Mass Spectrometry Applications for Environmental Analysis

Význam tématu

Rychlá a citlivá analýza pesticidů a herbicidů ve vodách je klíčová pro ochranu lidského zdraví a životního prostředí. Regulace stanovují velmi nízké limity znečištění (ng–pg/L) v pitné i povrchové vodě. Tradiční offline extrakce (SPE, LLE) bývá časově náročná a nákladná. Moderní přístupy kombinují online prekoncentraci, vysokorychlostní chromatografii a kvalitativně-kvantitativní hmotnostní analýzu, což umožňuje zkrátit dobu analýzy na minuty a dosáhnout požadované citlivosti bez složité přípravy vzorku.

Cíle a přehled studie / článku

Text shrnuje osm samostatných aplikací, které předvádějí:

• přímou analýzu pesticidů ve vodách pomocí DART-Orbitrap (HRAM) pro rychlou identifikaci a screening
• aplikaci divert-ventilu při Fast-LC pro zlepšení tvaru píků polárních pesticidů v acetonitrilu
• online SPE/EQuan přímou injekci (1–20 mL) před TSQ Quantum MS/MS i Exactive Orbitrap pro cílený a necílený screening
• metody EPA 536.0 (LC-MS/MS triaziny) a 549.2 (UV detekce kvadrantních herbicidů paraquat, diquat) s citlivostí přesahující požadavky MCLG/EU

Použitá metodika a instrumentace

Všechna řešení využívají moderní LC přístroje od Thermo Fisher Scientific:

• Mass spektrometry: Exactive Orbitrap, TSQ Quantum Access MAX (Triple Quad)
• Ionizace: DART (penningova ionizace), H-ESI pro LC-MS/MS
• Chromatografie: Fast-UHPLC (Accela/UHPLC), divert ventil, online SPE EQuan (Hypersil GOLD kolony pro načítací i analytickou část), mixed-mode NSH Trinity Q1 kolona
• Software: Xcalibur, ExactFinder, LCQUAN, Chromeleon, TraceFinder

Hlavní výsledky a diskuse

• DART-Orbitrap HRAM: 23 pesticidů identifikováno v reálném čase, přesnost <1 ppm, citlivost až 1 ng/mL bez předúpravy vzorku
• Divert-ventil/Fast-LC: zlepšení píků raně elujících pesticidů v acetonitrilu, injekce až 8 µL, lineární odezva R²>0,99, RMS S/N>10 pro 5 µg/L
• EQuan+Exactive: online SPE 20 mL, full-scan HRAM, detekce a kvantifikace 20 herbicidů v ng/L rozsahu, nekončící screening známých i neznámých látek
• TraceFinder+EQuan+TSQ: LC-MS/MS s 20 mL injekcí, cílený i necílený screening pesticidů v sub-ppt úrovni, praktické reporty, QA/QC workflow
• EPA 536.0 (triaziny): LC-MS/MS bez SPE, 0,25–5 ppt, linearita R²>0,996, analýza za 6 min
• EPA 549.2 (paraquat, diquat): on-line SPE+UV, MDL 0,09–0,10 µg/L, analýza za <10 min bez ion-pair činidla

Přínosy a praktické využití metody

• Zkrácení doby analýzy z hodin až dnů na jednotky minut
• Snížení objemu vzorku, chemikálií a lidské práce
• Možnost vysokopropustných screeningů v QA/QC, forenzní, klinické a potravinářské laboratoři
• Automatizace a přenositelnost metod díky softwaru ExactFinder, TraceFinder, Chromeleon

Budoucí trendy a možnosti využití

• Důslednější implementace RER-MS/MS a HRAM pro necílený screening nových kontaminantů
• Další miniaturizace a integrace on-line prekoncentrace pro analyty v ultra-trace úrovních
• Využití AI a ML nástrojů pro zpracování masivních dat z full-scan a necíleného monitoringu
• Rozšíření aplikací do komplexních matric (půda, potraviny, biologické vzorky)

Závěr

Prezentované příklady ukazují, že kombinace moderních LC technik (Fast-LC, online SPE, divert-ventil), citlivé ionizace (DART, H-ESI) a výkonných MS detektorů (Orbitrap HRAM, Triple Quad) umožňuje spolehlivou a vysoce produktivní analýzu pesticidů ve vodách na úrovni ng–pg/L. Distribuované softwarové workflow doplňují automatizaci a zkracují dobu od vzorku k výsledku.

Reference

1. EPA Method 549.2 / 536.0 – U.S. Environmental Protection Agency
2. Směrnice EU 98/83/EC o jakosti pitné vody
3. Cody R.B. et al., Anal. Chem. 2005, 77, 2297–2302 (DART)
4. Rafferty J.L. et al., J. Chromatogr. A 2011, 1218, 2203–2213 (divert-ventil)
5. Yang C. et al., Thermo Fisher Application Notes (EQuan/Exactive/TSQ)