Đang tải...
Phương pháp Phân tích Thường quy Ổn định và Nhạy cho 40 Hợp chất PFAS trong Nước Mặt bằng Hệ thống SCIEX 7500
Liesel Claeys1, Fred van Geenen2, Kevin Privat3, Fien Van Daele1, Leen Vandekerckhove1, Said El Ouadi2, và Jianru Stahl-Zeng4
1VMM, Bỉ, 2SCIEX, Hà Lan, 3SCIEX, Pháp, 4SCIEX, Đức
Tóm tắt
Báo cáo kỹ thuật này mô tả một phương pháp ổn định và nhạy để phân tích các chất per- và polyfluoroalkyl (PFAS) trong nước mặt dựa trên Chỉ thị 2020/2184 của EU và WAC/IV/A/025 và được công nhận theo tiêu chuẩn ISO 17025. Sử dụng hệ thống SCIEX 7500, một phương pháp toàn diện cho 40 hợp chất PFAS được phát triển với giới hạn phát hiện (LOD) từ 0,5 - 5 ng/L và giới hạn định lượng (LOQ) từ 1 - 10 ng/L trong nước mặt. Nghiên cứu thẩm định cho thấy độ chính xác, độ lặp lại tốt và thời hạn sử dụng 4 tuần cho tất cả các hợp chất PFAS. Một chương trình kiểm soát chất lượng kỹ lưỡng đã được thực hiện để đảm bảo chất lượng dữ liệu nhất quán trong quá trình phân tích thường quy. Ví dụ, biểu đồ Shewhart cho PFBS cho thấy độ chính xác và độ ổn định của thiết bị tốt đối với mẫu chuẩn 60 ng/L (xem Hình 1). Việc sử dụng các cột tính toán và quy tắc gắn cờ tùy chỉnh trong phần mềm SCIEX OS giúp xử lý và xem xét dữ liệu nhanh chóng, hiệu quả.
Hình 1. Biểu đổ kiểm soát Shewhart cho 80 mẻ mẫu với nồng độ PFBS 60 ng/L.
Ghi chú: Biểu đồ kiểm soát Shewhart, do Walter A. Shewhart phát triển vào những năm 1920 tại Bell Labs, là biểu đồ kiểm soát thống kê (Statistical Process Control – SPC) được sử dụng phổ biến nhất. Giúp phân biệt giữa: Biến động tự nhiên (common causes) - Sự biến động bình thường, ngẫu nhiên, không thể tránh khỏi và biến động bất thường (special causes) - Sự biến động do lỗi hệ thống, sai sót thao tác, máy móc, nguyên vật liệu, v.v., cần được điều tra và khắc phục. Một biểu đồ Shewhart bao gồm: 1) Trục hoành (X-axis): Thời gian hoặc số thứ tự lô sản phẩm; 2) Trục tung (Y-axis): Giá trị đặc tính đo lường (như trọng lượng, chiều dài, nồng độ, thời gian…); 3) Đường trung bình (Center line - CL): Trung bình của các dữ liệu mẫu; 4) Giới hạn kiểm soát trên (Upper Control Limit – UCL): Thường là CL + 3σ; 4) Giới hạn kiểm soát dưới (Lower Control Limit – LCL): Thường là CL – 3σ. Nếu các điểm dữ liệu nằm trong giới hạn kiểm soát và không theo mẫu bất thường, thì quá trình được xem là ổn định. Các điểm nằm trong giới hạn kiểm soát (UCL và LCL) và không có mô hình bất thường. Cụ thể, nếu dữ liệu xuất hiện 1 hoặc nhiều điểm nằm ngoài giới hạn kiểm soát, hoặc dữ liệu ổn định, phân bố điểm ngẫu nhiên quanh trung bình thì là biến động tự nhiên. Ngược lại nếu nếu dữ liệu có 7 điểm liên tiếp tăng hoặc giảm (xu hướng đơn điệu), hoặc có 8–9 điểm liên tiếp cùng nằm một phía so với trung bình (CL), hoặc xuất hiện mô hình lặp lại định kỳ hoặc dao động bất thường lớn – nhỏ xen kẽ thì là biến động bất thường.
Những lợi ích chính cho việc phân tích PFAS trong nước mặt bằng hệ thống 7500
1. Giới thiệu
PFAS là các hóa chất tổng hợp được biết đến với tính bền vững trong môi trường và độc tính tiềm ẩn, do đó gây ra các rủi ro về môi trường và sức khỏe. Để đáp ứng, các quốc gia thành viên EU, bao gồm cả Bỉ, đã ban hành luật để điều chỉnh mức PFAS trong nước mặt. Các quy định toàn diện của Bỉ, được trình bày chi tiết trong tuyển tập về lấy mẫu, đo lường và phân tích nước của Bỉ WAC/IV/A/025,1 và phù hợp với Chỉ thị 2020/2184 của EU,2 quy định việc giám sát 42 hợp chất PFAS trong nước. Trong số này, 33 hợp chất được định lượng, 9 hợp chất nên được đo ở giới hạn báo cáo cao là 50 ng/L và 6 hợp chất bổ sung cũng được báo cáo là tổng của các đồng phân mạch thẳng và mạch nhánh của chúng.
Dựa trên các nghiên cứu trước đây,3, 4 phương pháp được mở rộng để bao gồm 40 hợp chất PFAS, kết hợp các chất phân tích bổ sung như 10:2 FTS và 4:2 FTS. Phương pháp này làm giảm ô nhiễm PFAS trong quá trình chuẩn bị mẫu và chất chuẩn để đạt được các giới hạn báo cáo thấp theo yêu cầu. Hơn nữa, các cột tính toán (calculated column – là các cột tính toán tuỳ chỉnh có thể thiết lập trong phần mềm SCIEX OS) và các tính năng quy tắc gắn cờ tùy chỉnh (Flagging rules) trong phần mềm SCIEX OS được sử dụng để nâng cao hiệu quả phân tích dữ liệu, bao gồm một chương trình kiểm soát chất lượng toàn diện đảm bảo xử lý dữ liệu nhanh chóng và đáng tin cậy. Phương pháp này đã đạt được chứng nhận theo phạm vi linh hoạt của ISO 17025.
2. Phương pháp
2.1. Kiểm soát ô nhiễm PFAS bên ngoài (external PFAS contamination): Để giảm thiểu ô nhiễm PFAS bên ngoài, công việc trong phòng thí nghiệm được thực hiện trong tủ hút dòng chảy tầng được làm sạch bằng axeton trước và sau khi sử dụng. Tất cả các dung môi và vật tư tiêu hao ban đầu đều được sàng lọc để đảm bảo rằng nồng độ PFAS nền thấp hơn LOD. Tất cả các vật tư tiêu hao và thiết bị phòng thí nghiệm (bao gồm đầu típ, ống ly tâm và dụng cụ thủy tinh) được làm sạch ba lần bằng dung dịch rửa 50:50 (v/v) methanol/acetonitrile, sau đó là lần rửa cuối cùng bằng dung môi cuối cùng mà vật tư tiêu hao đó được dự định sử dụng. Hệ thống LC được trang bị cột giữ (delay column) và cột tiền cột (pre-column). Trước khi phân tích mỗi lô mẫu, hệ thống được cân bằng trong 3 giờ sử dụng 50:50 (v/v)/ pha động A;B, ở tốc độ dòng 0,05 mL/phút, và thể tích tiêm 1 µL để hạn chế ô nhiễm từ pha động và thiết bị.
2.2. Chuẩn bị chất chuẩn: Các chất chuẩn ban đầu được pha loãng trong methanol và các mẫu chuẩn cuối cùng được chuẩn bị trong LC-MS water:methanol;acetonitrile:formic acid/55,5:22,2:22,2:0,1 (v/v/v/v). Đường chuẩn có phạm vi từ 1 - 120 ng/L và nồng độ nội chuẩn bên trong là 20 ng/L.
2.3. Chuẩn bị mẫu: Các mẫu nước mặt được bảo quản trong vòng 24 giờ bằng cách thêm 4690 µL acetonitrile/methanol 50:50 (v/v) với 0,225% (v/v) formic acid vào 6000 µL mẫu và bảo quản ở 4 °C. Trước khi phân tích, 2475 µL mẫu đã được bảo quản được thêm 25 µL hỗn hợp nội chuẩn (nồng độ cuối cùng = 20 ng/L). Các mẫu được vortex và sau đó ly tâm trong 5 phút ở 4500 vòng/phút. 1000 µL dịch nổi được chuyển vào lọ polypropylene 1,5 mL, đậy nắp và đặt trong bộ lấy mẫu tự động LC-MS/MS ở 8 °C. Các mẫu được phân tích theo thứ tự sau: dung môi tiêm, chất chuẩn, mẫu trắng quy trình, chất chuẩn kiểm soát độc lập (independent control standard), mẫu hỗn hợp PFOS kỹ thuật, mười mẫu, hai mẫu kiểm soát độ trôi của chuẩn (calibration drift control sample), mười mẫu, mẫu thêm chuẩn, xác minh LODw và hai mẫu kiểm soát độ trôi của chuẩn.
2.4. Sắc ký lỏng: Tách sắc ký được thực hiện bằng hệ thống SCIEX ExionLC được sửa đổi để loại bỏ ống fluoropolymer. Các cột được sử dụng là Gemini C18 (3 µm, 100 x 2.0 mm, Phenomenex, 00D-4439-B0), SecurityGuard ULTRA Holder và cartridge (Phenomenex, AJ0-9000 and AJ0-8951), và Luna Omega PS C18 (3 µm, 100 x 2.1 mm, Phenomenex, 00D-4758- AN). Sắc ký đồ XIC xếp chồng từ chất chuẩn 120 ng/L được hiển thị trong Hình 2. Dựa trên các báo cáo kỹ thuật trước đây,3,4 gradient được tối ưu hóa bằng cách sửa đổi pha động B thành acetonitrile/methanol theo tỷ lệ 50:50 (v/v) và phương pháp đã được mở rộng từ 26 hợp chất PFAS với 3 đồng phân mạch nhánh thành 40 hợp chất với 6 đồng phân mạch nhánh bổ sung được định lượng là tổng của các đồng phân mạch nhánh và mạch thẳng. Các hợp chất mới là: 10:2 FTS, 4:2 FTS, 6:2 diPAP, 6:2/8:2 diPAP, 8:2 FTS, EtPFOSA, mạch nhánh EtPFOSA, MePFBSA, MePFBSAA, MePFOSA, mạch nhánh MePFOSA, MePFOSAA, PFBSA, PFECHS, PFHxDA, PFHxSA, PFOSA, mạch nhánh PFOSA và PFTeDA.
2.5. Khối phổ: Các mẫu được phân tích bằng hệ thống SCIEX Triple Quad 7500 với nguồn ion OptiFlow Pro. Các thông số nguồn và khí được liệt kê trong Bảng 1, các chuyển tiếp và thông số cụ thể của hợp chất có thể được yêu cầu qua sciexnow@SCIEX.com.
2.6. Xử lý dữ liệu: Thu thập và xử lý dữ liệu được thực hiện bằng phần mềm SCIEX OS (phiên bản 3.3). Phương pháp xử lý được xây dựng để cho phép các phép tính tùy chỉnh và gắn cờ kết quả tự động.
Hình 2. XIC cho chất chuẩn PFAS hỗn hợp 120 ng/L.
Bảng 1. Các thông số nguồn và khí được tối ưu hóa để phân tích PFAS trong nước mặt bằng hệ thống 7500.
3. Kết quả và thảo luận
3.1. Giới hạn phát hiện của thiết bị (IDL) và phạm vi động tuyến tính (linear dynamic range) trong các mẫu dung môi tiêm
Việc thẩm định được thực hiện theo các hướng dẫn được nêu trong tài liệu WAC/VI/A/001,5 kết hợp với quy trình thẩm định nội bộ.
Giới hạn phát hiện của thiết bị (LODinstr): LODinstr được xác định bằng cách thêm chất chuẩn vào dung môi tiêm với nồng độ từ 0,001 đến 5,0 ng/L. Nồng độ thấp nhất đáp ứng các tiêu chí nhận dạng do Quyết định của Ủy ban N° 2002/657/EC đặt ra được ghi lại là LODinstr. Nồng độ LODinstr riêng lẻ được trình bày trong Bảng 2.
Độ tuyến tính: Phạm vi động tuyến tính cho mỗi hợp chất được thiết lập bằng cách sử dụng ≥ 6 nồng độ được chuẩn bị trong dung môi tiêm có phạm vi từ LODinstr đến 120 ng/L. Kết quả từ F-test (r² > 0,99, trọng số 1/x) cho thấy hầu hết các hợp chất PFAS đều tuyến tính trong khi 6:2 FTS, 8:2 FTS, EtPFOSAA, PFBA, PFDS, PFECHS, PFHxS, PFHxSA, PFNS và PFOA thể hiện hiệu suất bậc hai (Bảng 2).
Bảng 2. Các thông số thẩm định để phân tích PFAS trong nước mặt. Viết tắt: CV = hệ số biến thiên độ lặp lại nội bộ %, LODinstr = giới hạn phát hiện của thiết bị, LODw = giới hạn phát hiện cho nước mặt, LOQw = giới hạn định lượng cho nước mặt, U = độ không đảm bảo đo.5, 6
3.2. Thẩm định phương pháp trong nước mặt
Giới hạn phát hiện (LODw) và định lượng (LOQw) trong nước mặt: LODw và LOQw được xác định bằng cách sử dụng năm mẫu nước mặt đã thêm chuẩn khác nhau, mỗi mẫu được phân tích lặp lại vào năm ngày khác nhau (n = 5). Các mẫu nước mặt được thêm chuẩn với tất cả các hợp chất ở nồng độ 2 ng/L. LODw được tính bằng ba lần độ lệch chuẩn (LOD = 3 x SD) giữa các mẫu, giữa các ngày và LOQw được xác định là hai lần LODw (LOQ = 2 x LOD). Nồng độ nền trung bình của dung môi tiêm được thêm vào các giá trị LODw và LOQw trung bình để thiết lập LODw và LOQw cuối cùng.5 LODw dao động từ 0,5-5 ng/L và LOQw dao động từ 1-10 ng/L (Bảng 2).
Độ tái lặp: Độ tái lặp nội bộ phòng thí nghiệm (Intra-laboratory reproducibility) được đánh giá bằng cách sử dụng năm mẫu nước mặt khác nhau được phân tích lặp lại và thêm chuẩn ở nồng độ 20 ng/L cho hầu hết các chất phân tích PFAS. Các trường hợp ngoại lệ là đối với các hợp chất chỉ thị (PFTrDA, PFDoDS, PFUnDS, PFTrDS, 10:2 FTS, 6:2 diPAP và 6:2/8:2 diPAP) được thêm chuẩn ở nồng độ 50 ng/L. Cách tiếp cận này được thực hiện vào 5 ngày khác nhau. Hệ số biến thiên (CV) thấp hơn 20% đối với tất cả các thành phần, đáp ứng các yêu cầu của phương pháp (Bảng 2).
Độ chính xác: Năm mẫu nước mặt được thêm chuẩn ở nồng độ 10 và 20 ng/L, trong khi các hợp chất chỉ thị được liệt kê được thêm chuẩn ở nồng độ 50 và 80 ng/L và được phân tích vào năm ngày riêng biệt. Đối với 96% các phép đo, độ không đảm bảo đo (U) nhỏ hơn 30%, đáp ứng các yêu cầu của phương pháp.6 Độ chính xác được theo dõi trong mỗi lô và phải nằm trong khoảng từ 70% đến 130%.
Thời hạn sử dụng của mẫu: Năm mẫu nước mặt được bảo quản, thêm chuẩn ở nồng độ 60 ng/L và đo trong 6 tuần liên tiếp để xác định độ ổn định của chất phân tích (thời hạn sử dụng). Kết quả hàng tuần được so sánh với nồng độ trung bình vào ngày 0, x1 và độ không đảm bảo liên quan, U.6 Thời hạn sử dụng được chấp nhận nếu nồng độ trung bình hàng tuần (xi) nằm trong phạm vi nồng độ trung bình và độ không đảm bảo vào ngày 0 (x1 ± U). Đối với phân tích này, thời hạn sử dụng được thiết lập là 4 tuần cho tất cả các hợp chất PFAS (Bảng 2).
3.3. Chương trình kiểm soát chất lượng toàn diện: Sử dụng các cột tính toán và quy tắc gắn cờ trong SCIEX OS
Để đảm bảo chất lượng dữ liệu nhất quán trong quá trình phân tích thường quy, một số kiểm tra kiểm soát chất lượng (QC) đã được thực hiện dựa trên WAC/VI/A/003 và hướng dẫn VMM.7 Phần mềm SCIEX OS cho phép thêm các cột tính toán do người dùng xác định và quy tắc gắn cờ vào Bảng kết quả,8,9 loại bỏ nhu cầu về phần mềm bên ngoài, giảm lỗi sao chép và rủi ro tuân thủ. Các tính năng này đã được thiết lập trong phương pháp xử lý, cho phép gắn cờ tự động ngay sau khi các mẫu được thu thập. Các quy tắc gắn cờ tùy chỉnh làm nổi bật các giá trị ngoại lệ bằng màu xanh lam hoặc đỏ để xem xét đơn giản và rõ ràng về chất lượng dữ liệu và hiệu suất phân tích (Hình 3). Cách tiếp cận này giúp giảm 50% thời gian phân tích và xem xét dữ liệu. Các phép tính tùy chỉnh và quy tắc gắn cờ có thể được tải xuống bằng cách liên hệ với sciexnow@SCIEX.com.
Hình 3. Bảng kết quả SCIEX OS cho chuyển đổi định lượng PFBS. Dữ liệu được xây dựng để chứng minh các quy tắc gắn cờ. Điểm chuẩn 5 (‘ijk 5 - 20 ng/L’) đã được thao tác, gắn cờ ‘tỷ lệ ion’ và ‘A3_combined’. Tương tự, đối với độ trôi đầu tiên ('drift 40 ng/L – ijk 6') và mẫu thêm chuẩn ('QC'), gắn cờ ‘tỷ lệ ion’, 'Độ chính xác' và 'QC_shift'. Viết tắt: A0 và A3 = một phần của công thức độ chính xác cho các cột tính toán của đường chuẩn, ICS = chất chuẩn kiểm soát độc lập, Ijk = điểm chuẩn, IS = nội chuẩn, LOQw trong inj solv = Dung môi tiêm đã thêm chuẩn với giới hạn định lượng từ nước mặt, N/A = không áp dụng, PFBS = axit perfluorobutanesulfonic, QC = mẫu thêm chuẩn với nồng độ chuẩn đã biết, Rt = thời gian lưu, SD = chất chuẩn, TM = hỗn hợp kỹ thuật.
Các kiểm tra QC cụ thể là:
Bảng 3. Các cột tính tùy chỉnh được sử dụng để đánh giá sự thay đổi thời gian lưu của PFBA.
Hình 4. Phân tách các đồng phân mạch nhánh và mạch thẳng trong chất chuẩn PFOS cấp kỹ thuật.
4. Kết luận
Một phương pháp nhạy bén và mạnh mẽ đã được phát triển để phân tích 40 hợp chất PFAS trong nước mặt bằng hệ thống SCIEX 7500. Phương pháp này dựa trên chỉ thị 2020/2184 của EU và WAC/IV/A/025, đồng thời đã đạt được chứng nhận với phạm vi linh hoạt theo tiêu chuẩn ISO 17025. Các cột tính toán và quy tắc gắn cờ tùy chỉnh trong SCIEX OS đã được sử dụng để nâng cao quá trình xử lý và xem xét dữ liệu, giúp tiết kiệm 50% thời gian.
5. Tài liệu tham khảo
