Burada, kütle spektrometresi tarafından bir protokol sıralı hedeflenen miktar ve sigara hedefli çözümleme fluor bileşikleri su mevcut. Bu metodoloji bilinen fluorochemical bileşikler nicel düzeyleri sağlar ve onların bereket yarı kantitatif tahminler ile ilgili örnekleri bilinmeyen kimyasallar tanımlar.
Tarihi ve başına ortaya çıkan- ve polyfluoroalkyl maddeler (PFASs)–dan yerel kamu ve hükümet kuruluşları federal düzeyde önemli ilgi topladı. PFAS kimyaları devam eden evrimi nerede hedefli yöntemleri sürekli bir gelişim gecikme mutlaka yeni kimyasal bileşikler keşfi çevresel izleme için bir meydan okuma sunuyor. Bir gerek yoktur, bu nedenle, gelişmekte olan ve beklenmedik bileşikleri algılayan, zamanla bu türlerin izlemek ve gelecekteki etkinleştirmek için kimyasal yapılarını ayrıntılarını çözümlemek ileriye dönük metodolojileri insan sağlığı çalışması için. Bu amaçla, Sigara hedefli analizi yüksek çözünürlüklü kütle spektrometresi ile hemen hemen her örnek hazırlama düzeni ile kombine edilebilir bir geniş taban algılama yaklaşım ve bileşik kimlik tespiti sonra için önemli yetenekleri sunmaktadır. Burada, biz daha kısa zincir ve daha fazla hidrofilik PFAS kimyaları, için gibi flüorlu eter asitler ve sulfonates, ayarlı bir katı fazlı ayıklama (SPE) dayalı örnek toplama yöntemi açıklamak ve analiz örnekleri bu şekilde hazırlanan tarif hem hedef hem de sigara hedefli modları. Kullanılan standartlar mevcuttur ancak çözümleme işlemi sırasında özünde için beklenen bileşikler sınırlıdır hedefli yöntemleri üstün miktar sağlar. Buna ek olarak, bir sigara hedefli yaklaşım beklenmeyen bileşikler varlığı belirlemek ve onların kimyasal yapısı hakkında bilgi verebilir. Kimyasal özellikleri hakkında bilgi bileşikleri örnek yerlerdeki ilişkilendirmek ve bereket ve zaman içinde oluşumu izlemek için kullanılabilir.
Sınıf başına- ve polyfluoroalkyl maddeler (PFASs) önemli halk sağlığı endişe ile kalıcı organik kirleticiler vardır. Belirli bileşikler perfluorooctanoic asit (PFOA) ve perfluorooctanesulfonate (patlama) içme suyu sağlık Danışma seviyeleri tarafından EPA1,2 dizi ve onların büyük ABD üretim 2000’lerde3‘ te,4 kesildiği tarih var . PFAS özelliklerinin önemli bir anlayış kazanmak için küreler, yüzlerce, binlerce değilse, alternatif PFAS kimyaları imalat Tekstil ve tüketici ürün malzemeler yerine de dahil olmak üzere ürün niş doldurmak için geliştirilmiştir Kaldırılan bileşikleri5,6,7,8. Bir devam eden düz Zincirli perfluorinated karboksilik asitler çevresel düzeyde izlemeleri gerekir ve bu tür patlama, PFOA ve onların ilgili homolog serisi sulfonates ama ortaya çıkan kimyasal bileşikler EPA gibi kurulmuş yöntemler tarafından kapsanmayan Yöntemi 5379 ve sık sık eksikliği analitik standartları geleneksel hedeflenen analiz için. Bu iletişim kuralının amacı böylece iki yönlüdür. Fluorochemical türler analitik standartları elde edilebilir nerede su hedeflenen LC-MS/MS analizi için bir yol sağlar ve sigara hedefli, yüksek çözünürlüklü kütle spektrometresi temelli bir yaklaşım veri analizi için sorunsuz entegrasyon detayları Bilinmeyen veya beklenmeyen bileşikleri aynı örnekte tespiti sağlar.
Katı faz ayıklama (SPE) örnek Temizleme ve konsantrasyon ile uygulamalar birçok analitler ve örnek matrisler10,11için kurulan bir tekniktir. PFAS analiz, polar olmayan-dahil olmak üzere birden çok katı kuvvetli aşamaları functionalized kutup ve iyon değiştirme sütun matrisler9,12geniş çeşitli flüorlu türlerin alt sınıflarının değişen kapsamlarını için kullanılmış olan, 13,14,15,16. SPE örnek analiz kullanarak on-line kurulumları büyük ölçüde gelişmeler yaklaşımının iş çıkarma yeteneğini artırmak ve tekrarlanabilirlik örnek işleme geliştirmek, ancak temel işlem tutarlı17kalır. SPE büyük hacimli enjeksiyonlar kullanarak çevrimdışı konsantrasyonu kaldırmak için bazı çabalar da üstlenmiş oldu, ama bunlar onları rahat analiz18,19 bölge dışında yer değişiklikleri Kromatografi için yapılması . Bizim örnek analiz bir polimer zayıf anyon exchange (balmumu) kuvvetli faz iyice asidik PFAS malzemeleri önemli örnek toplama faktörler elde ederken geleneksel organik kirletici maddeler ayırmak için kullanır. Bu balmumu faz kısa zincir perfluorinated asit perfluorobutane Sülfonat (KUMAŞI) gibi veya daha uzun zincir eski perfluorinated kutup hexafluoropropylene oksit dimer asit (HFPO-DA) gibi perfluorinated eterler yakalamak önemlidir türler20,21. Son PFAS kimya5‘ te daha kısa flüorlu zincirleri ve eter eklenmesi doğru önemli bir değişim oldu gibi bu faz seçimi MS analizi için roman bileşiklerin daha kapsamlı kurtarma sağlar.
Hedeflenen LC-MS/MS Nefelometri kullanılarak kimlik doğrulaması standartları ve kararlı izotop kendi standartlarına etiketli kantitatif analiz için duyarlılık ve özgüllük benzersiz bir düzeyde sağlar. Bu yaklaşım birçok durumda arzu edilir iken, all-çok-ortak durumlar analizi için zordur. Hedeflenen yaklaşımlar örnek beklenen türler için ve hangi yöntemleri daha önce kurulmuş olan çalışma. Yeni ve ortaya çıkmakta olan bileşikler için bile onların Kimya veya konsantrasyon, ne olursa olsun ilgi olabilir tür tespit aciz bir yaklaşımdır ve düşük çözünürlüklü Kütle Spektrometreleri neredeyse yapmak için yeterli bilgi sağlama aciz Bilinmeyen bileşiklerin kesin kimyasal atamaları. Sonuç olarak, analiz olmayan hedef alan, yüksek çözünürlüklü modern Kütle Spektrometreleri örnekleri bir presupposed hipotez olmadan analiz ve geriye dönük olarak algılanabilir özelliklerine örnek kimyasallar atamak için güç yararlanarak ortaya çıkmıştır. Bu yaklaşım Biyoloji22,23,24 ve Çevre Bilimleri25,26,27 çok sayıda sınıflar kimyasalların, alanlarında yaygın olarak kullanılmış. Perfluorinated kimyasal maddeler nedeniyle kendi benzersiz kitle spektral desen Bu yöntemde tanımlamak özellikle basit ve bileşikleri yüzlerce sadece son birkaç yıl5,28tarif edilmiştir.
Burada tartışılan Protokolü tanımlamak ve yarı kantitatif ilgi gelişmekte olan bileşikler izlemek için ihtiyaç ile hedeflenen LC-MS/MS PFAS Nefelometri hizalamak için tasarlanmıştır. SPE faz yakalama daha hidrofilik gelişmekte olan PFAS asit su sağlamak için tasarlanmıştır seçimi ve örnek hazırlama teknikleri ve daha az daha uzun zincir polimer türler ve non-iyonik türler için uygun olmayabilir. Ayrıca, Sigara hedefli çözümleme tarafından oluşturulan veri yoğun ve yüksek dimensionality hangi veri analiz yazılımı kullanımını gerektirir. Bu yazılım paketleri sık satıcıya özel ve enstrüman platformlar arasında faaliyet için değişiklik gerektirir. Mümkün olan yerlerde, analiz süreci genel bir moda tarif ve açık kaynak/freeware alternatifler başvurulan ama verimlilik ve doğruluğu konusunda herhangi bir yazılım yaklaşım bireysel olarak değerlendirilmesi gerekir.
Örnek kullanım ve hazırlık
Başvuru/spike standartlar dahil büyük önem hedeflenen herhangi bir analizi için analitik geçerliliğini kontrol etmek için bir atış siperi sağladıkları gibi vardır. QC örnekleri eksikliği herhangi bir değerlendirme sonuçlarının doğruluğunu engeller; her yerde yapısı fluorochemicals ve şans bulaşma alanı örnekleri, malzeme veya LC-MS sistem işleme nadir değildir ve sorumluydu gerekir anlamına gelir. Ayrıca, protokole bakılmaksızın işleme, adımlardan son derece değişken olabilir gibi özellikle SPE günlük örnek olarak doğrulanmasını sağlar ve örnek toplama adımlar. Her iki eski ve yeni perfluorinated kimyasallar çıkarma ağır durağan faz yoğunlaşması seçimi ve kaynak örnekleri, pH ve tuzluluk46gibi bileşenleri tarafından etkilenebilir. Pefluorinated kimyasal maddelerin belirli sınıfları ilgi varsa örnek koşullar etkisi dikkate alınmalıdır. Laboratuvar kurulumu mevcuttur ve aşağı akım veri analizi benzer kalır su özleri için alternatif örnek hazırlama düzenleri kullanılabilir.
Hedeflenen veri analizi
Mevcut standartlara ve kendi standartlarına etiketli eşleşen, kararlı izotop bileşikler için Veri çözümlemeleri için birincil endişeleri enstrümantal ve yöntemi algılama sınırlarının belirlenmesi ve uygun raporlama aralıkları üzerinde belirlenen bir Sinyal-gürültü oranı düşük seviyeli standardı gibi standart yaklaşımları kullanarak Laboratuvar Laboratuvar olarak47gönderiyor. Eşleşen kendi standartlarına yokluğunda eşleşmeyen matris etkileri hataların ortaya çıkabileceğini ve çivili örneklerin doğru olarak geri tahmin ölçümleri doğruluğunu tahmin etmek için kullanılabilir. Bir eğri hazırlamak için standartlar eksik zaman bilinmeyen bir nicel bir tahmini yakından eşleşen bir standart olarak aynı şekilde davranarak bileşik yapılabilir, ancak 10 + kat belirsizlik ölçmek, görmek için sınırlı yeteneği ile sırasına tahmin hataları olan McCord, Newton ve Strynar21. Bu gibi durumlarda, eğilim verisi hala toplanabilir ama konsantrasyon tahminler doğal olarak güvenilir değildir.
Sigara hedef veri analizi
En yüksek malzeme çekme ayarları oldukça etkili kimyasal özellikleri tespit sayısına, ancak özellik seçimi kalitesini de ağır etkilenir. 1) spectra içinde özellikler, özellik bereket eşik 3) özelliği algılama dikkate alınması gereken 2) ayıklanan Kromatografik yoğunluğunu doruklarına iyon bereket eşik dahil edilecek bireysel kitleler yoğunluğu en yüksek malzeme çekme ilgi kararlardır frekans, çoğaltma eşik ve 4) analitik varyasyon, CV eşik (şekil 10).
Ek özellikler giderek daha düşük bereket (Tablo 7) gidermek için örnek zaman bir üstel artış en yüksek malzeme çekme sonuçlar için gerçek olamayacak kadar düşük eşikler ayarlama. İyon-bereket eşik filtreleri nerede yeterince bireysel izotop zenginliği eşiği geçemiyor spektral özellikleri kitle. İdeal olarak yalnızca kalite MS spectra, onlar enstrümantal gürültü yerine gerçek kimyasal özellikleri sağlayarak ve bırakmak için formül tahmin aşağı akım işleme özellikleri için seçer. Uygun bir eşik değeri üzerinde enstrümantal gürültü dayanır, ideal olarak en az 3 MS1 için gürültü eşik x tarar. Özelliği bereket eşik kimyasal özellikleri yoğunluk veya çıkarılan Kromatografik özellik alanı temel alan filtre uygular. Bu adım genellikle Kromatografik kalitesiz, yüksek farklarını veya veya diğer zavallı yazılım ekstraksiyon sonucu düşük bereket doruklarına reddi etkinleştirir. Uygun bir eşik deney ve matris zavallı özellik üretimi (örneğin, eşik sergi kabul edilemeyecek zavallı Kromatografi aşağıda özellikleri) kabul edilebilir bir seviyeye göre belirlenmelidir. Daha fazla analitik QC analitik ve/veya hazırlık çoğaltır (çoğaltma eşik) içinde tutarsız kimliğine göre Kromatografik düzeyinde özellikleri reddetmek için kullanılan veya çoğaltır (CV eşik) zavallı tekrarlanabilirlik dayalı. Kullanılan en yüksek entegrasyon yazılım kalitesini ve kimyasal varlıklar soruşturma altında uygun düzeyleri bağlıdır. Suda çözünür perfluorinated bileşikler ve hafifçe en iyi duruma getirilmiş Tümleştirme protokoller için özellikleri içinde tanımlanması gereken 80 + % analitik çoğaltır ve CVs yöntemleri bölümünde ayrıntılı olarak % 30 altında düşüş bekleniyor.
Sigara hedefli analizinden tespit doruklarına tespit malzemeleri konsantrasyonları kantitatif tahminler pes ediyor musun. Ayrıca, doğru bilinmeyenler kimliği roman bileşikler eksik olduğundan onaylamak zor olabilir kamuya veritabanlarından. Roman yapısal kararlılık geniş analizi ile birden çok yöntemi gerektirir ve kütle spektrometresi ve kimya uzmanlık gerektirir. Ancak, en yüksek alanlarda kimyasal özellikleri normalize bilinmeyenli bilinen türler21konsantrasyonları yarı kantitatif tahminler sağlar. Eğer tutarlı örnekleme ve hazırlık adımları istihdam, zaman eğilim bilgileri bireysel türler için yanıt için bireysel bir tür kısıtlama büyük tutarlı olması gerektiği gibi bir kimyasal sebat geleceğe izlemek için oluşturulabilir matris21değişimler.
Bu yöntemin hedeflenen ve nontargeted analiz izin vermek için örnek tedavi genişletilebilirlik kullanılabilmesidir. Hedeflenen analiz eşdeğer veya üstün niceliksel bilgileri sağlamasına karşın, bu büyük ölçüde matris malzeme ile ilişkilerini yanı sıra yeni ve ortaya çıkmakta olan malzemeleri ile ilgili istenilen analiz genişliğini yoksun. Hedeflenen bir metodoloji veya yöntem eleme bile şüpheli uygulama sadece bilinen malzemeler üzerinde tabanlı ve sınırlı veritabanları önceden denetlenmediğini türler için tamamen kör bile olsa da önemli sağlık etkileri olabilir. Yazılım geliştiren ve veritabanları daha sağlam hale gibi bilinmeyen kimlik doğruluğunu zaman yatırım ve bu tarafından oluşturulan çok boyutlu verileri çözümlemek gerekli uzmanlık düzeyi eşlik eden bir azalma ile artmaya devam edecek yaklaşım. Bankacılık verileri yeni geliştirilen yazılım ile post-hoc analizi için izin verir ve algılanan bir bileşik kimliğini şu anda bilinmeyen karşılaştırma zamana olanak tanır çünkü yine de, şu anda oluşturulan veri önemli gelecekteki değeridir.
The authors have nothing to disclose.
ABD Çevre Koruma Ajansı kendi Office araştırma ve geliştirme, yoluyla finanse ve burada açıklanan araştırma yönetilir. Bu belge ABD Çevre Koruma Ajansı, Office araştırma ve geliştirme tarafından gözden geçirilmiş ve onaylanmış yayın için. Bu makalede görüşler yazarlar ve gösterim veya ABD Çevre Koruma Ajansı politikalarını temsil değil. Bu araştırma kısmen bir randevu için ulusal pozlama araştırma laboratuvarı için bilim ve eğitim yoluyla arasında kurumlararası anlaşma DW89992431601 Oak Ridge Enstitüsü tarafından yönetilen doktora sonrası araştırma programı tarafından desteklenen ABD Enerji Bakanlığı ve ABD Çevre Koruma Ajansı.
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 |