JoVE Journal > Environment
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
русский

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Environment

Определение за- и полифторированные химических видов с рабочим процессом комбинированных целенаправленной и не ориентированных скрининг с высоким разрешением масс-спектрометрии

Published: April 18, 2019
doi:
10.3791/59142
,
1Oak Ridge Institute for Science and Education, National Exposure Research Laboratory,U.S. Environmental Protection Agency, 2National Exposure Research Laboratory,U.S. Environmental Protection Agency

Summary

Здесь мы представляем протокол для последовательных целенаправленных количественной и не являющихся объектом анализа фторированных соединений в воде по масс-спектрометрии. Эта методология предусматривает количественные уровни соединений, известных флуорхимических и идентифицирует неизвестных химических веществ в соответствующих образцах с полу количественные оценки их залегания.

Abstract

Исторические и возникающих за- и полифторалкильными веществ (PFASs) получил значительный интерес со стороны общественности и государственных учреждений от местного до федерального уровня. Продолжающейся эволюции ПФАС химия представляет собой проблему для мониторинга окружающей среды, где продолжающиеся разработка целевых методов обязательно лаги открытие новых химических соединений. Таким образом, существует необходимость, чтобы перспективные методологий, которые можно обнаруживать новые и неожиданные соединений, контролировать эти виды со временем и разрешать детали их химической структуры, позволяющей будущей работы в области здоровья человека. С этой целью-Целевой анализ высокого разрешения массовым спектрометрированием предлагает широкую базу обнаружения подход, который может сочетаться с почти любой схемы подготовки образца и предоставляет значительные возможности для составных идентификации после обнаружения. Здесь мы опишем твердофазный экстракции (SPE) на основе образца концентрации метод настроена на короткие цепи и более гидрофильные ПФАС химия, такие как на фторированной эфира кислоты и сульфонаты и описывать анализ проб, подготовленных таким образом в целевые и нецелевые режимы. Целевые методы обеспечивают улучшенный количественной когда эталонные стандарты доступны, но ограничены неразрывно ожидаемых соединений при выполнении анализа. В противоположность этому-целевой подход может определить наличие неожиданных соединений и предоставить некоторую информацию о их химической структуры. Информация о химических особенностей может использоваться соотнести соединений через образец мест и отслеживать изобилия и возникновение с течением времени.

Introduction

Класс в- и полифторалкильными вещества (PFASs), стойких органических загрязнителей с проблемой значительного общественного здравоохранения. Конкретных соединений перфторокаприловой кислоты (ПФОК) и перфтороктансульфоната (ПФОС) имеют питьевой воды Консультативный уровень здоровья установленные АООС1,2 и их основные производства в США было прекращено в 2000-х3,4 . Чтобы получить значительное понимание свойств ПФАС были разработаны материалы в текстильной и потребителей продукции производственных сферах, сотни, если не тысячи, альтернативных ПФАС химия для заполнения продукта ниши, в том числе для замены Нерекомендуемые соединений5,6,,78. Существует непрерывный необходимость мониторинга экологических уровней прямой цепочке перфторированных карбоновых кислот и сульфонатам такие ПФОС, PFOA и их связанные Гомологический ряд, но новых химических соединений не распространяются установленные методы, такие как EPA Метод 5379 и часто отсутствие аналитических стандартов для традиционных целевых анализа. Цель настоящего Протокола таким образом два раза. Он обеспечивает путь для целенаправленного анализа LC-MS/MS видов флуорхимических в воде, где имеются аналитические стандарты и подробности бесшовной интеграции не ориентированные, с высоким разрешением массового спектрометрирования-подхода на основе для анализа данных что позволяет обнаружение неизвестного или неожиданного соединений в том же образцах.

Твердофазный извлечения (SPE) является установленным техника для очистки образца и концентрации с приложениями для многих аналитов и образец матрицы10,11. Для анализа практических предложений несколько цепкой твердой фазы, включая неполярных, функционализированных полярных и ионообменных колоннах были использованы в разной степени для подклассов фторированные видов в широкий спектр матрицы9,12, 13,14,,1516. Достижения в SPE анализа проб с помощью он-лайн установок значительно увеличить пропускную способность подхода и улучшения воспроизводимость пробами, но основной процесс остается последовательной17. Также были предприняты некоторые усилия, чтобы удалить автономные концентрация SPE, с использованием большого объема инъекции, но они требуют изменения для хроматографии, которые ставят их вне сферы поверхностный анализ18,19 . Наш анализ образца использует фазу цепкой обмен (воск) полимерных слабых анион тщательно отделить кислой ПФАС материалы от традиционных органических загрязнителей при достижении существенной образца концентрации факторов. Эта фаза воск имеет важное значение для захвата короткие цепи перфторированные кислоты, такие как перфторбутановый сульфонат (ПФБС) или перфторированные эфиры например Гексафторпропилен оксид димер кислоты (HFPO-DA), которые более полярной, чем длиннее цепь наследие перфторированные виды,2021. Как в недавних ПФАС химия5наблюдается существенный сдвиг в направлении Короче фторированные цепи и включение эфира, этот этап отбора обеспечивает более тщательное восстановление Роман соединений для MS анализа.

С помощью количественный целевой LC-MS/MS подлинности стандарты и стабильных изотопов, помечены внутренних стандартов обеспечивает непревзойденный уровень специфичность и чувствительность для количественного анализа. Хотя такой подход является желательным во многих ситуациях, это непрактично для ситуаций слишком общего анализа. Целенаправленные подходы работают только для видов, которые, как ожидается, в образце, и какие методы были созданы ранее. Для новых и новых соединений этот подход не в состоянии даже определение видов, которые могут представлять интерес, независимо от их химии или концентрации, и разрешением масс-спектрометров почти не способны обеспечить достаточно информации, чтобы сделать безоговорочное химического назначения неизвестных соединений. Следовательно поле-Целевой анализ возник, используя власть высокого разрешения современных масс-спектрометров анализировать образцы без предполагает гипотезы и ретроактивно назначить химических обнаружить особенности в образце. Такой подход широко используется в области биологии22,,2324 и экологических наук25,26,27 на многочисленных классов химических веществ. Перфторированные соединения являются особенно сложно определить в этом методе из-за их уникальных массы спектральных шаблонов, и сотни соединений были описаны в только в последние несколько лет5,28.

Протокола обсуждаемых здесь предназначен для выравнивания целевых количественный LC-MS/MS ПФАС с необходимостью выявления и полу количественно мониторинга новых соединений, представляющих интерес. SPE этап отбора и методов подготовки образца предназначены для обеспечения захвата более гидрофильные возникающих практических предложений кислот из воды и может быть меньше подходят для неионных видов и больше видов полимерные цепи. Кроме того данные, генерируемые-Целевой анализ плотной и высокой размерности, которая требует использования программного обеспечения для анализа данных. Такие пакеты программного обеспечения часто конкретного поставщика и требуют изменения действуют между платформами инструмент. Там, где это возможно, процесс анализа был описан в виде универсального и открытого источника/freeware альтернативы имеются ссылки, но эффективность и точность любого программного подхода должно оцениваться на индивидуальной основе.

Protocol

1. сбор проб воды Подготовка стандартных запасов ПФАС Приготовить смесь стандартных практических предложений в метаноле, содержащий любой целевых соединений интерес (например, PFOA, ПФОС, HFPO-DA) на 1 нг/мкл. Это родной смесь практических предложений. Также доступны коммерчески подготовленные смеси (то есть, административным смесь A и Mix B). Подготовьте Стандартный смесь, содержащую соответствующий стабильных изотопов, помечены (SIL) ПФАС соединений (например, 13C4- ПФОК, 13C8- ПФОС, 13C3- HFPO-DA) на 1 нг/мкл. Это смесь является практических предложений. Также доступны коммерчески подготовленные смеси (то есть, MPAFC смесь A и Mix B).Примечание: Если SIL версии целевой ПФАС недоступен, суррогат аналогичные структуры и цепь длиной может использоваться (например, 13C2- PFHxA для HFPO-DA) Подготовка поле пустым (FB), образцы Спайк пустой (SB) Заполнить два, полипропилен чистой высокой плотности (ПЭВП) или полипропилена (PP) бутылки с 1000 мл лаборатории деионизированная вода (DI), заведомо ПФАС бесплатно.Предупреждение: ПФАС материалы часто неопределенные токсичности и канцерогенности. Следует позаботиться о том, чтобы избежать устные или кожу воздействия стандартов или акций решения. Добавьте некоторое количество стандартных смеси ПФАС один из бутылки в конечной концентрации эквивалентно концентрации ожидаемых выборки (например, 100 нг/Л). Это всплеск пустой (SB). Добавьте 5 мл 35% азотной кислоты консервант Спайк пустым. Нести SB образца и unspiked поле пустым в папку выборки как элементы управления. Поле выборкиПримечание: Образец коллектор должен носить перчатки из нитрила и образца от проточных систем там, где это возможно. Образцы крана должно позволено потока и сбалансировать до отбора проб (2-3 мин). Сбор 500-1000 мл воды из поля местоположения в чистую бутылку HDPE или PP. Добавьте 5 мл 35% азотной кислоты консервант образец бутылки и поле пустым.Предупреждение: азотная кислота является коррозионных и сильный окислитель 2. Пример извлечения Примечание: ПФАС повсеместно и постоянно. Убедитесь, что все растворители высшего сорта и были проанализированы для низкого уровня загрязнения практических предложений. Тщательно промойте все лабораторное оборудование, используемое для подготовки стандартов до подготовки бланки и образцы. Подготовка образца Залейте каждый образец в отдельных, предварительно очищенный 1 Л HDPE окончил цилиндр и запись точный объем. Добавить 10 мл метанола в бутылке опустели образца, крышка его и shake хорошо промойте адсорбированных ПФАС бутылку изнутри. Вернуть образец измеренных воды промыть бутылку с метанольного промыть. Стандартная кривая для количественный Заполните восемь, 1 Л HDPE/PP бутылки с водой бесплатно ПФАС ди. Выберите восемь равномерно концентрации, охватывающих диапазон желаемых quantitation. Например: 10, 25, 50, 100, 250, 500, 750 и 1000 нг/Л для диапазона 10-1000 нг/л. Добавьте некоторое количество смеси родной ПФАС каждой бутылки давать окончательный ПФАС концентрации в 2.2.2 (например, 100 мкл ПФАС смесь A до 1 Л воды DI = 100 нг/Л). Внутренняя стандартная дополнениеПримечание: Добавление стабильных изотопов, помечены внутренний стандарт (IS) необходим, только если количественные результаты пожеланы помимо-Целевой анализ. Добавить смесь является ПФАС каждого образца в концентрации аппроксимирующей середину калибровочной кривой (например, 250 мкл, комплекса является ПФАС = 250 нг/Л) Фильтрация Фильтр пробы через фильтры GF/A стекло волокна (47 мм, размер пор 1,6 мкм) под нежным вакуума в предварительно очищенных Склянка вакуума HDPE 1 Л. Если частиц остается в бутылке, промойте деионизованной воды в фильтр. Возвращение фильтрованной воды в бутылку образца или новый контейнер для извлечения твердой фазы. Экстракция твердой фазы (SPE)Примечание: Картридж концентрации описанных здесь использует постоянный поток поршневой насос. Альтернативные методы концентрации с использованием вакуумного коллектора20 или он-лайн установки17 SPE-LC-MS, возможно, но не обсуждались. Условия слабой анион обмен (воск) картриджа с 25 мл метанола. Условие Воск картридж с еще 25 мл деионизованной воды. Положение насоса рисовать трубку в отфильтрованных образец бутылки и этикетки SPE картриджи с соответствующими именами образца. 500 мл образца воды через картридж со скоростью 10 мл/мин (всего 500 мл), устойчивый поток отбрасывая потока через жидких отходов насоса.Примечание: Больше или меньше тома может быть сосредоточены в зависимости от ожидаемого образца концентрации. Выньте картридж из поршневой насос для элюции.Примечание: Если концентрируя дополнительные примеры с использованием же насос, насос поршневой должны быть очищены с 25 мл метанола перед установкой следующий картридж для уравновешивания. Передача SPE картридж для вакуумного коллектора и оборудовать внешнего стекла водохранилище. Промывочный картридж SPE с 4 мл рН 4,0 натрия ацетата буфера под нежным вакуума, 25 мм. Отказаться от потока через. Вымойте SPE патрон с 4 мл нейтрального метанола.Примечание: Нейтральный мыть фракции могут быть собраны, если конкретные неионогенных полярных аналитов, как ожидается. В противном случае отменить для отходов Место 15 мл полипропиленовые пластиковых пробирок под каждый картридж SPE для сбора элюента. Элюировать образца с 4 мл 0,1% Окисоводопод аммония в метаноле. Удаление элюции трубки и уменьшить объем элюата до 500-1000 мкл испарением под струей сухого азота в ванне с водой слегка повышенной температуре (40 ° C). В основном образца, что экстракты могут храниться до анализа при комнатной температуре. Целевые количественный LC-MS/MS Разбавляют 100 мкл пример извлечения с 300 мкл буфера ацетата аммония 2 мм в флакон образца ВЭЖХ. Калибровки и сбалансировать ВЭЖХ и MS систем согласно инструкциям производителя.Примечание: Обычно фон ПФАС обнаруживаются за счет использования фторопластовые компонентов большинства систем LC и септы флакон образца. Подтверждают, что поддающиеся обнаружению уровни в бланки ничтожно перед использованием. Модификация системы LC для замены компонентов тефлон предлагается там, где это возможно. Использование аналитической «hold-up» колонки, прилегающих к LC смешивания клапан является также предлагается29. Подготовьте аналитический рабочий список, состоящий из стандартной кривой, образцы и дополнительной репликации стандартной кривой для оценки инструментальный дрейф через запуск. В таблице 1показан пример рабочего списка. Анализ образцов, используя LC и MS методы, определенные для целевой compound(s) интерес. LC градиента примере показано в таблице 2 и в таблице 3 и таблице 4показаны параметры метода MS. Дальнейшее подробное обсуждение можно найти в МакКорд et al.21. Создание стандартной кривой из стандартных образцов, используя отношение площади пика аналита в внутренний стандарт против концентрации аналита. Создайте формулы регрессии квадратичных с 1 / x взвешивания для прогнозирования концентрации9. Quantitate целевых аналитов в каждом примере, с использованием подготовленного стандартных кривых и отношение площади (стандартная зона / зона) для каждого измерения. Если концентрация превышает диапазон калибровки, разбавляют водой ди, шипами с соответствующей концентрации IS и заново распаковать довести концентрацию в соответствующий диапазон исходного образца. Ненаправленные сбор данных LC-MS/MS Разбавляют 100 мкл пример извлечения с 300 мкл буфера ацетата аммония 2 мм в флакон образца ВЭЖХ. Калибровки и сбалансировать ВЭЖХ и высоким разрешением MS согласно инструкциям производителя. Подготовьте аналитический рабочего списка как 2.6.2. Используя инструмент программного обеспечения, сбор данных LC-MS с широким сканирования MS1 в зависящих от данных режиме собирать MS/жа пример LC градиент в таблице 5. Дальнейшее обсуждение документа настройки можно найти в Strynar et al.30 и31Ньютона и др.Примечание: Для улучшения МС/МС анализ данных зависит от качества может осуществляться с предпочтительным Ион список подмножество функций, оставшиеся после обработки данных в 2.8.1-2.8.8. Ненаправленные обработки данныхПримечание: Анализ данных могут выполняться с широким спектром программного обеспечения, и эти методы не отражают только, или лучший метод для произвольного набора данных. Там, где это возможно, шаги обеспечивают общее описание, которое может осуществляться в альтернативного программного обеспечения. Обработка данных примера, используемых в этой рукописи была проведена с помощью поставщика конкретного программного обеспечения (1 программного обеспечения и программного обеспечения 2) подробно в Ньютон и др.31.Выполнять молекулярные функция извлечения химических компонентов, с помощью одного из нескольких открытым исходным кодом программное обеспечение пакеты32,33 или поставщика программного обеспечения для выявления monoisotopic масс, время удержания и комплексной пик химического особенности. В 1 программного обеспечения, выберите Добавить/удалить образцы файлов > Добавить файлы и выберите необработанные данные от не являющихся объектом эксперимента, а затем нажмите кнопку ОК. В программное обеспечение 1 выберите партии рекурсивная функция извлечения > метод Open… чтобы загрузить предустановленную метод, или вручную изменить настройки программного обеспечения. Profinder параметры для извлечения компонентов находятся в таблице 6. В 1 программного обеспечения, после извлечения компонентов, выберите Файл > Экспорт в CSV…, файл > Экспортировать как CEF…, или Файл > Экспортировать как PFA… для дальнейшей обработки. CEF файлы считаются на оставшуюся часть описания. В программное обеспечение 2 (MPP) создайте новый эксперимент с неопознанный тип и тип Данных мастера импорта рабочего процесса и нажмите кнопку ОК. MPP Выберите файлы данных и найдите экспортированные результаты программного обеспечения 1 (CEF или PFA) для импорта; Нажмите кнопку Далее , пока не появятся параметры Параметр выравнивания . В MPP установите соединение выравнивание значения 0.0 (выравнивание уже выполняется в функции извлечения программного обеспечения 1, шаг 2.8.1.2), а затем нажмите кнопку Далее через шаги, пока не Готово доступны. Фильтр идентификации на основе аналитических воспроизводимость. Когда доступны несколько образцы выполнять репликацию, функции должны присутствовать в > 80% индивидуальных реплицирует и аналитический коэффициент вариации (кв) < 30% В выберите MPP экспериментальная установка > эксперимент группировки и назначьте каждый необработанный файл группы, соответствующее ее происхождения образца (то есть, реплицирует из того же источника должен быть в той же группе). Несколько групп могут быть созданы соответствующие вложенные переменные (например, инструментальные против технических реплицирует). В выберите MPP экспериментальной установки > создать интерпретации выберите параметр эксперимент (т.е. группы) и нажмите кнопку Далее , пока не Готово доступны. Это позволит создать категорию, что будущие фильтрации может работать на. В выберите MPP контроля качества > фильтр по частоте. Задать список сущностей для Всех сущностей и интерпретации образца Group(non-averaged) создан в 2.8.2.2, а затем нажмите следующий. Для входных параметров набор сущностей хранения на 80% пробы в по крайней мере одно условие, а затем нажмите кнопку Далее , пока не Готово доступны. Имя списка Частота фильтрации особенности В выберите MPP контроля качества > фильтр на изменчивость выборки. Задайте список сущностей функции фильтрации частоты из 2.8.2.4 и толкование Group(non-averaged), а затем нажмите следующий. Выберите переключатель для Необработанных данных и диапазона интерес к коэффициент вариации < 30%. Нажмите Следующая > закончить и сохранить список как функции фильтрации CV. Удаление компонентов, где нет образцов были значительно выше (> 3 раза) изобилие чем поле пустым (FB) образца. В выберите MPP Анализ > сбросить изменения. Установить список сущностей для Функции фильтрации CV и интерпретации на образец группа затем нажмите Далее. Выберите вариант изменить раза против одного состояния и выберите состояние FB или каким бы ни был имя группы для пустых обработанных образцов. На следующем экране установите фолд-изменения среза до 3.0 и нажмите через до конца подсказкам. Сохраните список как ФК фильтрации списка. Двоичные сравнения отдельных образцов интереса против соответствующей выборки (например, вверх по течению против вниз по течению от точечного источника) для определения фолд изменений для отдельных химических компонентов. В выберите MPP Анализ > фильтр на участок вулкан. Значение списка сущности ФК фильтровать список и интерпретации в группе. Для раз изменения состояния пара выбрать два образцы для сравнения (например, парных образцов вверх и вниз по течению) и выберите тест Манна-Уитни непарные. Для предварительного анализа не выбрать значение для нескольких тестовых коррекции на следующем экране, нажмите кнопку через участок результат. На экране результатов выберите фолд изменения среза 3.0 и p значение отсечки до 0,1. Затем Готово и экспорта списка как Prelim результаты. Для каждой функции, оставшиеся после фильтрации генерировать прогнозируемого химического formula(s) от точных масс и композитных массовых спектр. В MPP, выберите интерпретации результатов > IDBrowser идентификации и список сущностей Prelim результатов . В IDBrowser выберите определения всех соединений с помощью генератора Молекулярная формула (MFG) как метод идентификации. В параметрах создания формулы добавить F в столбец элементов и установите максимальное значение 50, а затем выберите Готово. После формирования формул выберите сохранить и вернуться , вернуться к MPP. В MPP щелкните правой кнопкой мыши отфильтрованных и MFG соответствует список сущностей и выберите команду Экспортировать список. Сохраните результаты. Изучение monoisotopic масса видов в списке сокращения значительных химических компонентов для тех, кто содержит массу дефектов свидетельствует о фторирования; Смотрите34вида и Fiehn. Обратите внимание химические серии, содержащие общие мотивы polyfluorination (CF2 (m/z 49.9968), CF2O (m/z 65.9917), CH2CF2O (m/z 80.0074), и т.д.) с использованием алгоритма дефект массы сюжет или программного обеспечения; Смотрите раздел обсуждения, Лю et al.17, Лоос et al.35 и36Dimzon et al.. Поиск предсказал химических формул или нейтральной массы против EPA химия панели базы данных или другие базы данных для возвращения потенциальных химических структур. Открыть инструмент EPA Comptox химических веществ Dashboard пакетного поиска (https://comptox.epa.gov/dashboard/dsstoxdb/batch_search) и вставьте список идентификаторов (формул или массы) в поле идентификатор, после выбора типа идентификатора (например, MS-готов Формула или Monoisotopic массы). Выберите Скачать химических данных… , а также выбрать данные физические/химические/токсикология, желательных для потенциальных матчей из раскрывающегося списка. Использование химических интуиция и доступных справочных данных, удалите вряд ли матчей из списка потенциальных химической структуры для каждой формулы, основанные на возможности благодаря химической стабильности, физические свойства, такие как ionizability или гидрофобность, присутствие производство химических веществ из близлежащих источников, и т.д. В отсутствие дополнительных данных спектральные целесообразность может быть выстроенным в ряд исключительно на основе распространения литературы; Смотрите Макикран et al.37. Подтвердить структур с использованием имеющихся стандартов и/или целевых разрешением МС/МС сопоставления фрагментов против спектров от баз данных, в silico Теоретические спектры или ручной курирование.

Representative Results

Количественные LC-MS/MS результаты отображаются в виде Ион хроматограммы для всего Ион Хроматограмма (TIC) и извлечения ионов хроматограммы (EIC) конкретных химических переходов для измеряемых химических веществ (рис. 1). Интегрированный пик области химических перехода связано с составные изобилия и может быть использована для вычисления точные концентрации с использованием калибровочной кривой, нормированная на внутренний стандарт (рис. 2). Низкая или плоский ответ отдельных аналитов указывает, что диапазон калибровки находится вне диапазона линейной масс-спектрометр, или что инструмент требует калибровки и настройки. Бедные точность реплицирует указывает пример инъекций или несовместимым хроматографии, что требует изменения параметров LC. Ненаправленные анализ с помощью полного сканирования MS1 дает тик для образцов (рис. 3), который позволяет для специальной поколения ЕИЦ для отдельных ионов (рис. 4). Любой момент хроматографического точка содержит сигналы для химических видов и при использовании с высоким разрешением масс-спектрометр, изотопный отпечатков пальцев соединения. Определение соединений из MS1 проверки осуществляется программно пик рудоразборка алгоритма, используя один из нескольких подходов38,,39-40. Пик сбора дает химические особенности с измеренной массы точной и время хроматографического удержания, а также массовых спектр Ион и площадь хроматографического пика. Обычно эта информация хранится в формате цифровой базы данных для дальнейшей обработки и фильтрации, но вложенные и взаимосвязанного характера данных может быть понято концептуально (рис. 5). Особенность список фильтруется для соединений, встреча одним из нескольких критериев, которые будут отобраны для дальнейшего расследования. Первый и самый простой фильтрации дефектом массы (разница между точные массы компонента и его номинальной массы). ПФАС соединения имеют негативные массу дефектов (Рисунок 6) из-за их преобладание атомов фтора, а полифторированные соединения имеют положительный, но существенно меньше массы дефекты чем гомологичных органических материалов31,34 . Второй метод фильтрации шаг заключается в выявлении Гомологический ряд, содержащий повторяющийся единицы общих видов практических предложений, такие, как CF2 или CF2O., эти определения можно сделать с помощью Kendrick массы дефект участков17,36, или пакеты программного обеспечения таких как R nontarget пакет35 (рис. 7). После фильтрации, назначение идентификационные данные на окончательный список весьма различной степени наблюдается и/или предварительно за / полифторированные видов может начаться. Точная масса обеспечивает сравнительно небольшой список потенциальных химических формул для сопоставления, но недостаточно для идентификации без добавления спектральных соответствия изотоп картины массовых спектр41. С высоким разрешением данные MS1 один или более предполагаемые химические формулы противопоставляется изотопный отпечатков пальцев массового спектра и забил (рис. 8). Формулы для сопоставления может генерироваться ab initio с использованием определенного пула атомов или могут быть получены из комбинации литературы сообщили соединений и содержимое одной или нескольких баз данных. Хозяева нас EPA химии приборной панели (https://comptox.epa.gov/dashboard/) постоянно обновляемый список соединений ПФАС выявленные Агентством, а также списки составитель других организаций, например сети Норман42. Химические формулы могут быть далее подтверждены, и некоторые структурная информация может быть получил от МС/МС спектры (рис. 9). Кандидат структуры доступны из крупных химических баз данных как химия приборной панели EPA, Pubchem, CAS реестра и т.д. Предсказал спектров могут создаваться или приобретенных с помощью различных программ фрагментации и назначен,43 или МС/МС спектры могут быть интерпретированы вручную. Пример матрицы данных доступны в дополнительной информации, содержащей весь особенность матрицы из десяти образцов (5 вверх, 5 вниз по течению) собраны вверх по течению и вниз по течению от точечного источника флуорхимических. Каждая строка представляет функцию химических с связанные хранения времени, нейтральной массы, массового спектра и изобилия сырья для каждого образца. (Дополнительные таблицы, лист 1). Первоначальный фильтрации (Справочная таблица, лист 2) для отрицательных дефект массы и статистической значимости в непарных t теста между вверх и вниз по течению уменьшает количество «интересных» химических особенностей ~ 120. Предсказал химические формулы были получены из Agilent IDBrowser и поиск против EPA приборной панели Comptox химических веществ, который вернулся матчи (Справочная таблица, лист 3) возможно. «Топ хит» для каждого химическая формула, основанная на данных источников37 был назначен (Справочная таблица, лист 4). Обратите внимание, что более половины из оставшихся функций не имеют высокое качество совпадения. Выявленные особенности с совпадений может быть результатом формирования в исходном фрагментация/аддукт, бедные формула уступки, или выявление PFASs не найден в исходной базе данных. Интерпретация спектров сырья с целью проверки назначения выходит за рамки этой рукописи, но более подробную информацию можно найти в работах цитируется15,,3031,44, 45. ID Имя образца Тип образца STD Conc Во флаконе LC метод MS-метод 1 DB_001 Пустой 1: A, 1 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 2 DB_002 Пустой 1: A, 1 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 3 DB_003 Пустой 1: A, 1 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 4 DB_004 Пустой 1: A, 1 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 5 DB_005 Пустой 1: A, 1 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 6 FB Пустой 1: A, 2 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 7 10 std Стандарт 10 1: A, 3 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 8 25 std Стандарт 25 1: A, 4 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 9 50 std Стандарт 50 1: A, 5 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 10 100 std Стандарт 100 1: A, 6 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 11 250 std Стандарт 250 1: A, 7 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 12 500 std Стандарт 500 1: A, 8 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 13 750 std Стандарт 750 1: B, 1 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 14 1000 std Стандарт 1000 1: B, 2 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 15 DB_006 Пустой 1: B, 3 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 16 SB_DUP1 Аналита 1, 4: B ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 17 SB_DUP2 Аналита 1: B, 5 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 18 SW сайт 03 Аналита 1: B, 6 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 19 SW сайта 16 Аналита 1: B, 7 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 20 SW сайт 30 Аналита 1: B, 8 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 21 DB_007 Аналита 1:, 1 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 22 SW сайта 19 Аналита 1, 2: ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 23 SW сайт 48 Аналита 1:, 3 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 24 SW сайт 49 Аналита 1, 4: ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 25 SW сайт 05 Аналита 1, 5: ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 26 SW сайт 47 Пустой 1:, 6 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 27 DB_008 Аналита 1:, 7 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 28 SW сайта 19_DUP Аналита 1:, 8 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 29 SW сайта 20 Аналита 1: D, 1 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 30 SW сайта 21 Аналита 1, 2: D ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 31 SW сайта 46 Аналита 1, 3: D ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 32 SW сайт 47 Аналита 1, 4: D ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 33 DB_009 Пустой 1, 5: D ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 28 SW сайт 32 Аналита 1, 6: D ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 29 SW сайт 50 Аналита 1: D, 7 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 30 SW сайт 25 Аналита 1: D, 8 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 31 SW сайта 21_DUP Аналита ДЕФЛЕКТОР, 1 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 32 SW сайт 52 Аналита ДЕФЛЕКТОР, 2 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 33 DB_010 Пустой ДЕФЛЕКТОР, 3 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 34 FB Пустой 1: A, 2 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 35 10 std Стандарт 10 1: A, 3 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 36 25 std Стандарт 25 1: A, 4 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 37 50 std Стандарт 50 1: A, 5 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 38 100 std Стандарт 100 1: A, 6 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 39 250 std Стандарт 250 1: A, 7 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 40 500 std Стандарт 500 1: A, 8 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 41 750 std Стандарт 750 1: B, 1 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 42 1000 std Стандарт 1000 1: B, 2 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 43 DB_011 Пустой 1: B, 2 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин 44 DB_012 Пустой ДЕФЛЕКТОР, 4 ПФАС град 400uL мин – 9 запуска PFCMXA + HFPO-DA МС/МС – 9 мин Таблица 1: Пример рабочего списка целевых анализа и количественный ПФАС с использованием LC-MS/MS Время(мин)0 % A(Ацетат аммония 2,5 мм в 5% метанола)90 % B(2,5 мм аммония ацетат в 95% метанола)10 5 15 85 5.1 0 100 7 0 100 7.1 90 10 9 90 10 Таблица 2: Пример Градиент для разделения LC в Целевой анализ Капилярные напряжение (кв) 1.97 Конус напряжение (V) 15 Экстрактор напряжение (V) 3 RF объектив (V) 0,3 Источник Temp 150 Desolvation темп 40 Desolvation газовый поток (Л/ч) 300 Конус потока газа (Л/ч) 2 Таблица 3: Параметры источник ионизации для целенаправленного анализа CMP Предшественник Продукта Время пребывания Конус напряжение (V) Энергия столкновения (eV) PFBA 212.80 168.75 0.01 15 10 13C 4-PFBA- 216.80 171.75 0.01 15 10 PFPeA 262.85 218.75 0.01 15 9 ПФБС ° 1 298.70 79.90 0.01 40 30 ПФБС ° 2 298.70 98.80 0.01 40 28 PFHxA ° 1 312.70 118.70 0.01 13 21 PFHxA ° 2 312.70 268.70 0.01 13 10 13C 2-PFHxA- 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-ДА-1° 332.16 168.90 0.01 10 12 HFPO-ДА-2° 332.16 286.90 0.01 10 6 PFHpA ° 1 362.65 168.65 0.01 14 17 PFHpA ° 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- 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 ЯВЛЯЕТСЯ 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 — 467.60 422.60 0.01 15 11 ПФОС ° 1 498.65 79.90 0.01 60 48 ПФОС ° 2 498.65 98.80 0.01 60 38 13C 4-ПФОС 502.60 79.70 0.01 60 48 PFDA ° 1 512.60 218.75 0.01 16 18 PFDA ° 2 512.60 468.55 0.01 16 12 13C 2 – PFDA ЯВЛЯЕТСЯ 514.60 469.55 0.01 16 12 Таблица 4: Пример перехода таблица и МС/МС параметры для содержимого административным-MXA, наряду с HFPO-DA Время(мин) % A(Ацетат аммония 2,5 мм в 5% метанола) % B(2,5 мм аммония ацетат в 95% метанола) 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 Таблица 5: Пример Градиент для разделения LC-Целевой анализ Profinder параметра Значение параметра Пик добычи высота фильтра 800 графов Разрешенные Ion(s) -H / + H Функция извлечения изотоп модель Общие органические молекулы Позволяет государствам заряда 2 – Ян Подворье пороговое количество ионов Два или более ионов Выравнивание RT толерантности 0.40 мин + 0.0% Выравнивания массы толерантности 20.00 ppm + 2.0mDa После обработки абсолютная высота фильтра > = 10000 счетчиков в одном образце MFE Оценка фильтр обработки > = 75 в одном образце Пик интеграции алгоритм Гибкой 2 Пик интеграции высота фильтра > = 5000 пунктов Найти, Ион абсолютная высота фильтра > = 7500 счетчиков в одном образце Найти, Ион Оценка фильтра > = 50,00 в одном образце Таблица 6: Молекулярные функция извлечения и выравнивание настройки для Profinder программного обеспечения. Все частные значения сохранили свои параметры по умолчанию для обработки данных. Ион изобилие порог Особенность пороги Реплицировать порог (n = 5) Во время выполнения Особенности Перевал реплицировать порог Пройти порог CV Особенности до 90% ИТК 1 x S/N 2000 года Нет 8.15 987 505 421 91 2 x S/N 5000 Нет 5.02 707 357 313 93 3 x S/N 10000 Нет 2.3 308 249 230 93 1 x S/N 2000 года 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 Таблица 7: Сравнение образца время обработки и идентификации химических компонентов для различных функций извлечения порогов. Рисунок 1 : Всего Хроматограмма Ион и извлечения ионов хроматограммы для подмножества стандартов эфира перфторированные. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 2 : Представитель калибровочные кривые для соединений демонстрируют снижение качества аналитической кривой строительства. Левая панель показывает высокое качество калибровки; Средняя группа указывает соединение с бедными точности через подготовку дубликаты, особенно в более высоких концентрациях; Правой панели указывает кривой с плохой точность и низкий линейный динамический диапазон, что приводит к плоский ответ на высоком конце диапазона калибровка и не обнаруженный сигнал на нижнем конце. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 3 : Обложил всего Ион хроматограммы (ИТК) для поверхностных вод извлекает собраны вверх и вниз по течению от флуорхимических производства сайта. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 4 : Извлеченные Ион хроматограммы (EIC) для всех определенных химических компонентов из образца поверхностных вод, содержащих несколько классов флуорхимических. Каждый химический трассировки является другой цвет для дифференциации. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 5 : Концептуальная схема сырья и предсказал информации для химических компонентов, определены как Гексафторпропилен оксид димер кислоты (HFPO-DA). Химические компоненты компилируются из программного обеспечения извлечения исходных данных из MS измерений и содержат хроматографического (например, время удерживания (RT)) и массового спектрометрирования информации. Предсказал формула, структуры и химического тождества создаются из сырых измерений данных для каждой функции. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 6 : Сюжет дефект массы для химических компонентов, определенных в производство устья (красная, слева) и ссылка поверхностных вод (синяя, справа). Фторированные соединения попадают вблизи и ниже пунктирной нулевой линии. Обратите внимание, стойких серии PFOA/ПФОС в образце фоновой поверхности воды (справа). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 7 : Масса против дефект массы участок для неопознанных химических компонентов из образца поверхности воды с гомологичных рядов выявлены и обозначены nontarget пакет Р. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 8 : Масса спектр неизвестных химических особенностей с предсказал изотопный интенсивности трех возможных химическая формула с же monoisotopic Массачусетс Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 9 : Фрагментация спектра эфира перфторированные соединения с аннотацией фрагмент пиков. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 10 : Графическое представление фильтрацию порогов. Слева направо, Ион изобилие порог для массового спектры химических компонентов есть изобилие порог для извлечения хроматографического функций и реплицировать порог для функция частота обнаружения в трех экземплярах инъекции эксперимент. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Discussion

Пример обработки и подготовки
Включение ссылок/Спайк стандартов имеют первостепенное значение для любой целевой анализ, как они обеспечивают поддержку для проверки аналитической действительность. Отсутствие образцов КК предотвращает любой оценки точности результатов; повсеместный характер фторированных соединений означает, что вероятность контаминации образцов поля, обработки материалов, или LC-MS системы не является редкостью и должны быть учтены. Кроме того, оно позволяет для проверки протокола независимо от различия в образце изо дня в день обработки, как многие шаги, может быть сильно варьируется, особенно SPE и образцы концентрации шагов. Извлечение наследие и Роман перфторированные может сильно влиянием выбор стационарной фазы для концентрации и компонентов исходного образцов, таких как pH и солености46. Влияние условий выборки следует рассматривать, если интерес представляют отдельных классов химических веществ pefluorinated. Схемы подготовки альтернативных образцов для водных экстрактов может использоваться, если лабораторной установки доступен и анализ данных по-прежнему аналогичные.

Анализ целевых данных
Для соединений с имеющихся стандартов и соответствием, стабильный изотоп, помечены внутренних стандартов, основные проблемы для анализа данных инструментальных и определение пределов обнаружения метода и подходящих диапазонов отчетности может быть определена на Лаборатория, Лаборатория основе, используя стандартные подходы, такие, как соотношение сигнал шум от низкого уровня стандарта шипы47. В случае отсутствия подходящих внутренних стандартов могут возникать ошибки из несовпадающие матрица эффектов, и точные обратно предсказание шипами образцов может использоваться для оценки точности измерений. При отсутствии стандартов подготовить кривой, количественная оценка неизвестного могут быть сделаны рассматривая его одинаково близко соответствует стандарту соединения, но ошибки в оценке составляет порядка 10 + раза с ограниченной способностью количественную оценку неопределенности, см. Маккорд, Ньютон и Strynar21. В этих случаях данные о тенденциях по-прежнему могут быть собраны, но концентрации оценки по существу ненадежно.

Анализ данных, не являющихся объектом
Пик собирание параметры имеют существенное влияние на количество химических особенностей определены, но также сильно повлияли качество выбора компонентов. Решения интерес в максимальной комплектации являются 1) интенсивность отдельных масс должны быть включены в спектрах, порог изобилие Ион 2) интенсивность извлеченные Хроматограмма пики могут считаться функции, функция изобилие порог 3) функция обнаружения частоты, реплицировать порога и 4) аналитические вариации, порог CV (Рисунок 10).

Настройка нереально низкие пороговые значения для пик собирание результаты в экспоненциальное увеличение времени выборки для разрешения дополнительных особенностей залегания более низкой (Таблица 7). Ион изобилие фильтры порог массы спектральные характеристики где достаточно распространённость отдельных изотопов не пройти порог. Это идеально выбирает только для функций с качества МС спектры, обеспечивая что они реальные химических компонентов, вместо того, чтобы инструментальная шум и Формула прогнозирования в обработке. Соответствующий порог основана на инструментальные шум, идеально по крайней мере 3 x шумового порога для MS1 сканирует. Особенность изобилие порог фильтры химические функций на основе интенсивности или площадь хроматографического функции извлечены. Этот шаг позволяет неприятие низкой изобилие пиков, которые, как правило, низкое хроматографическое качество, высокие разницы или являются результатом других бедных программного обеспечения извлечения. Соответствующий порог должен быть определен на эксперимент и на матрицу на основе приемлемого уровня бедных особенность поколения (например, особенности ниже порога экспонат неприемлемо плохой хроматографии). Далее можно использовать отклонить функций на уровне хроматографического, основанный на несовместимые идентификации в аналитической и/или подготовительные реплицирует (реплицировать порог) или основанные на плохой воспроизводимости через реплицирует (CV порог) аналитического контроля качества. Соответствующие уровни зависят от качества используемого программного обеспечения интеграции пик и химических образований проводится расследование. Для водорастворимых перфторированных соединений и слегка оптимизированной интеграции протоколов, функции должны быть определены в 80 + % аналитических реплицирует и CVs, как ожидается, падение ниже 30%, как описано в разделе методы.

Пики, обнаружено от не являющихся объектом анализа не дают количественных оценок концентраций обнаружены материалы. Кроме того, личность верно неизвестных может быть трудно подтвердить, потому что отсутствуют Роман соединений из публично доступных баз данных. Новые структурные определения требует обширного анализа с несколько методов и требует опыта в масс-спектрометрии и химии. Однако нормализующее пик области химических особенностей может обеспечить полу количественные оценки концентраций неизвестными из известных видов21. Если используются последовательной выборки и этапы подготовки, время тенденция информация для отдельных видов может быть создана следить за сохранением химического вещества в будущем как ответ для отдельных видов должны согласовываться запрет большой вариации в матрице21.

Основным преимуществом данного метода является расширяемость пример лечения для целевых и неадресных анализа. Хотя Целевой анализ предоставляет эквивалент или выше количественную информацию, она значительно не хватает охвата анализа, требуемой при работе с новых и новых материалов, а также их связь с матрица материалы. Применяя целевой методологии, или даже подозреваемого скрининг метод основаны только на известных материалов и ограниченной базы данных полностью слепые ранее ненаблюдаемых видов, даже если они могут иметь значительные здоровья последствия. Улучшает программное обеспечение и базы данных становятся более надежной, точность идентификации неизвестных будет продолжать расти, с сопутствующей уменьшение времени инвестиций и уровень знаний, необходимых для анализа многомерных данных, генерируемых это подход. Тем не менее данные, полученные в настоящее время имеет важное значение будущих потому что банковских данных позволяет для анализа пост hoc с недавно разработанного программного обеспечения и позволяет сравнения во времени, даже если личность обнаруженного комплекса в настоящее время неизвестна.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Охране окружающей среды США, через ее Управление по исследованиям и развитию, финансируемых и управляемых исследований, описанных здесь. Этот документ был рассмотрен агентство по охране окружающей среды США, управления исследований и развития и утвержден для публикации. Мнения, выраженные в этой статье, принадлежат авторам и не обязательно отражают взгляды или политику США агентства по охране окружающей среды. Это исследование отчасти поддержали назначение докторской программы исследований в национальной лаборатории исследований воздействия ведении Окриджская институт науки и образования через межучрежденческое соглашение DW89992431601 между Министерство энергетики США и агентство по охране окружающей среды США.

Materials

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. . Provisional Health Advisories for Perfluorooctanoic Acid (PFOA) and Perfluorooctane Sulfonate (PFOS). United States Environmental Protection Agency. , (2009).
  2. . Lifetime Health Advisories and Health Effects Support Documents for Perfluorooctanoic Acid and Perfluorooctane Sulfonate. United States Environmental Protection Agency. , 33250-33251 (2016).
  3. . 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)
  4. EPA and 3M Announce phase out of PFOS. Environmental Protection Agency Available from: https://yosemite.epa.gov/opa/admpress.nsf/0/33aa946e6cb11f35852568e1005246b4 (2000)
  5. 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).
  6. Scheringer, M., et al. Helsingør Statement on poly- and perfluorinated alkyl substances (PFASs). Chemosphere. 114, 337-339 (2014).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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. , (2009).
  10. 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).
  11. Ahrens, L. Polyfluoroalkyl compounds in the aquatic environment: a review of their occurrence and fate. Journal of Environmental Monitoring. 13 (1), 20-31 (2011).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Schaider, L. A., et al. Fluorinated Compounds in U.S. Fast Food Packaging. Environmental Science & Technology Letters. 4 (3), 105-111 (2017).
  16. Lindstrom, A. B., Strynar, M. J., Libelo, E. L. Polyfluorinated Compounds: Past, Present, and Future. Environmental Science & Technology. 45 (19), 7954 (2011).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. Cajka, T., Fiehn, O. Toward Merging Untargeted and Targeted Methods in Mass Spectrometry-Based Metabolomics and Lipidomics. Analytical Chemistry. 88 (1), 524-545 (2016).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
  27. Viant, M. R., Sommer, U. Mass spectrometry based environmental metabolomics: a primer and review. Metabolomics. 9 (1), 144-158 (2013).
  28. Xiao, F. Emerging poly- and perfluoroalkyl substances in the aquatic environment: A review of current literature. Water Research. 124, 482-495 (2017).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. Forsberg, E. M., et al. Data processing, multi-omic pathway mapping, and metabolite activity analysis using XCMS Online. Nature Protocols. 13, 633 (2018).
  33. Sturm, M., et al. OpenMS – An open-source software framework for mass spectrometry. BMC Bioinformatics. 9 (1), 163 (2008).
  34. Kind, T., Fiehn, O. Seven Golden Rules for heuristic filtering of molecular formulas obtained by accurate mass spectrometry. BMC Bioinformatics. 8, 105-105 (2007).
  35. Loos, M., Singer, H. Nontargeted homologue series extraction from hyphenated high resolution mass spectrometry data. Journal of Cheminformatics. 9, 12 (2017).
  36. 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).
  37. 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).
  38. 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).
  39. Tautenhahn, R., Böttcher, C., Neumann, S. Highly sensitive feature detection for high resolution LC/MS. BMC Bioinformatics. 9, 504 (2008).
  40. 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).
  41. 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).
  42. 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).
  43. 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).
  44. 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, 269-280 (2016).
  45. 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).
  46. 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).
  47. Definition, Definition and Procedure for the Determination of the Method Detection Limit (Revision 2). Environmental Protection Agency. , (2016).

Tags

Per- And Polyfluorinated ChemicalsPFASHigh-resolution Mass SpectrometryTargeted And Non-targeted ScreeningSample CollectionSample PreparationSolid-phase ExtractionQuantitationCalibrationInternal Standards

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
McCord, J., Strynar, M. Identifying Per- and Polyfluorinated Chemical Species with a Combined Targeted and Non-Targeted-Screening High-Resolution Mass Spectrometry Workflow. J. Vis. Exp. (146), e59142, doi:10.3791/59142 (2019).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image