet tomt.
Varning: salpetersyra är frätande och ett starkt oxidationsmedel
2. prov utvinning
Obs: PFSS är allestädes närvarande och ihållande. Säkerställa att alla lösningsmedel är av högsta kvalitet och har analyserats för låg nivå PFSS kontaminering. Skölj alla laboratorieutrustning som används för att förbereda standarder innan du förbereder blankvärden och prover.
- Prov förbehandling
- Häll varje prov i en separat, förväg rengjorda 1 L HDPE graderad cylinder och post den exakta volymen.
- Tillsätt 10 mL metanol till de tömda provflaska, råga och skaka ordentligt så för att skölj adsorberade PFSS från flaska interiör.
- Returnera den uppmätta vattenprov i sköljda flaskan med Tween sköljningen.
- Standardkurvan för kvantitering
- Fyll åtta, 1 L HDPE/PP flaskor med PFSS-fri DI-vatten.
- Välj åtta jämnt fördelade koncentrationer som täcker önskad kvantitering området. Till exempel: 10, 25, 50, 100, 250, 500, 750 och 1000 ng/L för ett antal 10-1000 ng/L.
- Lägga till en kvantitet av infödda PFSS mix i varje flaska ge slutliga PFSS koncentrationerna i 2.2.2 (t.ex. 100 µL PFSS Mix A till 1L DI vatten = 100 ng/L).
- Intern standard tillägg
Obs: Tillägg av stabila isotoper märkt intern standard (IS) är nödvändigt endast om kvantitativa resultat önskas förutom icke-riktad analys.- Tillsätt är PFSS blandning varje prov vid en koncentration av tillnärma mittpunkten av kalibreringskurvan (t.ex. 250 µL av är PFSS mix = 250 ng/L)
- Filtrering
- Filtrera prover genom GF/A glas fiber filter (47 mm, 1,6 µm porstorlek) under skonsamt vakuum till en förväg rengjorda Termoskanna 1 L HDPE.
- Om partiklar blir kvar i flaskan, skölj med ytterligare avjoniserat vatten in i filtret. Tillbaka i filtrerat vatten till provet flaskan eller en ny behållare för fast fas utvinning.
- Fast fas utvinning (SPE)
Obs: Patron koncentration beskrivs här använder en konstant flöde kolvpump. Alternativa metoder för koncentration med hjälp av ett vakuum insug20 eller en on-line SPE-LC-MS17 inställningar är möjliga men inte diskuteras.- Skick en svag anjon exchange (vax) patron med 25 mL metanol.
- Tillstånd vax patronen med ytterligare 25 mL avjoniserat vatten.
- Ställning pumpen dra slangar i filtrerade provet flaskor och etiketten SPE patroner med motsvarande prov namn.
- Pump 500 mL prov vatten genom patronen med en konstant flödeshastighet på 10 mL/min (500 mL totalt), kasta genomströmmande vätska till avfall.
Obs: Större eller mindre volymer kan vara koncentrerad beroende på förväntad prov koncentrationer. - Ta bort patronen från kolvpump för eluering.
Obs: Om koncentrationssvårigheter ytterligare prover med samma pump, pumpens kolv ska spolas med 25 mL metanol innan du installerar nästa kassett för Jämviktstiden. - Överföra SPE patron till ett vakuum samlingsrör och utrusta med yttre glas reservoar.
- Spola SPE patronen med 4 mL 25 mM, pH 4.0 natrium acetatbuffert under skonsamt vakuum. Kassera flödet genom. Tvätta SPE patronen med 4 mL neutral metanol.
Obs: Neutral tvätta bråkdel kan samlas in om specifika icke-jonaktivt polar analyter förväntas. I annat fall kassera avfall - Placera en 15 mL polypropylen centrifugrör under varje SPE patron att samla eluent. Eluera prov med 4 mL 0,1% ammoniumhydroxid i metanol.
- Ta bort eluering tube och minska eluatet volym till 500-1000 µL genom avdunstning under torr kväve stream i vattenbad vid något förhöjd temperatur (40 ° C).
- Koncentrerad prov extrakt kan lagras före analys vid rumstemperatur.
- Riktade LC-MS/MS kvantitering
- Utspädd 100 µL prov extrahera med 300 µL av 2 mM ammonium acetatbuffert i en HPLC provet flaskan.
- Kalibrera och låt jämvikta en HPLC och MS system enligt tillverkarens anvisningar.
Obs: Bakgrunden PFSS upptäcks vanligen på grund av användning av fluorpolymer komponenter av de flesta LC system och i prov injektionsflaska septa. Bekräfta att de detekterbara halterna Blanks är försumbar före användning. Ändring av LC systemet att ersätta Teflon komponenter föreslås där så är möjligt. Användning av en Analyskolonn ”hold-up”, som intill den LC blandning ventilen är också föreslagna29. - Förbereda en analytisk arbetslista bestående av standardkurvan, prover, och en ytterligare replikerar av standardkurvan att bedöma instrumental drift över körningen. Ett exempel arbetslista visas i tabell 1.
- Analysera proverna med LC och MS metoder som fastställts för den riktade andra sevärdheter. Exempel LC övertoningen visas i tabell 2 och MS Metodparametrarna visas i tabell 3 och tabell 4. Ytterligare kan detaljerad diskussion hittas i McCord et al.21.
- Generera en standardkurva från standardproven använder toppareorna för analyten att den interna standarden kontra koncentrationen av analyten. Generera en kvadratisk regression formel med 1 / x viktning för koncentration prognos9.
- Kvantifiera riktade analyter i varje prov med hjälp av förberedda standard kurvor och förhållandet (standardyta / är området) för varje mätning.
- Om koncentrationen överstiger kalibreringsområdet, späd det ursprungliga provet med DI vatten spetsad med lämpliga är koncentrationen och extrahera till att koncentrationen i lämplig intervall.
- Icke-riktad LC-MS/MS datainsamling
- Utspädd 100 µL prov extrahera med 300 µL av 2 mM ammonium acetatbuffert i en HPLC provet flaskan.
- Kalibrera och temperera en HPLC och högupplösta MS enligt tillverkarens anvisningar.
- Förbereda en analytisk arbetslista som i 2.6.2.
- Använda instrumentet programvaran samlar in LC-MS data in med ett brett scan MS1 i data-beroende mode att samla in MS/MS. exempel LC gradient i tabell 5. Ytterligare diskussion om instrumentets inställningar kan hittas i Strynar et al.30 och Newton et al.31.
Obs: För förbättrad MS/MS kvalitet data-beroende analys kan utföras med en rekommenderad ion lista av en delmängd av funktionerna som återstår efter databehandling i 2.8.1-2.8.8.
- Icke-riktad behandling
Obs: Analys av Data kan utföras med ett brett utbud av programvara och metoderna återspeglar inte den enda eller bästa metoden för en godtycklig datamängd. Om möjligt ger steg en allmän beskrivning som kan utföras i alternativa programvara. Behandling av till exempeldata som används i detta manuskript genomfördes använder leverantören särskild programvara (programvara 1 och programvara 2) som beskrivs i Newton et al.31.- Utföra molekylär funktionen utvinning av kemiska funktioner med någon av flera open source programvara paket32,33 eller leverantörens programvara för att identifiera monoisotopic massorna, retentionstider och integrerad topp områden av kemiska funktioner.
- Välj i programvara 1, Lägg till/ta bort exempelfilerna > Lägg till filer och välj rådata från icke öronmärkt experiment och slå till OK.
- I programvara 1 Välj Batch rekursiva funktionen utvinning > öppen metod... att ladda en preestablished metod, eller manuellt redigera Programvaruinställningar. Profinder inställningar för funktionen utvinning finns i tabell 6.
- Programvara 1, efter utvinning av funktionen, Välj filen > Exportera som CSV..., filen > Exportera som CEF..., eller filen > Exportera som PFA... för vidare bearbetning. CEF filer antas för återstoden av beskrivningen.
- I programvara 2 (MPP) skapa ett nytt experiment med typ oidentifierade och arbetsflödestypen Dataimportguiden och klicka på OK.
- I MPP- Välj datafiler och leta upp de exporterade programvara 1 resultat (CEF eller PFA) att importera; Klicka på Nästa tills Justering parameteralternativ visas.
- MPP, ange de sammansatta justeringsvärden till 0,0 (anpassningen utfördes redan i funktionen utvinning av programvara 1, steg 2.8.1.2) och klicka sedan Nästa igenom stegen tills Avsluta finns.
- Filtrera identifieringar baserat på analytisk reproducerbarhet. När flera identiska prover finns tillgängliga funktioner bör vara närvarande i > 80% av enskilda replikerar och har en analytisk variationskoefficient (CV) för < 30%
- I MPP Välj experimentella Setup > Experiment gruppering och tilldela varje raw-fil en grupp som motsvarar dess ursprung stickprov (dvs replikat från samma källa bör vara i samma grupp). Flera grupper kan skapas motsvarande kapslade variabler (t.ex. instrumental vs. tekniska replikat).
- I MPP Välj experimentella Setup > Skapa tolkning Välj sedan parametern experiment (dvs grupp) och klicka på Nästa tills Avsluta finns. Detta kommer att skapa en kategori som framtida filtrering kan fungera på.
- I MPP Välj kvalitetskontroll > filtrera efter frekvens. Ange entitetslistan till Alla enheter och tolkningen till provet Group(non-averaged) skapade i 2.8.2.2, klicka sedan på Nästa.
- För indataparametrar, Ställ in enhet lagring på 80% av urvalet i minst ett villkor klicka på Nästa tills Avsluta finns. Namnge listan frekvens filtreras funktioner
- I MPP Välj kvalitetskontroll > Filter på prov variation. Ange entitetslistan till frekvens filtreras funktioner från 2.8.2.4 och tolkningen till Group(non-averaged), då slå Nästa.
- Välj alternativknappen för Rådata och utbud av intresset för att koefficienten för variation < 30%. Klicka på Nästa > Slutför och spara listan som en CV filtreras funktioner.
- Ta bort funktioner där inga prover har betydligt högre (> 3 faldigt) överflöd än fältet tomt (FB) provet.
- I MPP Välj analys > vik ändra. Ange entitetslistan till CV filtreras funktioner och tolkningen till provet grupp tryck sedan nästa. Välj alternativet fold change till alla mot enda villkor och Välj villkor FB eller vad gruppnamnet för Tom bearbetade provet var.
- På följande skärm, Ställ-faldig förändring cutoff till 3.0 och klicka dig fram till slutet av anvisningarna. Spara listan som FC filtrerad lista.
- Utföra binära jämförelser av enskilda prover av intresse mot en lämplig bakgrund prov (t.ex. uppströms vs. nedströms en punktkälla) att fastställa fold-förändringar för enskilda kemiska egenskaper.
- I MPP Välj analys > Filter på vulkanen Rita. Ange entitetslistan till FC filtrerad lista och tolkningen till gruppen.
- För villkoret-faldig förändring par välja två prover för jämförelse (t.ex. en parkopplad uppströms och nedströms prov) och välj test Mann-Whitney oparade.
- För preliminär analys, inte välja ett värde för flera test korrigering på följande skärm, klicka dig fram till den resultatet tomten.
- På skärmen Välj en-faldig förändring cutoff av 3.0 och ett p-värde cutoff till 0,1. Sedan Avsluta och exportera listan som Preliminärt resultat.
- För varje funktion som återstår efter filtrering, generera förutsagda kemiska formula(s) från exakta massan och sammansatta masspektrum.
- MPP, Välj resultat tolkning > IDBrowser identifiering och Preliminärt resultat entitetslistan.
- I IDBrowser väljer du identifiera alla föreningar med molekylformel generator (MFG) som identifieringsmetod.
- I formeln generera alternativ till F till kolumnen element och ställa in maximal till 50, sedan välja Avsluta. Välj Spara och återgå tillbaka till MPP formeln generation.
- I MPP, rätt klick den filtrerade och MFG matchade Entity List och välj Exportera lista. Spara resultaten.
- Undersöka monoisotopic massa arter i minskad betydande kemiska funktionslistan för de som innehåller massa defekter vägledande av fluorination; se typ och Fiehn34.
- Observera kemisk serie som innehåller gemensamma polyfluorination motiv (CF2 (m/z 49.9968), CF2O (m/z 65.9917), CH2CF2O (m/z 80.0074), etc.) med en massa defekt tomt eller programvara algoritm; se diskussionsavsnittet, Liu et al.17, Loos et al.35 och Dimzon et al.36.
- Sök förutsagda kemiska formler eller neutrala massorna mot databasen EPA kemi Dashboard eller andra databaser att återvända potentiella kemiska strukturer.
- Öppna verktyget EPA Comptox kemikalier Dashboard Batch Sök (https://comptox.epa.gov/dashboard/dsstoxdb/batch_search) och klistra in listan över identifierare (formler eller massorna) i rutan identifierare efter att välja typ av identifierare (dvs MS-klar Formel eller Monoisotopic massa).
- Välj Hämta kemiska Data... och även någon fysikalisk/kemisk/toxikologiska data önskas för potentiella matchningar från rullgardinsmenyn.
- Använder kemiska intuition och tillgängliga referensdata, bort osannolika matcherna från listan över potentiella kemiska struktur för varje formel som baseras på genomförbarhet på grund av kemisk stabilitet, fysiska egenskaper såsom ionizability eller vattenavvisande egenskaper, förekomsten tillverkning av kemikalier från närliggande källor, etc. I avsaknad av ytterligare data, kan spektrala genomförbarhet rangordnas enbart på grundval av litteratur prevalensen; se McEachran et al.37.
- Bekräfta strukturer med hjälp av tillgängliga standarder och/eller riktade högupplösta MS/MS matchning av fragment mot spectra från databaser, i silico teoretiska spectra eller manuell samlingsvård.
- Utföra molekylär funktionen utvinning av kemiska funktioner med någon av flera open source programvara paket32,33 eller leverantörens programvara för att identifiera monoisotopic massorna, retentionstider och integrerad topp områden av kemiska funktioner.
Representative Results
Kvantitativa LC-MS/MS resultat är i form av ion-kromatogram för totala ion kromatogrammet (TIC) och de extraherade ion kromatogram (EIC) av särskilda kemiska övergångar för uppmätta kemikalier (figur 1). Integrerad topparean för en kemisk övergång är relaterad till det sammansatta överflödet och kan användas för att beräkna den exakta koncentrationen med hjälp av kalibreringskurvan normaliserade till intern standard (figur 2). Låga eller platta svaret av enskilda analyter indikerar att kalibreringsområdet är utanför det linjära området av masspektrometer, eller att instrumentet kräver trimning/kalibrering. Dålig precision av replikat indikerar ett problem med prov injektion eller inkonsekvent kromatografi som kräver modifiering av LC parametrar.
Icke-riktad analys med hjälp av en fullständig genomsökning MS1 ger en TIC för prover (figur 3), som gör det möjligt för ad hoc-generation av EIC för enskilda joner (figur 4). Någon given kromatografiska tidpunkt innehåller signaler för kemiska arter, och när du använder en högupplöst masspektrometer, isotopiska fingeravtrycket av föreningen. Att identifiera föreningar från MS1 skanningen utförs programmässigt av en peak-plockning algoritm använder en av flera metoder38,39,40. Topp plocka ger kemiska funktioner med en uppmätt exakt massa och kromatografiska retentionstid, samt massa spectrumen av jonen och området kromatografiska topp. Den här informationen lagras vanligtvis i en digital databasformat för vidare bearbetning och filtrering, men den kapslade och sammankopplade karaktären av data kan förstås begreppsmässigt (figur 5).
Funktionslistan filtreras för föreningar som uppfyller ett av flera kriterier väljas för vidare utredning. Den första och enklaste är filtrering av massa defekt (skillnaden mellan exakta massan av en funktion och dess nominella massa). PFSS föreningar har negativ massa defekter (figur 6) på grund av sin övervikt av fluoratomer och polyfluorinated föreningar har positiva, men väsentligen mindre massa defekter än homologa organiska material31,34 . En andra metod filtrering steg är att identifiera homolog serie som innehåller upprepande enheter gemensamma för PFSS arter, såsom CF2 eller CF2O. att identifiera dessa kan göras med hjälp av Kendrick massa defekt tomter17,36, eller programvarupaket som rs ickemålorganismer paketet35 (figur 7).
Efter filtrering, tilldelning av kemiska identiteten på kortlistan över mycket differentially observerats eller preliminärt per / polyfluorinated arter kan börja. Korrekt massa ger en relativt liten lista av potentiella kemiska formler för att matcha men är otillräcklig för identifiering utan tillsats av spektral matchning till isotop mönster av de masspektrum41. Från högupplösta MS1 data, en eller flera förmodade kemiska formler matchas mot isotopiska fingeravtrycket av masspektrum och gjorde (figur 8). Formler för matchning kan genereras från början använda en definierad pool av atomer eller kan hämtas från en kombination av litteratur rapporterade föreningar och innehållet i en eller flera databaser. OSS EPA kemi Dashboard (https://comptox.epa.gov/dashboard/) värdar en ständigt uppdaterad lista över PFSS föreningar identifierats av byrån, som listar kompilerade som andra organisationer såsom NORMAN Network42.
Kemiska formler kan bekräftas ytterligare, och vissa strukturell information kan vara samlat från MS/MS spectra (figur 9). Kandidaten strukturer finns tillgängliga från stora kemiska databaser såsom instrumentpanelen kemi EPA, Pubchem, i CAS-registret, etc. Förutspådda spectra kan genereras eller förvärvas med hjälp av olika fragmentering program och tilldelat,43 eller MS/MS spectra kan tolkas manuellt.
Ett exempel Datamatrix är tillgänglig i den kompletterande Information som innehåller en hel Funktionsmatris från tio prover (5 uppströms, nedströms 5) samlas in uppströms och nedströms en fluorochemical punktkälla. Varje rad representerar en kemisk funktion med associerade retentionstiden, neutral massa, massa spektrum och rå överflöd för varje prov. (Kompletterande tabell, blad 1). Inledande filtrering (Kompletterande tabell, ark 2) för negativ massa defekten och statistisk signifikans i ett oparat t-test mellan uppströms och nedströms minskar antalet ”intressanta” kemiska funktioner till ~ 120. Förutsagda kemiska formler var erhållits från Agilent IDBrowser och sökte mot instrumentpanelen EPA Comptox kemikalier, som återvände möjligt matchar (Kompletterande tabell blad 3). Den ”topp-hit” för varje kemisk formel som baseras på data källor37 tilldelades (Kompletterande tabell, blad 4). Observera att mer än hälften av de återstående funktionerna inte har matcher av hög kvalitet. Identifierade funktioner med inga matcher kan vara resultatet av i-source fragmentering/addukt bildandet, dålig formeln tilldelning, eller identifiering av PFASs hittades inte i källdatabasen. Tolkning av rå spectrana för att validera uppdrag är utanför ramen för detta manuskript men mer information kan hittas i de verk citerade15,30,31,44, 45.
| ID | Prov namn | Provtyp | STD Conc | Injektionsflaska | LC-metoden | MS metod |
| 1 | DB_001 | Tomt | 1, 1 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 2 | DB_002 | Tomt | 1, 1 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 3 | DB_003 | Tomt | 1, 1 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 4 | DB_004 | Tomt | 1, 1 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 5 | DB_005 | Tomt | 1, 1 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 6 | FB | Tomt | 1, 2 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 7 | 10 std | Standard | 10 | 1, 3 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 8 | 25 std | Standard | 25 | 1, 4 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 9 | 50 std | Standard | 50 | 1, 5 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 10 | 100 std | Standard | 100 | 1, 6 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 11 | 250 std | Standard | 250 | 1, 7 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 12 | 500 std | Standard | 500 | 1, 8 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 13 | 750 std | Standard | 750 | 1:B, 1 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 14 | 1000 std | Standard | 1000 | 1:B, 2 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 15 | DB_006 | Tomt | 1:B, 3 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 16 | SB_DUP1 | Analyt | 1:B, 4 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 17 | SB_DUP2 | Analyt | 1:B, 5 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 18 | SW webbplats 03 | Analyt | 1:B, 6 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 19 | SW plats 16 | Analyt | 1:B, 7 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 20 | SW plats 30 | Analyt | 1:B, 8 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 21 | DB_007 | Analyt | 1:C, 1 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 22 | SW plats 19 | Analyt | 1:C, 2 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 23 | SW plats 48 | Analyt | 1:C, 3 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 24 | SW plats 49 | Analyt | 1:C, 4 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 25 | SW webbplats 05 | Analyt | 1:C, 5 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 26 | SW plats 47 | Tomt | 1:C, 6 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 27 | DB_008 | Analyt | 1:C, 7 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 28 | SW webbplats 19_DUP | Analyt | 1:C, 8 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 29 | SW plats 20 | Analyt | 1:D, 1 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 30 | SW plats 21 | Analyt | 1:D, 2 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 31 | SW plats 46 | Analyt | 1:D, 3 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 32 | SW plats 47 | Analyt | 1:D, 4 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 33 | DB_009 | Tomt | 1:D, 5 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 28 | SW plats 32 | Analyt | 1:D, 6 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 29 | SW plats 50 | Analyt | 1:D, 7 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 30 | SW plats 25 | Analyt | 1:D, 8 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 31 | SW webbplats 21_DUP | Analyt | 1:E, 1 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 32 | SW plats 52 | Analyt | 1:E, 2 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 33 | DB_010 | Tomt | 1:E, 3 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 34 | FB | Tomt | 1, 2 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 35 | 10 std | Standard | 10 | 1, 3 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 36 | 25 std | Standard | 25 | 1, 4 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 37 | 50 std | Standard | 50 | 1, 5 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 38 | 100 std | Standard | 100 | 1, 6 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 39 | 250 std | Standard | 250 | 1, 7 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 40 | 500 std | Standard | 500 | 1, 8 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 41 | 750 std | Standard | 750 | 1:B, 1 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 42 | 1000 std | Standard | 1000 | 1:B, 2 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
| 43 | DB_011 | Tomt | 1:B, 2 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min | |
| 44 | DB_012 | Tomt | 1:E, 4 | PFSS grad 400uL/min - 9 minuters kör | PFCMXA + HFPO-DA MS/MS - 9 min |
Tabell 1: Exempel arbetslista för riktad analys och kvantitering av PFSS med LC-MS/MS
| Tid (min) 0 |
% A (2,5 mM ammoniumacetat i 5% MeOH) 90 |
% B (2,5 mM ammoniumacetat i 95% MeOH) 10 |
| 5 | 15 | 85 |
| 5.1 | 0 | 100 |
| 7 | 0 | 100 |
| 7.1 | 90 | 10 |
| 9 | 90 | 10 |
Tabell 2: Exempel övertoning för LC separation i riktad analys
| Capilary spänning (kv) | 1,97 |
| Cone spänning (V) | 15 |
| Extractor spänning (V) | 3 |
| RF-lins (V) | 0,3 |
| Källa Temp | 150 |
| Desolvering Temp | 40 |
| Desolvering flöde (L/hr) | 300 |
| Cone flöde (L/hr) | 2 |
Tabell 3: Jonisering källa parametrar för riktad analys
| CMP | Föregångare | Produkt | Uppehållstid | Cone spänning (V) | Kollision energi (eV) |
| PFBA | 212.80 | 168.75 | 0,01 | 15 | 10 |
| 13C 4-PFBA ÄR | 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 nr 2 | 312.70 | 268,70 | 0,01 | 13 | 10 |
| 13C 2-PFHxA är | 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 ÄR 1° | 332.16 | 168.90 | 0,01 | 10 | 12 |
| HFPO-DA ÄR 2° | 332.16 | 286.90 | 0,01 | 10 | 6 |
| PFHpA ° 1 | 362.65 | 168.65 | 0,01 | 14 | 17 |
| PFHpA nr 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 är | 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 ÄR | 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 ÄR | 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 ÄR | 502.60 | 79.70 | 0,01 | 60 | 48 |
| PFDA ° 1 | 512.60 | 218.75 | 0,01 | 16 | 18 |
| PFDA NR 2 | 512.60 | 468.55 | 0,01 | 16 | 12 |
| 13C 2 - ÄR PFDA | 514.60 | 469.55 | 0,01 | 16 | 12 |
Tabell 4: Exempel övergången tabell och MS/MS parametrar för innehållet i PFAC-MXA, tillsammans med HFPO-DA
| Tid (min) |
% A (2,5 mM ammoniumacetat i 5% MeOH) |
% B (2,5 mM ammoniumacetat i 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: Exempel övertoning för LC separation i icke-riktad analys
| Profinder Parameter | Inställningsvärde |
| Utvinning topp höjd Filter | 800 räknas |
| Tillåtna Ion(s) | -H / + H |
| Funktionen utvinning isotopen modell | Vanliga organiska molekyler |
| Tillåtna laddningstillstånd | 2 - Jan |
| Sammansatt Jon räknas tröskelvärde | Två eller fler joner |
| Justering RT tolerans | 0.40 min + 0,0% |
| Justering massa tolerans | 20.00 ppm + 2.0mDa |
| Efterbearbetning absoluta höjden Filter | > = 10000 räknas i ett prov |
| Efterbearbetning MFE poäng Filter | > = 75 i ett prov |
| Topp Integration algoritm | Agile 2 |
| Topp Integration höjd Filter | > = 5000 räknas |
| Hitta genom Jonfiltret absoluta höjden | > = 7500 räknas i ett prov |
| Hitta genom Jonfiltret poäng | > = 50.00 i ett prov |
Tabell 6: Molekylär funktionen utvinning och justering inställningar för Profinder programvara. Alla olistade värden behöll standardinställningarna för databehandling.
| Ion överflöd tröskel | Funktionen tröskelvärden | Replikera tröskel (n = 5) | Körtid | Funktioner | Passera replikera tröskel | Passera CV tröskel | Funktioner till 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: Jämförelse av provet bearbetningstid och kemiska funktionen identifieringar för olika funktionen utvinning tröskelvärden.
Figur 1 : Summa ion kromatogrammet och extraherade ion kromatogram för en delmängd av perfluorerade eter standarder. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2 : Representativa kalibreringskurvor för föreningar visar sjunkande kvalitet av analytiska kurva konstruktion. Vänstra panelen indikerar en hög kvalitet kalibrering; Mellersta panelen indikerar en förening med dålig precision över förberedelse dubbletter, särskilt vid de högre koncentrationerna. Höger Panel visar en kurva med dålig precision och en låg linjär dynamiskt omfång, vilket resulterar i platta svar hög slutet av kalibreringslösningarna och inga detekterbara signal vid den nedre änden. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3 : Överlagras totala ion kromatogram (TIC) för ytvatten extrakt insamlade uppströms och nedströms en fluorochemical produktionsanläggning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4 : Extraherade ion kromatogram (EIC) för alla identifierade kemiska funktioner från ett ytvatten prov som innehåller flera fluorochemical klasser. Varje kemisk trace är en annan färg för differentiering. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5 : Konceptuella diagram av rå och förutsagda information för en kemisk funktion identifierats som hexafluoropropylene oxid dimer syra (HFPO-DA). Kemiska egenskaper sammanställs från programvara utvinning av rådata från MS mätningar och innehåller kromatografiska (t.ex. retentionstid (RT)) och mass spectrometry information. Förutspådda formel, strukturer och kemiska identiteter genereras från raw mätdata för varje funktion. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6 : Massa defekt tomt för kemiska funktioner som identifieras i en tillverkning utloppsledning (röd, vänster) och referens ytvatten (blå, rätt). Fluorerade föreningar falla nära och nedanför den streckad nollinjen. Observera den ihållande PFOA/PFOS-serien i bakgrunden ytvatten provet (höger). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7 : Massa vs massa defekt tomt för oidentifierade kemiska funktioner från ett ytvatten prov med homologa serier identifieras och märkt av den ickemålorganismer R package. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 8 : Massa spektrum av en okänd kemiska funktioner med förutspådda isotopiska intensiteter av tre möjliga kemisk formel med den samma monoisotopic Mass Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 9 : Fragmentering spektrum av en perfluorerade eter förening med annotated fragment toppar. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 10 : Grafisk representation av filtrering tröskelvärden. Från vänster till höger, ion överflöd tröskeln för kemiska funktionen masspektrum, har överflöd tröskeln för extraherade kromatografiska funktioner och replikera tröskelvärdet för funktionen upptäckt frekvens i en tre exemplar injektion experiment. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Discussion
Provhantering och förberedelse
Införandet av referens/spike standarder är av största vikt att alla riktade analyser, eftersom de ger en backspärr för att kontrollera analytiska giltighet. Avsaknaden av QC prov hindrar bedömningen av noggrannheten i resultaten. allestädes närvarande innebär fluorochemicals att chansen kontaminering av fältprov, bearbeta material eller LC-MS-systemet är inte ovanligt och måste redovisas. Ytterligare, det möjliggör validering av protokollet oavsett variation i dagliga provet behandling, eftersom många av stegen kan vara mycket varierande, särskilt SPE och provets koncentration steg. Utvinning av både äldre och nya perfluorerade ämnen kan påverkas kraftigt av valet av stationära fasen för koncentration och komponenter av källa proverna, såsom pH och salthalt46. Påverkan av prov förhållanden bör övervägas om särskilda grupper av pefluorinated kemikalier är av intresse. Alternativa förberedelser stickprovsundersökningar för vatten extrakt kan användas om laboratoriet setup är tillgänglig och nedströms dataanalysen återstår liknande.
Riktade dataanalys
För föreningar med tillgängliga standarder och matchade, stabil isotop märkt interna standarder, den primära oro för dataanalys är instrumental och bestämning av metoden detektionsgränser och lämplig rapportering spänner kan fastställas på ett laboratorium-av-laboratoriet grund använda standardmetoder, såsom signal-brus-förhållande från lågaktivt standard spikar47. Fel från inkompatibla matriseffekter kan uppstå i avsaknad av matchade interna standarder och korrekt rygg-prognos av spetsiga prover kan användas för att bedöma riktigheten av mätningarna. När det saknas standarder för att förbereda en kurva, en kvantitativ uppskattning av en okänd kan göras genom att behandla det identiskt med noggrant matchade standard förening, men fel i uppskattningen är storleksordningen 10 + gånger med begränsad förmåga att kvantifiera osäkerheten, se McCord, Newton och Strynar21. I dessa fall trenddata kan fortfarande samlas, men koncentrationen uppskattningar är till sin natur otillförlitliga.
Icke-riktad dataanalys
Topp plocka inställningar har en betydande inverkan på antalet kemiska funktioner identifieras, men kvaliteten på funktionsurval påverkas också kraftigt. Intresse i topp plocka beslut är 1) intensitet av enskilda massorna som ska inkluderas i spectra, ion överflöd tröskelvärdet 2) intensiteten av extraherade kromatogram toppar anses vara funktioner, funktionen överflöd tröskelvärdet 3) funktionen upptäckt frekvens, replikerar tröskeln och 4) analytiska variationen, CV tröskeln (figur 10).
Ställa in orealistiskt låga trösklar för peak plockning resultat i en exponentiell ökning i provet tid att lösa ytterligare funktioner i allt låg överflöd (tabell 7). Ion-överflöd tröskel filtren massa spektrala funktioner där nog av de enskilda isotopen sammansättning inte passera tröskeln. Detta väljer helst endast för funktioner med kvalitet MS spectra, säkerställa de är riktiga kemiska egenskaper i stället för instrumental buller och möjliggör formeln prognos i nedströms behandling. En lämplig tröskel är baserad på instrumental buller, helst åtminstone 3 x buller tröskeln för MS1 file. Tröskelvärdet för funktionen överflöd filtrerar kemiska funktioner baserat på intensiteten eller område av funktionen kromatografiska extraheras. Detta steg gör det möjligt för förkastande av låg överflöd toppar, som vanligtvis dålig kromatografiska kvalitet, har hög varianser, eller är resultatet av andra dålig programvara extraktion. En lämplig tröskel måste bestämmas per experiment, och matrisen baserat på en acceptabel nivå av dålig funktion generation (t.ex. funktioner under tröskelvärdet utställning oacceptabelt dålig kromatografi). Ytterligare kan analytiska QC används för att avvisa funktioner på kromatografisk baserat på inkonsekvent identifiering i analytisk eller förberedande replikat (replikera tröskel) eller baserat på dålig reproducerbarhet hela replikat (CV tröskel). Lämpliga nivåer beror på kvaliteten på den topp integration programvara som används och de kemiska enheterna under utredning. Lätt optimerad integrering protokollen och vattenlösliga perfluorföreningar funktioner bör identifieras i 80 + % av analytiska replikerar och CVs förväntas sjunka under 30%, som beskrivs i avsnittet metoder.
Topparna upptäckt från icke-riktad analys ger inte kvantitativa uppskattningar av koncentrationerna av material upptäcks. Ytterligare, sanna okända identitet kan vara svårt att bekräfta eftersom nya föreningar är frånvarande från allmänt tillgängliga databaser. Romanen strukturella bestämning kräver omfattande analys med flera metoder och kräver expertis i både masspektrometri och kemi. Normalisera peak områdena kemiska funktioner kan dock ge semi kvantitativa uppskattningar av koncentrationerna av okända från kända arter21. Om man konsekvent provtagning och förberedelser, kan tid trendinformation för enskilda arter skapas för att övervaka förekomsten av en kemikalie i framtiden som svaret för en enskild art bör överensstämma spärr stora variationer i matrix21.
Den främsta fördelen med denna metod är töjbarhet av provet behandling att möjliggöra både riktade och nontargeted analys. Även riktad analys ger likvärdig eller bättre än kvantitativ information, saknar den kraftigt bredd analys önskas när det gäller nya och framväxande material, samt deras förhållande till matris material. Tillämpa en målinriktad metod, eller ens misstänkt screening metod enbart utifrån kända material och begränsad databaser är helt blind för tidigare obemärkt arter, även om de kan ha signifikanta hälsoeffekter. Som förbättrar och databaser bli mer robust, kommer att riktigheten av okänd identifiering fortsätta att öka, med en samtidig minskning av investering i tid och nivå av expertis som krävs för att analysera den flerdimensionella data som genereras av detta tillvägagångssätt. Data som genereras för närvarande är dock betydande framtida värde eftersom data bank tillåter för post-hoc analys med nyutvecklade programvaran och möjliggör jämförelse över tid även om identiteten hos en upptäckta förening är för närvarande okänd.
Disclosures
Författarna har något att avslöja.
Acknowledgments
Det amerikanska Naturvårdsverket, genom dess kontor för forskning och utveckling, finansieras och förvaltas den forskning som beskrivs här. Detta dokument har granskats av US Environmental Protection Agency, kontor för forskning och utveckling, och godkänt för publicering. Åsikter som uttrycks i denna artikel är de av författarna och representerar inte nödvändigtvis åsikter eller politik av US Environmental Protection Agency. Denna forskning stöddes delvis av en avtalad tid till programmet postdoktoral forskning på nationella exponering forskningslaboratoriet administreras av Oak Ridge Institutet för vetenskap och utbildning genom institutionsöverskridande avtal DW89992431601 mellan de US Department of Energy och U.S. 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).
