25
n.13 marzo 2014
del Rischio Ambientale e Sanitario associato
alla contaminazione da sostanze perfluoro-
alchiliche (Pfas) nel Bacino del Po e nei
principali bacini fluviali italiani” finanziato dal
Mattm.
Per lo screening rapido il sistema ideale
consiste nel prelievo diretto del campione
di acqua, e nell’arricchimento, purificazione
e analisi on-line, ottenibile interfacciando
lo spettrometro di massa ad un sistema di
preparazione automatica delle acque che
consente di iniettare direttamente volumi fino
a 20 mL (approccio 1) secondo lo schema di
Figura 2. Il tempo totale di analisi, utilizzando
un sistema Uhplc-MS a scansione rapida è
dell’ordine di 15 min.
Nella fase di caricamento del campione gli
analiti vengono trattenuti sulla colonna di
arricchimento, mentre i componenti della
matrice non adsorbiti vengono eliminati nello
scarico. Al termine della fase di caricamento,
lo switch della valvola a 6 vie consente di
eluire gli analiti dalla colonna di carico a
quella analitica, sotto forma di un banda ben
focalizzata, eseguendo l’analisi in Uhplc-MS.
Nella Figura 3 è invece mostrato un
campionatore sequenziale automatico per
l’estrazione ed analisi online (approccio 2)
collegabile ad un sistema LC-MS per l’analisi
di composti polari e semipolari in acqua
potabili, sviluppato nell’ambito del progetto
Aquatec. In questo caso i tempi di estrazione
sono paragonabili a quelli dell’estrazione
manuale (da 30’ a 1h) e quindi permettono
la misura di non più di un campione all’ora.
Inoltre sarebbe necessario implementare un
sistema di riduzione automatica del volume di
estratto per ottenere i fattori di concentrazione
necessari a misurare analiti presenti a livello
di ng/L.
Identificazione di incogniti mediante
spettrometria di massa
Il sistema analitico attualmente più
affidabile per l’identificazione di molecole
organiche incognite, dopo la separazione
cromatografica, è la spettrometria di massa
(MS). Gli analizzatori MS sono di diverso
tipo, con caratteristiche di sensibilità,
accuratezza di massa e risoluzione molto
diverse [1] (Tabella 1). I parametri decisivi
per l’identificazione di sostanze incognite
sono il potere risolutivo, cioè la capacità di
separare due unità di massa, e l’accuratezza
sulla determinazione di masse esatte,
normalmente espressa in parti per milione
(ppm), cioè la differenza tra la massa teorica
e la massa misurata. Gli strumenti a bassa
risoluzione, quali quadrupoli, tripli quadrupoli
e trappole ioniche, forniscono solo la
massa nominale degli ioni: uno strumento a
risoluzione unitaria può perciò differenziare
ioni che hanno massa nominale diversa cioè
che differiscono di almeno una o più unità
di massa. Per misurare sperimentalmente
la massa esatta bisogna utilizzare uno
spettrometro di massa ad alta risoluzione
Hrms) in modo da calcolare una serie di
possibili composizioni elementari [2].
Gli spettrometri ad alta risoluzione disponibili,
escludendo strumentazioni particolarmente
costose come gli spettrometri a risonanza
ciclotronica (FT-ICR), sono l’analizzatore di
massa a tempo di volo (Time of Flight, TOF)
e l’Orbitrap. Il primo, che si basa sul principio
della misura del tempo di volo impiegato dallo
ione per raggiungere il rivelatore, ha elevata
accuratezza di massa (<3 ppm), risoluzione
(20.000 a masse elevate) e velocità di
scansione (fino a 20.000 scansioni/sec) [3].
L’Orbitrap, introdotto più recentemente, è un
analizzatore costituito da una cella nella quale
gli ioni vengono catturati da un potenziale
che aumenta rapidamente nell’elettrodo
centrale. Gli ioni intrappolati assumono
così traiettorie circolari attorno all’elettrodo
centrale generando così oscillazioni assiali
che vengono rivelate. Poiché la frequenza
di oscillazione è direttamente correlata al
rapporto massa/carica, lo spettro di frequenze
è trasformabile in uno spettro di massa ad
altissima risoluzione (R=60.000-100.000).
Avere un’elevata risoluzione non è però
sufficiente a garantire l’identificazione o
l’assenza di falsi positivi, anche in presenza
di una normativa che stabilisce il criteri legali
di identificazione (Decisione comunitaria
2002/657/EC). Così, un’attenta validazione
dell’intera procedura utilizzando una serie
di standard di riferimento e una valutazione
comparativa basata sulle proprietà fisico-
chimiche stimate dei composti sospetti sono
requisiti indispensabili per ridurre al minimo
il verificarsi di falsi positivi. Una risoluzione
di massa insufficiente può essere inoltre
causa di falsi negativi, come ioni isobarici
irrisolti produrranno una inaccurata massa
‘mista’. Allo stato attuale delle conoscenze
l’esperienza pratica dimostra che un potere
risolutivo compreso tra 20.000 e 60.000 è
necessario per molti microinquinanti polari, in
funzione della complessità della matrice.
Sembra quindi probabile che, nonostante
i costi superiori di investimento rispetto a
strumenti LC-triplo quadrupolo, gli strumenti
LC-Hrms troveranno applicazioni in analisi
di routine. Per quanto riguarda i programmi
di monitoraggio ambientali, uno dei principali
vantaggi di LC-Hrms è la possibilità di
un’analisi retrospettiva dei dati full-scan, che
consente ai laboratori la ricerca di ‘nuovi’
contaminanti anni dopo la registrazione dei
dati, comprensiva della registrazione degli
spettri di massa per composti conosciuti
e sospetti e dei picchi intensi di composti
sconosciuti.
RIFERIMENTI
[1] S. Polesello, A. Polesello
et al.,
“Strumenti per il laboratorio chimico
- biologico – Vol. II Le tecniche
separative” Tecniche Nuove, Milano,
2007, 280 pagine.
[2] M. Krauss, H. Singer, J.
Hollender,
Analytical Bioanalytical
Chemistry
, 2010,
397
, 943.
[3] I. Ferrer, E.M. Thurman,
Trends
Anal Chem
, 2003,
22
, 750.
Tabella 1 - Confronto tra analizzatori di massa commerciali in strumenti di LC-MS. Valori tipici per un intervallo m/z di 300-400
Spettrometro
Potere di
risoluzione
(FWHM)
Accuratezza
di massa
(ppm)
Intervallo
di linearità Sensibilità (massa assoluta)
Triplo quadrupolo (QqQ)
Risoluzione
50
104
Da femto - a picogrammi (SRM)
Quadrupole ion trap
10.000
50
103
Da femto - a picogrammi (SRM, full scan)
Time-of-Àight (TOF)
20.000
3
102-103
picogrammi (full scan)
Orbitrap
100 000
2
103-104
Da femto - a picogrammi (full scan)
Fourier transform ion cyclotron
resonance (FT-ICR)
1.000.000
£1
104
picogrammi (full scan)
