Analytical Solutions for PFAS Testing

Shrnutí: Moderní analytické přístupy pro testování PFAS v prostředí a spotřebitelských výrobcích

Význam tématu

Per- a polyfluorované alkylové látky (PFAS) představují rozsáhlou a chemicky odolnou skupinu sloučenin zodpovědných za dlouhodobou kontaminaci vody, půdy, vzduchu a potravin. Kvůli jejich perzistenci, bioakumulaci a rostoucím regulačním požadavkům je přesná, citlivá a rutinně reprodukovatelná analýza PFAS zásadní pro ochranu veřejného zdraví, pro posuzování účinnosti sanací a pro kontrolu materiálů určených ke stykům s potravinami a spotřebitelských výrobků.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem materiálu je prezentovat ucelené analytické řešení pro rutinní i objevné (discovery) analýzy PFAS v širokém spektru matric (pitná voda, odpadní voda, půda, tkáně, potraviny, obaly, textilie, vzduch). Dokument shrnuje validované metody (EPA, ISO, ASTM, AOAC), ukazuje příklady pracovních postupů, ilustruje výkon různých typů přístrojů (LC-MS/MS triple quad, QTOF, GC-MS s termickou desorpcí, CIC, EDXRF) a předkládá výsledky případových studií a optimalizací zaměřených na citlivost, přesnost a robustnost.

Použitá metodika a instrumentace

Popis hlavních metodických přístupů:

• Targetované kvantitativní LC-MS/MS (triple quadrupole) podle metod EPA 537.1, 533, ISO 21675, ASTM D8421 a EPA 1633/1633A pro pitnou vodu, odpadní vodu, půdu, tkáně a potraviny.
• Direct injection LC-MS pro rychlou analýzu pitné vody bez předkonsentrace (uvedeno pro LCMS-8065XE).
• On-line SPE a automatizované workflow (stacked injection + online SPE) pro potravinářské matice (vejce, mléko) a QuEChERS extrakce plus on-line či off-line SPE pro potraviny a konzumer produkty.
• Non-targeted vysokorozlišovací HRAM-DIA (QTOF) pro screening suspektních/nových PFAS.
• GC-MS s termickou desorpcí (TD-GC-MS) pro volatilní/semivolatilní neutrální PFAS (FTOH, FTAC, FOSA).
• Combustion Ion Chromatography (CIC) pro Adsorbable Organic Fluorine (AOF) jako souhrnný screening nezachycených fluorovaných organických látek (EPA 1621).
• EDXRF pro jednoduchou detekci elementárního fluoru ve vrstvách a textiliích jako rychlý screening přítomnosti fluorovaných povrchových úprav.

Separátní přehled použité instrumentace (vybrané přístroje uvedené v textu):

• Shimadzu LCMS-8065XE, LCMS-8060RX, LCMS-8060RX (CoreSpray), LCMS-8060NX, LCMS-8050, LCMS-9030, LCMS-9050, LCMS-2050 (single quad), LCMS-8060RX/LCMS-RX Series (triple quad)
• Shimadzu GCMS-QP2020 NX + termická desorpční jednotka TD-30R
• Combustion IC: Shimadzu HIC-ESP + Nittoseiko Analytech AQF-5000H
• EDXRF: Shimadzu EDX-8100
• Další použitá výbava: Nexera UHPLC systémy s on-line SPE, Nexcol PFAS Delay kolony pro omezení pozadí, TurboVap evaporace, SPE kazety (ENVI-Carb), Tenax TA/Carboxen sběrné trubice pro vzduch.

Hlavní výsledky a diskuse

Citlivost a linearita:

• LCMS-8065XE dokázal přímou injekcí analyzovat 29 PFAS v pitné vodě s limity < 1 ng/L a lineárními kalibracemi s přesností 70–130 % (většina 80–120 %).
• HRAM-DIA QTOF metoda (LCMS-9030/9050) detekovala PFAS ve slepě ních koncentracích (některé od 0.01 ng/mL) a umožnila neřízený screening — v neznámém vzorku odhaleno 16 PFAS-like složek.
• GC-MS s TD dosáhl detekce neutrálních PFAS (FTOH atd.) již od 0.05 ng, se špičkovou linearitou (R>0.998) a dobrými recovery pro vzduchové vzorky.
• CIC pro AOF podle EPA 1621 poskytl MDL ~1.27 µg/L (fluorid ekvivalent), přesnost kalibračních bodů 80–120 % a recovery standardů (PFHxS jako F ekv.) 95.5 % s RSD 2.4 %.

Robustnost a průchodnost metod:

• Triple quad systémy (RX série, LCMS-8060RX) prokázaly vysokou stabilitu: např. 500 po sobě jdoucích měření vzorku půdy s udrženou opakovatelností oblastí 4.8–6.8 % RSD pro klíčové PFAS; 900+ kontinuálních injekcí tkáňových vzorků během sedmi dnů se zachovanou kalibrační stabilitou.
• Automatické přepínání metod (PFAS + cyanotoxiny) na jednom přístroji ukázalo, že s adekvátním delay / rinse uspořádáním lze přepínat mezi EPA 533/537.1 a EPA 544/545 bez významného carryover a s přesností v rozsahu 80–120 % a %RSD < 15 %.

Validace v matricích a recovery:

• Výsledky spike-and-recovery v pitné vodě, odpadní vodě, půdě, tkáních (kuřecí), rybím mase, mléce, vejcích a konzumních výrobcích ukázaly typické recovery 80–120 % a reproducibility většinou pod 20 % dle požadavků příslušných metod (AOAC, ISO, ASTM, EPA).
• ASTM D8421 postup pro nepitné vody (44 PFAS) dosáhl požadovaného %RSD < 30 a recovery 70–130 % díky chromatografické optimalizaci (ko-injekce objemu, volba kolony a průtoku pro zlepšení raných elucí).
• Analýza potravin (ryby, mléko, vejce) splnila kritéria AOAC SMPR s LOQ na úrovních µg/kg (u mléka i 0.01 µg/kg pro vybrané látky) a dobrými recovery.

Přínosy a praktické využití metody

• Možnost rutinního monitoringu i rychlého nasazení při mimořádných situacích (např. výskyt cyanobakterií) díky automatizovaným sadám metod a přepínání na jednom LC-MS přístroji.
• Direct injection a vysoká citlivost u LCMS-8065XE zjednodušují přípravu vzorků, zkracují časy a snižují náklady na SPE, což usnadňuje rozsáhlé screeningy pitné vody.
• Non-targeted HRAM-DIA workflow rozšiřuje schopnost nacházet neočekávané a nové PFAS, což je klíčové při objevování a inkluzi nových látek do regulačních seznamů.
• Combustion IC (AOF) poskytuje rychlý souhrnný screening celkového organického fluoru, vhodný jako doplněk k selektivním LC-MS metodám pro záchyt nereprezentovaných nebo dosud neznámých fluoroorganických sloučenin.
• EDXRF nabízí extrémně rychlý a jednoduchý screening přítomnosti fluoru v textiliích a povrchových úpravách, vhodný pro předběžné třídění vzorků.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rostoucí význam HRAM metod pro nontarget screening a integrace těchto dat do robustních databází spekter a fragmentů — to umožní rychlejší identifikaci nově vzniklých PFAS a metabolitů.
• Další rozvoj automatizovaných, nízkonákladových workflow (direct injection, online SPE, stacked injection) pro vysokoprostorovou kontrolu pitné vody a potravinářských řetězců.
• Rozšíření kompozitních screeningů: kombinace AOF (CIC) + cílené LC-MS/MS a non-target QTOF pro komplexní charakterizaci fluorovaného zatížení vzorků.
• Vývoj robustních standardizovaných metod pro konzumer produkty a obaly (ASTM atd.) a harmonizace požadavků na reporting mezi regulačními oblastmi.
• Zlepšení redukce pozadí a kontaminace v analytických trasách (nové delay kolony, materiály bez PFAS, vylepšené čistící procedury) a širší použití stabilních izotopových standardů pro korekci matričních efektů.

Závěr

Publikovaný soubor aplikací a případových studií demonstruje, že kombinace cílených LC-MS/MS metod, vysoce citlivých přístrojů (např. LCMS-8065XE), HRAM non-targeting QTOF technik, TD-GC-MS pro neutrální PFAS, CIC pro AOF a jednoduchých screeningových technik (EDXRF) vytváří komplexní a flexibilní analytický rámec pro řízení PFAS rizik. Tyto přístupy splňují nebo překračují výkonová kritéria uvedená v metodikách EPA, ISO, ASTM a AOAC, nabízejí řešení pro rutinní testování i pro objevné šetření nových sloučenin a zvyšují laboratorní průchodnost a spolehlivost výsledků.

Reference

1. U.S. Environmental Protection Agency (EPA), Method 537.1 — Determination of selected PFAS in drinking water by SPE and LC-MS/MS (2018).
2. U.S. EPA Method 533 — Targeted PFAS in drinking water (and related guidance).
3. U.S. EPA Methods 544 & 545 — Analysis of cyanotoxins (microcystins, nodularin, cylindrospermopsin, anatoxin-a) by LC-MS/MS.
4. U.S. EPA Method 1621 — Adsorbable Organic Fluorine (AOF) in water using combustion ion chromatography.
5. U.S. EPA Method 1633 / 1633A — Determination of PFAS in solids, tissues and biosolids by LC-MS/MS.
6. ISO 21675 — International standard for PFAS determination in water (including short- and long-chain PFAS).
7. ASTM D8421-22 — Standard practice for determination of selected PFAS in non-potable waters.
8. AOAC SMPRs for PFAS in food matrices (SMPRs pro targetované analýzy PFAS v potravinách).
9. Shimadzu Application Notes and Instrumentation Documentation (souhrnný eBook: Analytical Solutions for PFAS Testing, Shimadzu Corporation, First Edition March 2026).