Identifisere- og Polyfluorinated kjemisk arter med en kombinert målrettet og ikke-målrettede-Screening høyoppløselig massespektrometri arbeidsflyt

Denne tilnærmingen gjør det mulig å kvantitet av kjente PFAS og oppdagelsen av nye stoffer i de samme prøvene, sammenlignet med målrettede tilnærminger alene som savner nye forbindelser av bekymring. Denne protokollen retter seg mot et bredere utvalg av PFAS-forbindelser, som er representative for de nyeste nye kjemikaliene. Hvis konsentrasjonstrinnet er tilpasset forbindelsene, kan målemetodene som brukes her, brukes på en hvilken som helst klasse kjemikalier.

For å samle en prøve fra feltet, bruk nitrilhansker og samle 500 til 1000 milliliter vann fra feltstedet i en ren, polyetylenflaske med høy tetthet, HDPE eller polypropylen. Tilsett fem milliliter med 35% salpetersyre konserveringsmiddel til prøveflasken og til et felt tomt, og transport prøvene tilbake til laboratoriet. Hell hver prøve i individuelle, forhåndsrengjorte, en-liters, polypropylen graderte sylindere med høy tetthet, og registrer det nøyaktige volumet av prøvene.

Tilsett 10 milliliter metanol til hver tømte prøveflaske før du kapper og rister kraftig for å skylle absorberte per- og polyfluoroalkylstoffer, eller PFAS, fra flaskeinteriøret. Deretter returnerer du den målte vannprøven til den skyllede flasken med metanolic skylling. For å få en standardkurve for kvantitet, fyll åtte tomme, en-liters prøveflasker med PFAS-fritt deionisert vann, og merk flaskene med åtte jevnt fordelte konsentrasjoner som dekker ønsket mengdeområde.

Deretter legger du til en mengde innebygd PFAS-blanding i hver flaske for å gi de riktige PFAS-konsentrasjonene, og legger til den interne standard PFAS-blandingen til hver prøve ved en konsentrasjon som tilnærmer midtpunktet i kalibreringskurven. Deretter filtrerer prøvene gjennom glassfiber A filtre under skånsom vakuum i individuelle, forhåndsrensede, en-liters polypropylenvakuumflasker med høy tetthet. Hvis det forblir svevestøv i flasken, skyll det ekstra deioniserte vannet og filtrer vasken i kolben.

For solidfaseekstraksjon, returner det filtrerte vannet til prøveflasken, og beting en svak anionutveksling, eller WAX, patron med 25 milliliter metanol og ytterligere 25 milliliter av deionisert vann. Plasser pumpetrekksslangen i de filtrerte prøveflaskene, og merk av for massivfaseavsug, eller SPE, patroner med de riktige prøvenavnene. Pump 500 milliliter av hver prøve gjennom hver sylinderampulle med en jevn strømningshastighet på 10 milliliter per minutt, og kast gjennomstrømningen.

Fjern WAX SPE-patronene fra stempelpumpene, og overfør SPE-kassetten til en vakuummanifold, utstyrt med eksterne glassreservoarer. Skyll hver SPE-kassett med fire milliliter 25 millimolar, pH fire natriumacetatbuffer under mildt vakuum, etterfulgt av en fire milliliter nøytral metanolvask. På slutten av vasken, plasser en 15-milliliter polypropylen sentrifuge rør under hver SPE patron for å samle eluent, og elute prøvene med fire milliliter på 0,1% ammoniumhydroksid i metanol.

Deretter fjerner du elutionrørene, og reduserer eluatevolumet til 500 til 1000 mikroliter ved fordampning under tørr nitrogenstrøm i et vannbad ved 40 grader Celsius. For målrettet flytende kromatografi med tandemmassespektrometri, fortynne 100 mikroliter prøveekstrakt med 300 mikroliter med to millimolar ammoniumacetatbuffer i et høytrykks flytende kromatografiprøveglass, og lag en analytisk arbeidsliste bestående av standardkurve, prøver og en ekstra replikering av standardkurven for å vurdere instrumental drift over løpet. Analyser prøvene ved hjelp av standard flytende kromatografi og massespektrometrimetoder etablert for de målrettede forbindelser av interesse.

På slutten av analysen, generere en standard kurve fra standard prøver ved hjelp av toppområdet forholdet mellom analytten til den interne standarden versus konsentrasjonen av analytt, og generere en kvadratisk regresjon formel med en over x vekting for konsentrasjon prediksjon. Kvanter de målrettede analyttene i hver prøve ved hjelp av de forberedte standardkurvene og områdeforholdet for hver måling. Hvis konsentrasjonen overskrider kalibreringsområdet, fortynner du den opprinnelige prøven med deionisert vann med riktig intern standardkonsentrasjon, og re-ekstrakt for å bringe konsentrasjonen inn i riktig område.

For ikke-målrettet flytende kromatografi med tandemmassespektrometri, fortynne 100 mikroliter prøveekstrakt med 300 mikroliter to millimolar ammoniumacetatbuffer til et høytrykks flytende kromatografiprøve hetteglass. Etter å ha satt en arbeidsliste som demonstrert, bruk instrumentprogramvaren til å samle inn flytende kromatografi-massespektrometridata med en bred skanning i dataavhengig modus. For ikke-målrettet databehandling åpner du den aktuelle programvarepakken for molekylær funksjonsutvinning og velger Legg til / fjern eksempelfiler og Legg til filer, og velger rådata fra det ikke-målrettede eksperimentet.

Klikk OK, og velg Batch Rekursive Feature Extraction og Open Method for å laste inn en forhåndsopprettet metode eller redigere programvareinnstillingene manuelt. For hver funksjon som gjenstår etter filtrering, generere spådde kjemiske formler fra nøyaktig masse og sammensatt massespektrum, og åpne Environmental Protection Agency CompTox Chemicals Dashboard Batch Search-verktøyet. Hvis du vil søke i de forventede kjemiske formlene eller nøytrale massene mot, velger du identifikatortypen og limer inn listen over identifikatorer i identifikatorboksen for å returnere potensielle kjemiske strukturer.

Velg Last ned kjemiske data og eventuelle fysiske, kjemiske eller toksikologidata som ønskes etter potensielle treff fra rullegardinmenyen. Deretter bekrefter du strukturene ved hjelp av tilgjengelige standarder og / eller målrettet høyoppløselig tandem massespektrometri matching av fragmentene mot spektra fra databasene, i silico teoretiske spektra, eller manuell kurering. Kvantitativ flytende kromatografi med tandemmassespektrometriresultater presenteres i form av ionkromatrammer for det totale ionkromatrammet og de ekstraherte ionkromatrammene av spesifikke kjemiske overganger for målte kjemikalier.

Det integrerte toppområdet for en kjemisk overgang er relatert til den sammensatte overfloden og kan brukes til å beregne den nøyaktige konsentrasjonen ved hjelp av en kalibreringskurve normalisert til en intern standard. Ikke-målrettet analyse ved hjelp av en full MS-skanning gir et totalt ionkromatrammet for prøver, noe som gjør det mulig for ad hoc-generering av ekstraherte ionkromatrammer for individuelle ioner. PFAS forbindelser har negative massedefekter på grunn av deres overvekt av fluoratomer, og polyfluorerte forbindelser har positive, men vesentlig mindre massedefekter enn homologe organiske materialer.

Et annet metodefiltreringstrinn er å identifisere homologe serier som inneholder gjentatte enheter som er felles for PFAS-arter ved hjelp av en passende programvarepakke. Fra høyoppløselige MS-data kan en eller flere antatte kjemiske formler matches mot det isotopiske fingeravtrykket til massespekteret og scoret. Kjemiske formler kan bekreftes ytterligere, og noe strukturell informasjon kan fås fra tandem massespektrometridata.

Ytterligere massespektrometrieksperimenter kan brukes til å bekrefte identiteten til nye forbindelser, og prøvesammenligninger kan gi informasjon om utbredelsen og relativ mengde kjemikalier. Det er svært viktig å ha passende blanks og kvalitetskontrollprøver for matrisen for å validere kvantitative og ikke-målrettede målinger. Strategiene som vises har blitt den nye tilnærmingen til miljøscreening for PFAS ved å tillate oppdagelsen av ukjente og prediksjon av deres identiteter.