Name: identifying per- and polyfluorinated chemical species with a combined targeted and non-targeted-screening high-resolution mass spectrometry workflow
Uploaded: 2019-04-18T14:00:00
Duration: 9 min 4 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Identifying Per- and Polyfluorinated Chemical Species with a Combined Targeted and Non-Targeted-Screening High-Resolution Mass Spectrometry Workflow at JoVE.c

ארצות הברית הסוכנות להגנת הסביבה, באמצעות Office של המחקר והפיתוח שלה, במימון וניהל את המחקר המתואר כאן. מסמך זה כולל נבדקו על ידי הסוכנות להגנת הסביבה של ארה ב, משרד של מחקר ופיתוח, ואף אושרו לפרסום. הדיעות במאמר זה הם אלה של המחברים, ואינן מייצגות בהכרח את ההשקפות או מדיניות של הסוכנות להגנת הסביבה ארה ב. מחקר זה נתמך בחלקה על ידי פעילות התוכנית מחקר פוסט-דוקטורט במעבדה הלאומית חשיפה המחקר מנוהל על ידי המכון אוק רידג מדע וחינוך דרך הסוכנויות DW89992431601 הסכם בין משרד האנרגיה האמריקני, הסוכנות להגנת הסביבה של ארה ב.

המחברים אין לחשוף.

עקרונות הטיפול מדגם ההכללה של הפניה/ספייק סטנדרטים הם ערך עליון בכל ניתוח ממוקד, כפי שהם מספקים ויצא מהצד השני לבדיקת תוקף אנליטית. חוסר QC דגימות מונע כל הערכה של דיוק התוצאות; הטבע בכל מקום של fluorochemicals כלומר הסיכוי לזיהום של דגימות שדה, עיבוד חומרים, או LC-MS מערכת אינו נדיר חייב להיות אחראים. עוד, זה מאפשר האימות של פרוטוקול ללא קשר וריאציה במדגם היומיומית עיבוד, כפי שרבים מהשלבים יכול להיות משתנה מאוד, במיוחד את SPE והשלבים ריכוז לדוגמה. החילוץ של שני כימיקלים perfluorinated מדור קודם, רומן יכול להיות מושפע בכבדות על-ידי הבחירה של שלב נייח ריכוז והרכיבים של הדגימות מקור, כגון pH ומליחות46. יש לקחת בחשבון את ההשפעה של תנאי מדגם אם למחלקות של pefluorinated כימיקלים הם עניין. ניתן להשתמש ערכות הכנה אלטרנטיביים דוגמת מים תמציות אם מעבדה ההתקנה אינו זמין, ניתוח הנתונים במורד הזרם נשאר דומה.
ניתוח נתונים יישוב עבור תרכובות עם סטנדרטים הזמינים, איזוטופ מתאימים, יציב עם התווית סטנדרטים פנימיים, החשש העיקרי לניתוח נתונים הם פלייבק והנחישות של שיטת זיהוי גבולות ואת טווחי דיווח מתאים יכול להיקבע על מעבדה-מאת-מעבדה בסיס שימוש בגישות סטנדרטיים, כגון יחס אות לרעש סטנדרט ברמה נמוכה קוצים47. בהיעדר תואם סטנדרטים פנימיים שגיאות מתופעות לא תואמת מטריצה יכולות להתרחש, הגב-חיזוי מדויק של דגימות מחודדים יכול לשמש כדי להעריך את הדיוק של המדידות. כאשר חסר תקנים כדי להכין עקומה, הערכה כמותית של ידוע יכול להתבצע בכך שהוא מתייחס אליה באופן זהה סטנדרט שהותאמו באופן הדוק במתחם, אך טעויות בהערכת גודל 10 + קיפול מוגבלת היכולת לכמת את הוודאות, רואה מק'קורד, ניוטון, Strynar21. במקרים אלה, עדיין ניתן לאסוף נתוני המגמה, אבל ריכוז הערכות להסתמך.
ניתוח נתונים שאינם במיקוד הגדרות האיסוף שיא יש השפעה משמעותית על מספר תכונות כימיות מזוהה, אבל האיכות של בחירת תכונות מושפע גם בכבדות. ההחלטות של התעניינות שיא האיסוף הם 1) עוצמת בודדים גושים כלילה הסף שפע יון 2) את עוצמת שחולצו chromatogram פיקס כדי להיחשב תכונות, זיהוי 3) כוללים תכונת הסף שפע ספקטרה, תדירות, הסף שכפל ו- 4) וריאציה אנליטית, הסף CV (איור 10).
הגדרת סף נמוך unrealistically עבור שיא איסוף תוצאות גידול מעריכי לדוגמה זמן לפתור את תכונות נוספות של שפע יותר ויותר נמוך (טבלה מס ' 7). המסננים הסף יון-שפע המוניים תכונות ספקטרליות איפה מספיק abundances איזוטופ בודדים שאינם עוברים את הסף. פעולה זו בוחרת באופן אידיאלי רק עבור תכונות עם איכות MS ספקטרה, הבטחת שהם תכונות כימיות ממש במקום רעש פלייבק, ומאפשר לחיזוי נוסחה בעיבוד במורד הזרם. הסף המתאים מבוססת על רעש פלייבק, אידיאלי לפחות 3 x הסף רעש עבור MS1 סורק. תכונה שפע הסף מסנן תכונות כימיות המבוססת על עוצמת או אזור של התכונה כרומטוגרפי שחולצו. שלב זה מאפשר דחייה של פסגות שפע נמוכה, אשר בדרך כלל באיכות ירודה כרומטוגרפי, יש סטיות גבוהה או הם התוצאה של מיצוי המסכן תוכנה אחרים. הסף המתאים צריכה להיקבע לכל ניסוי, לכל מטריצה המבוססת על רמת הדור המסכן תכונה (למשל, תכונות מתחת כרומטוגרפיה בעלי המסכן התערוכה הסף). בהמשך QC אנליטית יכול להיות נהגה לדחות תכונות ברמת כרומטוגרפי המבוססת על זיהוי לא עקבי באנליטי ו/או הכנה משכפל (מפתן שכפל) או בהתבסס על הפארמצבטית המסכן מעבר משכפל (CV מפתן). רמות המתאים תלויות איכות שיא שילוב התוכנה ששימשה וישויות כימי תחת חקירה. עבור תרכובות perfluorinated מסיסים במים והפרוטוקולים שילוב אופטימיזציה בקלילות, תכונות צריך להיות מזוהה ב- 80 + % אנליטי משכפל ו CVs צפויים ליפול מתחת 30%, כמפורט בסעיף שיטות.
הפסגות זוהה מניתוח שאינן ממוקדות לא תשואה הערכות כמותיות של ריכוזי החומרים זוהה. יתר על כן, הזהות של אלמונים נכון יכול להיות קשה לאשר כי תרכובות הרומן נעדרים ממסדי נתונים זמין לציבור. נחישות מבניים הרומן דורש ניתוח מקיף עם שיטות מרובות ואינו דורש מומחיות ספקטרומטר מסה וכימיה. עם זאת, נרמול האזורים שיא של תכונות כימיות יכול לספק הערכות כמותיות למחצה של ריכוזי נעלמים מינים מוכרים21. אם הדגימה עקבי ושלבי ההכנה הם מועסקים, זמן מידע מגמה עבור מינים בודדים יכול להיווצר לפקח התמדתו של חומר כימי העתיד כמו התגובה מינים בודדים צריך להיות עקבי אלא אם כן יהיו גדולים וריאציות מטריקס21.
היתרון העיקרי של שיטה זו הוא ההרחבה של הטיפול הדגימה כדי לאפשר ניתוח ממוקד והן nontargeted. בעוד ניתוח יישוב מספק מידע כמותי מקביל או מעולה, היא מאוד חסרה ולרוחבה של ניתוח הרצוי בעת התמודדות עם חומרים חדשים ומתפתחים, כמו גם היחסים שלהם לחומרים מטריקס. החלת מתודולוגיה יישוב, או אפילו חשוד הקרנת שיטה מבוסס רק על חומרים הידועים, מסדי נתונים מוגבלים עיוור לחלוטין מינים unobserved בעבר, אפילו אם ייתכן שיש להם השפעות בריאותיות משמעותיות. משפר את התוכנה, מסדי נתונים הופכים עמידים יותר, דיוק הזיהוי לא ידוע תמשיך לגדול, עם ירידה הנוטלים הזמן וההשקעה ורמת המומחיות צורך לנתח את הנתונים רב-ממדי שנוצר על ידי זה הגישה. בכל זאת, נתונים שנוצרו כיום היא בעל ערך משמעותי בעתיד כי נתונים בנקאות מאפשר ניתוח פוסט-הוק עם התוכנה החדשה שפותחה ומאפשר השוואה לאורך זמן גם אם זהותו של תרכובת שזוהו אינו ידוע כיום.

מחלקת לכל-חומרים polyfluoroalkyl (PFASs) הם מתמידים מזהמים אורגניים בדאגה לבריאות הציבור משמעותית. תרכובות ייעודיות perfluorooctanoic חומצה (PFOA) ואת perfluorooctanesulfonate (עמק חפר) יש מי שתייה בריאות המייעצת רמות שנקבעו על ידי המשרד לאיכות הסביבה1,2 , הייצור העיקריים שלהם בארה ב הפסיקה של שנות האלפיים3,4 . כדי להשיג הבנה משמעותית עבור המאפיינים של PFAS החומרים במוצר טקסטיל ומוצרי הצריכה ייצור הספירות, מאות, אם לא אלפים, של בדיקות PFAS חלופי, הביוכימיה פותחו כדי למלא נישות המוצר, כולל מחליפים תרכובות במצב deprecated5,6,7,8. יש צורך בניטור רמות איכות הסביבה של שרשרת ישר perfluorinated קרבוקסילית חומצות המתמשך, sulfonates כזה עמק חפר, PFOA, וסדרות שלהם קשורות הומולוגיים, אבל תרכובות כימיות המתעוררים שאינם מכוסים על ידי שיטות הוקמה כגון המשרד לאיכות הסביבה שיטת 5379 ולעיתים קרובות חוסר סטנדרטים אנליטיים לניתוח יישוב מסורתיים. כוונתו של פרוטוקול זה היא לפיכך כפולה. הוא מספק מסלול לניתוח LC-MS/MS יישוב של שטיח מינים במים שבו זמינות סטנדרטים אנליטיים, פרטים השילוב חלקה של שאינן ממוקדות ברזולוציה גבוהה מבוססי ספקטרומטר מסה גישה לניתוח נתונים המאפשרת זיהוי תרכובות לא ידוע או לא צפוי הדגימות באותו.
מיצוי מוצק-פאזי (SPE) היא טכניקת הוקמה כדי להפוך את הדגימה ניקוי ריכוז עם יישומים רבים analytes ודגימת מטריצות10,11. ניתוח PFAS, מרובות שלבים לפרטים מלאים כולל הלא קוטבי, functionalized הקוטב, יונים עמודות שימשו על היקף בדרגות שונות עבור מחלקות של מינים fluorinated במגוון רחב של מטריצות9,12, 13,14,15,16. ההתקדמות SPE דגימת באמצעות setups ופשוט מאוד להגדיל את התפוקה של הגישה ולשפר את הפארמצבטית הטיפול דגימה, אך התהליך הבסיסי נשאר עקבי17. גם שבוצעו ליצירת כמה ניסיונות כדי להסיר את ריכוז מנותק SPE באמצעות זריקות נפח גדול, אבל אלו דורשים שינויים כרומטוגרפיה שמעמידות אותם מחוץ לתחום ניתוח מזדמנים18,19 . ניתוח המדגם שלנו משתמשת שלב לפרטים של exchange (שעווה) אניון חלש פולימריים ביסודיות להפריד חומרים PFAS חומצי מזהמים אורגניים המסורתית תוך השגת דגימה משמעותי ריכוז גורמים. שלב שעווה זה חשוב ללכוד את חומצות perfluorinated קצרות שרשרת כגון perfluorobutane סולפונאט (PFBS) או קטונים perfluorinated כגון חומצה דיימר תחמוצת hexafluoropropylene (HFPO-DA) אשר הן פולריות יותר מאשר perfluorinated מדור קודם עוד השרשרת מינים20,21. כבר יש שינוי משמעותי לעבר אתר הכללה לנסתר fluorinated קצר יותר PFAS האחרונות כימיה5, זו בחירה שלב מאפשרת שחזור יסודית יותר של תרכובות הרומן לניתוח MS.
כימות LC-MS/MS ממוקד משתמש מאומת סטנדרטים, איזוטופ יציב עם התווית סטנדרטים פנימיים ומספק רמה ללא תחרות של ירידה לפרטים ורגישות לניתוח כמותי. גישה זו היא רצויה במצבים רבים, היא מעשית למצבים כל מדי נפוץ בניתוח. גישות יישוב עובד רק עבור מינים צפויים במדגם, ועבור אילו שיטות בעבר הוקמו. עבור תרכובות חדשים ומתפתחים, גישה זו הוא מסוגל אפילו גילוי מין זה יכול להיות מעניין, ללא קשר כימיה או ריכוז, ו ברזולוציה נמוכה ספקטרומטרים המוני אינם מסוגלים כמעט מתן מידע מספיק כדי לבצע חד-משמעית הקצאות הכימי של תרכובות לא ידוע. כתוצאה מכך, בתחום ניתוח שאינו ממוקד שצמחו, מינוף הכוח של ברזולוציה גבוהה ספקטרומטרים המונים מודרניים כדי לנתח דגימות ללא הנחה presupposed ולהקצות בדיעבד כימיקלים לתכונות לזיהוי במדגם. גישה זו כבר בשימוש נרחב בתחומי הביולוגיה22,23,24 ו מדעי הסביבה25,26,27 על שיעורים רבים של כימיקלים. Perfluorinated כימיקלים פשוטה במיוחד לזהות בשיטה זו עקב דפוסי המוני ספקטרלי הייחודי שלהם, מאות תרכובות תוארו רק העבר כמה שנים5,28.
פרוטוקול שנדונו כאן מיועדת ליישור כימות LC-MS/MS PFAS יישוב עם הצורך לזהות ולנטר באופן כמותי למחצה תרכובות המתעוררים עניין. השלב SPE מבחר, טכניקות להכנת הדגימה נועדו להבטיח לכידת של חומצות PFAS המתעוררים הידרופילית יותר מן המים, עשוי להיות פחות מתאים יותר שרשרת פולימריים מינים ומינים ללא יונית. עוד יותר, הנתונים שנוצרו על-ידי ניתוח שאינו ממוקד צפופה, של dimensionality גבוהה, אשר מחייבת שימוש תוכנה לניתוח נתונים. חבילות תוכנה כזו הם לעתים קרובות ספציפי לספק ודורשים שינוי לפעול בין פלטפורמות כלי נגינה. במידת האפשר, תהליך ניתוח שתיארנו באופן כללי מקור פתוח/freeware חלופות מוזכרים, אך היעילות והדיוק של כל גישה תוכנה חייב להיות מוערך על בסיס פרטני.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1567px;" width="1568">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:391px;">Acqity ultra-high performance liquid chromatography system&#160;</td>
			<td style="width:131px;">Waters Corporation</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:927px;">Modified with PFCs analysis kit (176001744); equivalent UPLC system is acceptible if PFAS background is checked and confirmed to be low</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Ammonium acetate</td>
			<td style="width:131px;">Fluka</td>
			<td>17836</td>
			<td>Mass spectrometry grade &#62;99% pure</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Ammonium Hydroxide</td>
			<td style="width:131px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>338818</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Balance</td>
			<td>Mettler</td>
			<td>AB204S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:391px;">BEH C18 reverse phase UPLC column, 2.1&#215;50&#160;mm, 1.7&#160;&#956;m&#160;</td>
			<td style="width:131px;">Waters Corporation</td>
			<td>186002350</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Dual piston syringe pump&#160;</td>
			<td>Waters Corporation</td>
			<td>SPC10-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Glacial Acetic Acid</td>
			<td style="width:131px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>ARK2183&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Glass Microfiber Filters</td>
			<td>Whatman</td>
			<td>1820-070</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">High density polyethelye sample bottle&#160;</td>
			<td style="width:131px;">Nalgene</td>
			<td>2189-0032&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">High Resolution Mass Spectrometer</td>
			<td style="width:131px;">Various</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Mass Spectrometer should be capable of providing accurate mass to &#60;10ppm and collecting MS/MS data.&#160; Agilent 6530 qTOF and Thermo Fisher Orbitrap Fusion were used in this work</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Methanol</td>
			<td style="width:131px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:391px;">Nitric Acid (35% w/w)</td>
			<td style="width:131px;">Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>SVCN-5-1</td>
			<td>Can be prepared in house using concentrated nitric acid and reagent water</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Polypropylene Buchner funnel</td>
			<td>ACE Glass</td>
			<td>12557-09&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Polypropylene cenitrfuge tube and cap</td>
			<td style="width:131px;">BD Falcon</td>
			<td>352096</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Polypropylene Vacuum Flask (1 L)</td>
			<td style="width:131px;">Nalgene</td>
			<td>DS4101-1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:391px;">Quattro Premier XE triple quadrupole mass spectrometer&#160;</td>
			<td style="width:131px;">Waters Corporation</td>
			<td></td>
			<td>Equivalent triple-quadrupole or better system can be used instead, should provide high sensitivity and stability for targeted analysis</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Reagent Water</td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td></td>
			<td>Any source determined to be PFAS free</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Sodium Acetate</td>
			<td style="width:131px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>W302406</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">TurboVap nitrogen evaporator&#160;</td>
			<td>Caliper Life Sciences</td>
			<td>103198</td>
			<td>Equivalent systems or rotary vacuum evaporator may be used instead</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:391px;">Weak anion exchange SPE cartridge (Oasis WAX Plus)</td>
			<td style="width:131px;">Waters Corporation</td>
			<td>186003519</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Standard Solutions</td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:391px;">2,3,3,3-Tetrafluoro-2-(1,1,2,2,3,3,3-heptafluoropropoxy)propanoic acid (HFPO-DA)</td>
			<td style="width:131px;">Wellington</td>
			<td>HFPO-DA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Additional targeted compound standards of interest</td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td></td>
			<td>to be determined based on preliminary analysis and standard availability</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Mass labeled HFPO-DA</td>
			<td style="width:131px;">Wellington</td>
			<td>M2HFPO-DA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Native PFCA/PFAS Mixture (2 ug/mL)</td>
			<td style="width:131px;">Wellington</td>
			<td>PFAC-MXA</td>
			<td>or PFAC-MXB; or individually prepared mixture containing compounds of interest</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Stable Isotope Labeled PFCA/PFAS Mixture (2 ug/mL)</td>
			<td style="width:131px;">Wellington</td>
			<td>MPFAC-MXA</td>
			<td>or MPFAC-MXB; or individually prepared mixture containing compounds of interest as appropriate for Native PFASs</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Software</td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Mass Profiler Professional</td>
			<td style="width:131px;">Agilent</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Or open source software packages</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Profinder</td>
			<td style="width:131px;">Agilent</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Or open source software packages</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

identifying per- and polyfluorinated chemical species with a combined targeted and non-targeted-screening high-resolution mass spectrometry workflow

היסטורית והעתידיים לאדם-, חומרים polyfluoroalkyl (PFASs) משכו עניין משמעותי ציבוריים, ממשלתיים סוכנויות הנסיעות מ המקומי לרמות הפדרלי. ההתפתחות המתמשכת של בדיקות PFAS, הביוכימיה מציג לאתגר ניטור סביבתי, איפה פיתוח מתמשך של שיטות יישוב בהכרח ומהפיתוח הגילוי של תרכובות כימיות חדשות. יש צורך, לכן, יש מתודולוגיות שפניה לעתיד יכולים לזהות תרכובות המתעוררים ובלתי צפויה, לפקח המינים הללו לאורך זמן, ולא לפתור את הפרטים של המבנה הכימי שלהם כדי לאפשר בעתיד לעבוד על בריאות האדם. למטרה זו, ממוקדות ללא ניתוח באמצעות ספקטרומטר מסה ברזולוציה גבוהה מציעה גישה זיהוי בסיס רחב זה יכול להיות משולב עם ערכת הכנה כמעט כל מדגם ומספק יכולות משמעותיות עבור זיהוי המורכב לאחר גילוי. במסמך זה, אנחנו תארו שיטה מדגם מיצוי מוצק-פאזי (SPE) המבוסס על ריכוז מכוון עבור שרשרת קצרה יותר, יותר הידרופילית PFAS בדיקות, הביוכימיה, כגון חומצות אתר fluorinated ו sulfonates,. ומתארות ניתוח לדוגמאות שהוכנו בצורה הזאת ב מצבי יישוב והן שאינן ממוקדות. שיטות יישוב לספק כימות מעולה בעת הפניה סטנדרטים זמינים אך מוגבלות מהותית לתרכובות הצפוי בעת ביצוע ניתוח. לעומת זאת, בגישה ממוקדות שאינם יכולים לזהות הנוכחות של תרכובות בלתי צפוי, לספק מידע מסוים אודות המבנה הכימי שלהם. מידע אודות תכונות כימיות ניתן לתאם תרכובות על פני מיקומי הדגימה ולעקוב אחר לשפע, מופע לאורך זמן.

Watch this Scientific Journal Video about Identifying Per- and Polyfluorinated Chemical Species with a Combined Targeted and Non-Targeted-Screening High-Resolution Mass Spectrometry Workflow at JoVE.c

Identifying Per- and Polyfluorinated Chemical Species with a Combined Targeted and Non-Targeted-Screening High-Resolution Mass Spectrometry Workflow

זיהוי לכל-כימית Polyfluorinated מינים בזרימת עבודה משולבת יישוב, שאינו ממוקד-סינון ברזולוציה גבוהה ספקטרומטר מסה

כאן, אנו מציגים את פרוטוקול כימות יישוב רציף וניתוח שאינן ממוקדות של תרכובות fluorinated במים באמצעות ספקטרומטר מסה. מתודולוגיה זו מספק רמות כמותית של תרכובות שטיח ידוע ומזהה כימיקלים לא ידוע בדגימות קשורים עם הערכות כמותיות למחצה של שפע שלהם.

Historical and emerging per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs) have garnered significant interest from the public and government agencies from the ...

גישה זו מאפשרת כימות של PFAS ידוע וגילוי של חומרים חדשים באותן דגימות, בהשוואה לגישות ממוקדות בלבד המפספסות תרכובות מתעוררות של דאגה. פרוטוקול זה מתמקד במגוון רחב יותר של תרכובות PFAS, המייצגות את הכימיקלים החדשים המתעוררים. אם שלב הריכוז מותאם לתרכובות, שיטות המדידה המשמשות כאן יכולות להיות מיושמות על כל סוג של כימיקלים.כדי לאסוף מדגם מהשדה, ללבוש כפפות ניטריל ולאסוף 500 עד 1,000 מיליליטר של מים ממיקום השדה בבקבוק פוליאתילן נקי בצפיפות גבוהה, HDPE או פוליפרופילן. הוסיפו חמישה מיליליטר של חומר משמר 35% חומצה חנקתית לבקבוק הדגימה ולשדה ריק, והעברו את הדגימות בחזרה למעבדה. יוצקים כל דגימה לתוך בודדים, מראש ניקה, ליטר אחד, פוליפרופילן בצפיפות גבוהה מדורגים צילינדרים, ולתקליט את הנפח המדויק של הדגימות.מוסיפים 10 מיליליטר של מתנול לכל בקבוק מדגם מרוקן לפני המכסה ורועדים במרץ כדי לשטוף חומרים נספגים לכל ופוליפלואורואלקיל, או PFAS, מפנים הבקבוק. לאחר מכן, להחזיר את דגימת המים נמדד לבקבוק שטף עם שטיפה מתנולית. כדי להשיג עקומה סטנדרטית לכמותה, מלאו שמונה בקבוקי דגימה ריקים בליטר אחד במים נטולי PFAS, ותייגו את הבקבוקים בשמונה ריכוזים במטווח שווה המכסים את טווח הכימות הרצוי.לאחר מכן, הוסיפו כמות של תערובת PFAS מקורית לכל בקבוק כדי להניב את ריכוזי PFAS המתאימים, והוסיפו את תערובת ה- PFAS הסטנדרטית הפנימית לכל מדגם בריכוז המשוער לנקודת האמצע של עקומת הכיול. לאחר מכן, לסנן את הדגימות דרך סיבי זכוכית מסננים תחת ואקום עדין לתוך בודדים, ניקה מראש, בקבוקונים בצפיפות גבוהה פוליפרופילן ואקום. אם חומר חלקיקי נשאר בתוך הבקבוק, לשטוף את המים deionized נוספים, ולסנן את לשטוף לתוך הבקבוק.עבור מיצוי שלב מוצק, להחזיר את המים המסוננים לבקבוק מדגם, ולהניח חילופי אניון חלש, או שעווה, מחסנית עם 25 מיליליטר של מתנול ו 25 מיליליטר נוספים של מים deionized. מקם את צינורות המשאבה בתוך בקבוקי הדגימה המסוננים, ותיוג מיצוי בשלב מלא, או SPE, מחסניות עם שמות המדגם המתאימים. לשאוב 500 מיליליטר של כל מדגם דרך כל מחסנית בקצב זרימה קבוע של 10 מיליליטר לדקה, השלכת זרימה דרך.הסר את מחסניות ה- WAX SPE ממשאבות הבוכנה והעבר את מחסנית ה- SPE לסעפת ואקום, המצוידת במאגרי זכוכית חיצוניים. שטפו כל מחסנית SPE עם ארבעה מיליליטר של חיץ נתרן אצטט 25 מילימולר, pH 4 תחת ואקום עדין, ואחריו לשטוף מתנול ניטרלי ארבעה מיליליטר. בסוף הכביסה, מניחים צינור פוליפרופילן 15 מיליליטר צנטריפוגה מתחת לכל מחסנית SPE כדי לאסוף את eluent, ולהטמיע את הדגימות עם ארבעה מיליליטר של 0.1% אמוניום הידרוקסיד במתנול.לאחר מכן, להסיר את צינורות elution, ולהפחית את נפח eluate ל 500 כדי 1,000 microliters על ידי אידוי תחת זרם חנקן יבש באמבט מים ב 40 מעלות צלזיוס. עבור כרומטוגרפיה נוזלית ממוקדת עם ספקטרומטריית מסה טנדם, לדלל 100 microliters של תמצית מדגם עם 300 microliters של שני מילימולר אמוניום אצטט מאגר בבקבוקון מדגם כרומטוגרפיה נוזלי בלחץ גבוה, ולהכין רשימת עבודה אנליטית המורכבת העקומה הסטנדרטית, דגימות, שכפול נוסף של העקומה הסטנדרטית כדי להעריך להיסחף אינסטרומנטלי על פני הריצה. לנתח את הדגימות באמצעות כרומטוגרפיה נוזלית סטנדרטית ושיטות ספקטרומטריית מסה שנקבעו עבור תרכובות ממוקדות של עניין.בסוף הניתוח, ליצור עקומה סטנדרטית מן הדגימות הסטנדרטיות באמצעות יחס אזור השיא של analyte לסטנדרט הפנימי לעומת ריכוז של analyte, וליצור נוסחת רגרסיה מרובעת עם אחד מעל x שקלול עבור חיזוי ריכוז. מכמתים את האנליטים הממוקדים בכל דגימה באמצעות העקומות הסטנדרטיות המוכנות ויחס השטח עבור כל מדידה. אם הריכוז חורג מטווח הכיול, מדללים את המדגם המקורי במים מיונים עם הריכוז הסטנדרטי הפנימי המתאים, ומוציאים מחדש כדי להביא את הריכוז לטווח המתאים.עבור כרומטוגרפיה נוזלית לא ממוקדת עם ספקטרומטריית מסה טנדם, לדלל 100 microliters של תמצית מדגם עם 300 microliters של מאגר אמוניום אצטט שני מילימולרים לתוך בקבוקון מדגם כרומטוגרפיה נוזלי בלחץ גבוה. לאחר הגדרת רשימת עבודה כפי שהוכח, השתמש בתוכנת המכשיר כדי לאסוף נתוני ספקטרומטריית מסת כרומטוגרפיה נוזלית עם סריקה רחבה במצב תלוי נתונים. לעיבוד נתונים לא ממוקד, פתחו את חבילת התוכנה המתאימה לחילוץ תכונות מולקולריות ובחרו 'הוספה/הסרה של קבצים לדוגמה' ו'הוספת קבצים', ובחרו את הנתונים הגולמיים מהניסוי הלא ממוקד.לחצו על הלחצן 'אשר' ובחרו 'חילוץ תכונות רקורסיביות באצווה' ו'פתח שיטה' כדי לטעון שיטה שנקבעה מראש או כדי לערוך ידנית את הגדרות התוכנה. עבור כל תכונה שנותרה לאחר הסינון, צור נוסחאות כימיות חזויות מהספקטרום המסה והמרוכב המדויק, ופתח את כלי החיפוש של לוח המחוונים של CompTox Chemicals של הסוכנות להגנת הסביבה. כדי לחפש בנוסחאות הכימיות החזויות או בהמונים הניטרליים, כדי להחזיר מבנים כימיים פוטנציאליים, בחר את סוג המזהה והדבק את רשימת המזהים בתיבת המזהה.בחר הורד נתונים כימיים וכל נתונים פיזיים, כימיים או רעילים הרצויים עבור התאמות פוטנציאליות מהתפריט הנפתח. לאחר מכן, אשר את המבנים באמצעות הסטנדרטים הזמינים ו / או ממוקד ספקטרומטריית מסה טנדם ברזולוציה גבוהה התאמת שברים נגד הספקטרום מתוך מסדי הנתונים, בספקטרום תיאורטי silico, או אוצרות ידנית. כרומטוגרפיה נוזלית כמותית עם תוצאות ספקטרומטריית מסת טנדם מוצגות בצורה של כרומטוגרמות יון עבור כרומטוגרמת היונים הכוללת וכרומטוגרמות היונים המופקות של מעברים כימיים ספציפיים לכימיקלים נמדדים.אזור השיא המשולב של מעבר כימי קשור לשפע המורכב ונוהג לשמש לחישוב הריכוז המדויק באמצעות עקומת כיול מנורמלת לסטנדרט פנימי. ניתוח לא ממוקד באמצעות סריקת טרשת נפוצה מלאה מניב כרומטוגרמת יון כוללת לדגימות, המאפשרת יצירת אד הוק של כרומטוגרמות יון שחולצו עבור יונים בודדים. תרכובות PFAS יש פגמים במסה שלילית בשל preponderance שלהם של אטומי פלואור, ותרכובות פוליפלואורין יש פגמים חיוביים אך קטנים משמעותית מסה מאשר חומרים אורגניים הומולוגיים.שלב נוסף בסינון השיטה הוא לזהות סדרות הומולוגיות המכילות יחידות חוזרות המשותפות למינים של PFAS באמצעות חבילת תוכנה מתאימה. מנתוני טרשת נפוצה ברזולוציה גבוהה, ניתן להתאים פורמולה כימית פואטית אחת או יותר לטביעת האצבע איזוטופית של ספקטרום המסה ולהבקיע. נוסחאות כימיות ניתן לאשר עוד יותר, וכמה מידע מבני ניתן לצבור מנתוני ספקטרומטריית מסה טנדם.ניתן להשתמש בניסויים נוספים בספקטרומטריית מסה כדי לאשר את זהותם של תרכובות חדשות, והשוואות מדגם יכולות לתת מידע על השכיחות והכמות היחסית של כימיקלים. חשוב מאוד שיהיו ריקים מתאימים ודגימות בקרת איכות עבור המטריצה כדי לאמת את המדידות הכמותיות והבלתי ממוקדות. האסטרטגיות המוצגות הפכו לגישה החדשה לסינון סביבתי עבור PFAS על ידי מתן אפשרות לגילוי אלמונים וחיזוי זהותם.

Research

JoVE Journal

Environment

Physical, Chemical and Biological Characterization of Six Biochars Produced for the Remediation of Contaminated Sites

פיזי, כימי וביולוגי אפיון Biochars שש הופק עבור התיקון של אתרים מזוהמים

The physical and chemical properties of biochar vary based on feedstock sources and production conditions, making it possible to engineer biochars with ...

The Use of High-resolution Infrared Thermography (HRIT) for the Study of Ice Nucleation and Ice Propagation in Plants

The Use of High-resolution Infrared Thermography HRIT for the Study of Ice Nucleation and Ice Propagation in Plants

השימוש ברזולוציה גבוהה אינפרא אדום תרמוגרפיה (HRIT) לחקר הקרח נוקלאציה וקרח רביה בצמחים

Freezing events that occur when plants are actively growing can be a lethal event, particularly if the plant has no freezing tolerance. Such frost events ...

An Aquatic Microbial Metaproteomics Workflow: From Cells to Tryptic Peptides Suitable for Tandem Mass Spectrometry-based Analysis

Metaproteomics זרימת עבודה Aquatic מיקרוביאלית: מתאים לtryptic פפטידים מתאימים לניתוח מבוסס ספקטרומטריית מסת טנדם

Meta-omic technologies such as metagenomics, metatranscriptomics and metaproteomics can aid in the understanding of microbial community structure and ...

Spotting Cheetahs: Identifying Individuals by Their Footprints

בחינת ברדלסים: אנשי זיהוי על ידי עקביהם

The cheetah (Acinonyx jubatus) is Africa's most endangered large felid and listed as Vulnerable with a declining population trend by the IUCN1. It ranges ...

Automated, High-resolution Mobile Collection System for the Nitrogen Isotopic Analysis of NOx

Automated, High-resolution Mobile Collection System for the Nitrogen Isotopic Analysis of NOx

אוטומטיות, מערכת איסוף ניידת ברזולוציה גבוהה עבור ניתוח איזוטופי החנקן של NO<sub&gt; x</sub

Nitrogen oxides (NOx = NO + NO2) are a family of atmospheric trace gases that have great impact on the environment. NOx concentrations directly influence ...

Measurement of the Rheology of Crude Oil in Equilibrium with CO2 at Reservoir Conditions

Measurement of the Rheology of Crude Oil in Equilibrium with CO2 at Reservoir Conditions

מדידה של ראולוגיה של נפט גולמי שיווי משקל עם CO<sub&gt; 2</sub&gt; בתנאים מאגר

A rheometer system to measure the rheology of crude oil in equilibrium with carbon dioxide (CO2) at high temperatures and pressures is described. The ...

The Barnacle Balanus improvisus as a Marine Model - Culturing and Gene Expression

The Barnacle Balanus improvisus as a Marine Model - Culturing and Gene Expression

זיפרגליים Balanus improvisus כמודל ימית - Culturing, ביטוי גנים

Barnacles are marine crustaceans with a sessile adult and free-swimming, planktonic larvae. The barnacle Balanus (Amphibalanus) improvisus is particularly ...

Single-throughput Complementary High-resolution Analytical Techniques for Characterizing Complex Natural Organic Matter Mixtures

יחיד-תפוקה משלימים שיטות אנליטיות ברזולוציה גבוהה עבור אפיון תערובות מורכבות חומר אורגני טבעי

Natural organic matter (NOM) is composed of a highly complex mixture of thousands of organic compounds which, historically, proved difficult to ...

Removal of Arsenic Using a Cationic Polymer Gel Impregnated with Iron Hydroxide

הסרת ארסן באמצעות ג'ל פולימרי הספוג עם הידרוקסיד ברזל

In this work, we prepared an adsorbent composed of a cationic polymer gel containing iron hydroxide in its structure designed to adsorb arsenic from ...

Sampling for Estimating Frankliniella Species Flower Thrips and Orius Species Predators in Field Experiments

Sampling for Estimating Frankliniella Species Flower Thrips and Orius Species Predators in Field Experiments

דגימה להערכת פרנקליאלה מיני פרחים ומינים טורפים בניסויי שדה

The western flower thrips, Frankliniella occidentalis (Pergande), is a polyphagous pest that has been spread worldwide. The extensive use of insecticides ...