A sensitive and fast method for trihalomethanes in urine using gas chromatography–triple quadrupole mass spectrometry
Abstract
Because of the plethora of exposure sources and routes through which humans are exposed to trihalomethanes (THM), the limitation of their short half-lives could be overcome, if a highly sensitive method was available to quantify urinary THM concentrations at sub-ppb levels. The objective of this study was to develop a fast and reliable method for the determination of the four THM analytes in human urine. A sensitive methodology was developed for THM in urine samples using gas chromatography coupled with triple quadrupole mass spectrometry (GC–QqQ-MS/MS) promoting its use in epidemiological and biomonitoring studies. The proposed methodology enjoys limits of detection similar to those reported in the literature (11–80 ng L−1) and the advantages of small initial urine volumes (15 mL) and fast analysis per sample (12 min) when compared with other methods. This is the first report using GC–QqQ-MS/MS for the determination of THM in urine samples. Because of its simplicity and less time-consuming nature, the proposed method could be incorporated into detailed (hundreds of participants’ urine samples) exposure assessment protocols providing valuable insight into the dose–response relationship of THM and cancer or pregnancy anomalies.
Abbreviations
THM, trihalomethanes; TCM, trichloromethane; BDCM, bromodichloromethane; DBCM, dibromochloromethane; TBM, tribromomethane; DBP, disinfection by-products; MTBE, t-butyl methyl ether; FMU, first morning void urine; GC–QqQ-MS/MS, gas chromatography coupled with triple quadrupole mass spectrometry; MRM, multi reaction monitoring; EI, electron impact ionization; SPME, solid phase micro extraction; HS, headspace
1. Introduction
Despite the recent market introduction of disinfectants void of chlorine, hypochlorite is still widely used as a common microbial disinfectant in potable water and solid surfaces in households (floors, toilets, etc.). Inevitably, every-day household activities, such as cleaning (mopping) the house and use of chlorinated tap water for washing dishes, showering, laundry, and swimming in chlorinated pools present us with common examples of daily exposure sources to chlorine and its disinfection by-products (DBP). The formation of DBP is triggered by reactions between residual chlorine and the natural organic matter in water or in dust attached to household solid surfaces or perhaps aerosols [1]. A suite of chlorinated DBP may be formed, including the trihalomethanes-THM, being the most abundant class of DBP in chlorinated tap water and currently regulated in both sides of the Atlantic Ocean (trichloromethane, bromodichloromethane, dibromochloromethane and tribromomethane) [2]. Numerous epidemiological studies showed the increased cancer risk for populations exposed to THM in potable water [3]. Increased risk of spontaneous abortion and preterm births among women who drink larger amounts of tap water was observed [4], suggesting a possible link between DBP and adverse pregnancy outcomes. Preterm birth is the primary cause of newborn deaths and the second major cause of death after pneumonia in children under five years [5].
Human absorption of THM may occur not only through ingestion of tap water, but also via inhalation and dermal uptake during showering, bathing, and swimming, with a different pattern of metabolism for the various routes of exposure and potentially large variation between-, and within-individuals [6]. The relatively high volatility of THM, especially for chloroform makes it difficult to accurately and precisely capture historic exposures to THM; when this is coupled with the very short biological half-life of THM in the order of approximately 1 h or less [7] and [8], it highlights the perplexity of accurately quantifying THM human exposure variability in urine samples [7], [9], [10], [11] and [12]. Blood has been also considered as a biomarker of THM exposures, but quantified levels are of similar magnitude to those in urine (sub-ppb levels) [13], [14], [15], [16] and [17]. We believe that the enhanced sensitivity of the analytical method required to quantify THM concentrations in urine or blood has hampered progress of epidemiological studies in gaining further insight into THM dose and disease process. The problem may be exacerbated by various THM exposure sources, making it difficult to capture exposure variability with only a few biomarker sample analyses, since there is typically an elevated cost and time-consuming methodology associated with urinary measurements.
Because of the plethora of exposure sources and our daily exposures to THM via the aforementioned scenaria, the limitation of their short half-lives could be overcome, if a highly sensitive method was available to quantify urinary THM concentrations at parts per trillion levels. During the past couple of years, we have been systematically studying spatio-temporal THM exposure variability in the city of Nicosia, Cyprus, where first morning void urine samples were collected from recruited volunteers (n = ∼400). This has forced us to develop a sensitive and fast method to quantify low-level THM exposures in the participants. Herein, we described a simple liquid–liquid extraction procedure, using a small amount of urine volume and minimal total sample analysis time. The use of the sensitive gas chromatography coupled with triple quadrupole mass spectrometry (GC–QqQ-MS/MS) methodology in the multiple reactions monitoring (MRM) mode enabled us to reach detection limits close to those already reported in literature, but in a simpler and faster manner. To the best of our knowledge, there is no published study in the literature reporting measurements of urinary THM concentrations using GC–QqQ-MS/MS.
วิธีที่สำคัญ และรวดเร็วสำหรับ trihalomethanes ในปัสสาวะโดยใช้สเปกโตรเมท quadrupole chromatography ก๊าซ – ทริปเปิล บทคัดย่อเพราะมากมายเหลือเฟือของแหล่งแสงและกระบวนการที่มนุษย์กำลังเผชิญกับ trihalomethanes (THM), ข้อจำกัดของครึ่งชีวิตสั้นสามารถเอาชนะ ถ้าเป็นวิธีที่มีความไวสูงมีการกำหนดปริมาณความเข้มข้น THM ท่อปัสสาวะในระดับ ppb ย่อย วัตถุประสงค์ของการศึกษานี้คือการ พัฒนาอย่างรวดเร็ว และเชื่อถือได้วิธีการที่กำหนด analytes THM สี่ในปัสสาวะมนุษย์ วิธีการสำคัญถูกพัฒนาขึ้นสำหรับ THM ในตัวอย่างปัสสาวะที่ใช้ chromatography ก๊าซควบคู่ไปกับทริ quadrupole โตรเมทรี (GC – QqQ-MS/MS) ส่งเสริมการใช้ในความศึกษา biomonitoring และ ระเบียบวิธีที่นำเสนอนี้ขีดจำกัดของการตรวจสอบคล้ายกับรายงานในวรรณคดี (11 – 80 ng L−1) และข้อดีของการปัสสาวะขนาดเล็กเริ่มต้นไดรฟ์ (15 มล.) และการวิเคราะห์อย่างรวดเร็วต่อตัวอย่าง (12 นาที) เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีอื่น ๆ นี้มีรายงานครั้งแรกที่ใช้ GC – QqQ-MS/MS กำหนดการ THM ในตัวอย่างปัสสาวะ ความเรียบง่าย และน้อย กว่าเวลาธรรมชาติ สามารถรวมวิธีการนำเสนอในรายละเอียด (หลายร้อยตัวอย่างปัสสาวะของผู้เข้าร่วม) ประเมินความเสี่ยงรโตเข้าใจให้มีคุณค่าเป็นยา – ตอบสนองความสัมพันธ์ของความผิด THM และมะเร็ง หรือตั้งครรภ์ได้ คำย่อTHM, trihalomethanes TCM, trichloromethane BDCM, bromodichloromethane DBCM, dibromochloromethane TBM, tribromomethane DBP ฆ่าเชื้อสินค้าพลอย MTBE อีเทอร์ methyl ด... t FMU แรกเช้าปัสสาวะโมฆะ GC-QqQ-MS/MS, chromatography ก๊าซควบคู่กับรเมท quadrupole สาม MRM ปฏิกิริยาหลายตรวจสอบ EI อิเล็กตรอนกระทบ ionization SPME เฟสของแข็งขนาดเล็กแยก HS, headspace 1. บทนำแม้จะนำตลาดล่าสุดของ disinfectants โมฆะของคลอรีน ไฮโปจะยังใช้เป็นยาฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ทั่วไปในน้ำที่ใช้และพื้นผิวของแข็งในครัวเรือน (อาคาร ห้องน้ำ ฯลฯ) ย่อม ประจำวันในครัวเรือนกิจกรรม เช่นทำความสะอาด (mopping) บ้านและใช้น้ำประปาคลอรีนสำหรับล้างชาม สถานอาบ อบ ซักผ้า และว่ายน้ำในสระคลอรีนแสดงตัวอย่างทั่วไปของแหล่งแสงทุกวันเพื่อให้คลอรีนและการฆ่าเชื้อสินค้าพลอย (DBP) เรา การก่อตัวของ DBP ทริกเกอร์ โดยปฏิกิริยาระหว่างคลอรีนตกค้างและเรื่องอินทรีย์ธรรมชาติ ในน้ำ หรือฝุ่นกับพื้นผิวของแข็งในครัวเรือนหรือบางทีโรง [1] ชุด DBP คลอรีนอาจจะเกิดขึ้น รวมการ trihalomethanes-THM, DBP ในชั้นมากที่สุดถูกคลอรีนน้ำประปา และควบคุมอยู่ในทั้งสองข้างของมหาสมุทรแอตแลนติก (trichloromethane, bromodichloromethane, dibromochloromethane และ tribromomethane) [2] ศึกษาความจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าความเสี่ยงโรคมะเร็งเพิ่มขึ้นสำหรับประชากรที่สัมผัสกับ THM ใช้น้ำ [3] เสี่ยงของ spontaneous ทำแท้งและเกิด preterm สตรีที่ดื่มจำนวนน้ำประปาที่มีขนาดใหญ่ที่สังเกต [4], แนะนำการเชื่อมต่อได้ระหว่าง DBP และผลร้ายตั้งครรภ์ คลอดก่อนกำหนดเป็นสาเหตุหลักของเสียชีวิตทารกและสาเหตุหลักที่สองของการเสียชีวิตจากปอดบวมในเด็กต่ำกว่า 5 ปี [5] การดูดซึมของ THM มนุษย์อาจเกิดขึ้นไม่เพียงผ่านการกินน้ำประปา แต่ยังดมและดูดซับประมาณระหว่างสถานอาบอบ และว่าย น้ำ มีรูปแบบแตกต่างกันของในเส้นทางต่าง ๆ ของแสงและการเปลี่ยนแปลงที่อาจมีขนาดใหญ่ระหว่าง-, และ [6] ภายในบุคคล THM ผันผวนค่อนข้างสูงโดยเฉพาะอย่างยิ่งในคลอโรฟอร์มทำให้ยากที่จะถ่ายภาพประวัติศาสตร์การ THM จับภาพได้อย่างถูกต้อง และแม่นยำ เมื่อนี้จะควบคู่กับ half-life ชีวภาพสั้น ๆ ของ THM กับประมาณ 1 ชั่วโมง หรือน้อยกว่า [7] และ [8], ไฮไลท์ perplexity ของอย่าง quantifying THM แสงมนุษย์สำหรับความผันผวนในปัสสาวะตัวอย่าง [7], [9], [10], [11] [12] เลือดได้แล้วยังถือว่าเป็นไบโอมาร์คเกอร์ของ THM ไง แต่ระดับ quantified มีขนาดคล้ายกับในปัสสาวะ (ระดับย่อย ppb) [13], [14], [15], [16] [17] และ เราเชื่อว่า ระดับความลับขั้นสูงของวิธีวิเคราะห์ที่จำเป็นต้องกำหนดปริมาณความเข้มข้น THM ในปัสสาวะ หรือเลือดได้ขัดขวางความคืบหน้าของการศึกษาความสามารถเพิ่มเติมลึกเข้าไปในกระบวนการยาและโรค THM ปัญหาอาจจะเลวร้ายตามแหล่งต่าง ๆ ใน THM แสง ทำให้ยากที่จะจับความแปรผันของแสง มีเพียงไม่กี่ไบโอมาร์คเกอร์ตัวอย่างวิเคราะห์ เนื่องจากมีเป็นโดยปกติต้นทุนสูงและวิธีใช้ที่เกี่ยวข้องกับวัดที่ท่อปัสสาวะ เพราะมากมายเหลือเฟือของแหล่งแสงและภาพของเราทุกวันเพื่อ THM ผ่าน scenaria ดังกล่าว ข้อจำกัดของครึ่งชีวิตสั้นสามารถเอาชนะ ถ้าเป็นวิธีที่มีความไวสูงมีการกำหนดปริมาณความเข้มข้น THM ท่อปัสสาวะที่ส่วนต่อระดับลเลียน ในช่วงสองปีที่ผ่านมา เราได้รับระบบการศึกษาสำหรับความผันผวนความเสี่ยง THM spatio ขมับของนิโคเซีย ไซปรัส ที่โมฆะปัสสาวะตัวอย่างถูกเก็บรวบรวมจากเช้าแรกคัดอาสาสมัคร (n = ∼400) นี้ได้บังคับให้เราพัฒนาวิธีการอย่างรวดเร็ว และมีความสำคัญเพื่อกำหนดปริมาณต่ำไง THM ในผู้เข้าร่วม นี้ เราอธิบายขั้นตอนการสกัดของเหลว – ของเหลวง่าย ใช้น้อยปริมาณปัสสาวะและอย่างน้อยที่สุดรวมเวลาที่วิเคราะห์ ใช้ chromatography ก๊าซสำคัญควบคู่กับทริ quadrupole รเมทวิธี (GC – QqQ-MS/MS) ในปฏิกิริยาหลายโหมด (MRM) ตรวจสอบเปิดใช้งานเราถึงจำกัดตรวจสอบใกล้ที่ถูกรายงาน ในวรรณคดี แต่ ในลักษณะที่เรียบง่าย และเร็วขึ้น กับความรู้ของเรา มีเรียนไม่เผยแพร่เอกสารประกอบการรายงานการวัดความเข้มข้น THM ท่อปัสสาวะที่ใช้ GC – QqQ-MS/MS
การแปล กรุณารอสักครู่..
A sensitive and fast method for trihalomethanes in urine using gas chromatography–triple quadrupole mass spectrometry
Abstract
Because of the plethora of exposure sources and routes through which humans are exposed to trihalomethanes (THM), the limitation of their short half-lives could be overcome, if a highly sensitive method was available to quantify urinary THM concentrations at sub-ppb levels. The objective of this study was to develop a fast and reliable method for the determination of the four THM analytes in human urine. A sensitive methodology was developed for THM in urine samples using gas chromatography coupled with triple quadrupole mass spectrometry (GC–QqQ-MS/MS) promoting its use in epidemiological and biomonitoring studies. The proposed methodology enjoys limits of detection similar to those reported in the literature (11–80 ng L−1) and the advantages of small initial urine volumes (15 mL) and fast analysis per sample (12 min) when compared with other methods. This is the first report using GC–QqQ-MS/MS for the determination of THM in urine samples. Because of its simplicity and less time-consuming nature, the proposed method could be incorporated into detailed (hundreds of participants’ urine samples) exposure assessment protocols providing valuable insight into the dose–response relationship of THM and cancer or pregnancy anomalies.
Abbreviations
THM, trihalomethanes; TCM, trichloromethane; BDCM, bromodichloromethane; DBCM, dibromochloromethane; TBM, tribromomethane; DBP, disinfection by-products; MTBE, t-butyl methyl ether; FMU, first morning void urine; GC–QqQ-MS/MS, gas chromatography coupled with triple quadrupole mass spectrometry; MRM, multi reaction monitoring; EI, electron impact ionization; SPME, solid phase micro extraction; HS, headspace
1. Introduction
Despite the recent market introduction of disinfectants void of chlorine, hypochlorite is still widely used as a common microbial disinfectant in potable water and solid surfaces in households (floors, toilets, etc.). Inevitably, every-day household activities, such as cleaning (mopping) the house and use of chlorinated tap water for washing dishes, showering, laundry, and swimming in chlorinated pools present us with common examples of daily exposure sources to chlorine and its disinfection by-products (DBP). The formation of DBP is triggered by reactions between residual chlorine and the natural organic matter in water or in dust attached to household solid surfaces or perhaps aerosols [1]. A suite of chlorinated DBP may be formed, including the trihalomethanes-THM, being the most abundant class of DBP in chlorinated tap water and currently regulated in both sides of the Atlantic Ocean (trichloromethane, bromodichloromethane, dibromochloromethane and tribromomethane) [2]. Numerous epidemiological studies showed the increased cancer risk for populations exposed to THM in potable water [3]. Increased risk of spontaneous abortion and preterm births among women who drink larger amounts of tap water was observed [4], suggesting a possible link between DBP and adverse pregnancy outcomes. Preterm birth is the primary cause of newborn deaths and the second major cause of death after pneumonia in children under five years [5].
Human absorption of THM may occur not only through ingestion of tap water, but also via inhalation and dermal uptake during showering, bathing, and swimming, with a different pattern of metabolism for the various routes of exposure and potentially large variation between-, and within-individuals [6]. The relatively high volatility of THM, especially for chloroform makes it difficult to accurately and precisely capture historic exposures to THM; when this is coupled with the very short biological half-life of THM in the order of approximately 1 h or less [7] and [8], it highlights the perplexity of accurately quantifying THM human exposure variability in urine samples [7], [9], [10], [11] and [12]. Blood has been also considered as a biomarker of THM exposures, but quantified levels are of similar magnitude to those in urine (sub-ppb levels) [13], [14], [15], [16] and [17]. We believe that the enhanced sensitivity of the analytical method required to quantify THM concentrations in urine or blood has hampered progress of epidemiological studies in gaining further insight into THM dose and disease process. The problem may be exacerbated by various THM exposure sources, making it difficult to capture exposure variability with only a few biomarker sample analyses, since there is typically an elevated cost and time-consuming methodology associated with urinary measurements.
Because of the plethora of exposure sources and our daily exposures to THM via the aforementioned scenaria, the limitation of their short half-lives could be overcome, if a highly sensitive method was available to quantify urinary THM concentrations at parts per trillion levels. During the past couple of years, we have been systematically studying spatio-temporal THM exposure variability in the city of Nicosia, Cyprus, where first morning void urine samples were collected from recruited volunteers (n = ∼400). This has forced us to develop a sensitive and fast method to quantify low-level THM exposures in the participants. Herein, we described a simple liquid–liquid extraction procedure, using a small amount of urine volume and minimal total sample analysis time. The use of the sensitive gas chromatography coupled with triple quadrupole mass spectrometry (GC–QqQ-MS/MS) methodology in the multiple reactions monitoring (MRM) mode enabled us to reach detection limits close to those already reported in literature, but in a simpler and faster manner. To the best of our knowledge, there is no published study in the literature reporting measurements of urinary THM concentrations using GC–QqQ-MS/MS.
การแปล กรุณารอสักครู่..
อ่อนไหวง่ายและรวดเร็ววิธีการไตรฮาโลมีเทนในปัสสาวะโดยใช้แก๊สโครมาโตกราฟีแมส–สามคำ
เพราะเป็นนามธรรมด้วยแหล่งแสงและเส้นทางผ่านที่มนุษย์สัมผัสไตรฮาโลมีเทน ( ถ้ำ ) , ข้อ จำกัด ของครึ่งชีวิตสั้นสามารถเอาชนะถ้าวิธีที่ละเอียดอ่อนมาก มีปริมาณปัสสาวะในระดับ ppb ปริมาณมีเทนย่อย . การวิจัยครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาวิธีที่รวดเร็วและเชื่อถือได้สำหรับการกำหนดสี่ถ้ำสารในปัสสาวะของมนุษย์วิธีการที่ละเอียดอ่อนขึ้น ถ้ำในตัวอย่างปัสสาวะโดยใช้แก๊สโครมาโตกราฟีควบคู่กับสามคำ Mass Spectrometry ( GC / MS และ MS QQQ ) การส่งเสริมการใช้ในการศึกษาทางระบาดวิทยา และ biomonitoring .เสนอวิธีการสนุกกับขีดจำกัดในคล้ายคลึงกับรายงานในวรรณคดี ( 11 – 80 ng L − 1 ) และข้อดีของขนาดเล็กเริ่มต้นปัสสาวะปริมาณ ( 15 ml ) และการวิเคราะห์ที่รวดเร็วต่อตัวอย่าง ( 12 นาที ) เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีอื่น ๆ นี่เป็นครั้งแรกที่รายงานการใช้เครื่อง GC / MS และ MS QQQ สำหรับการหาปริมาณมีเทนในตัวอย่างปัสสาวะ เพราะความเรียบง่ายและใช้เวลาน้อยธรรมชาติวิธีที่เสนอสามารถถูกรวมเข้าไปในรายละเอียด ( ร้อยเข้าร่วม ' ตัวอย่างปัสสาวะ ) การให้ข้อมูลเชิงลึกที่มีคุณค่าในการประเมินระบบยา–การตอบสนองความสัมพันธ์ของมีเทนและโรคมะเร็ง หรือ ความผิดปกติในการตั้งครรภ์
ถ้ำไทรฮาโลมีเทน ; คำย่อ , TCM , ไตรคลอโรมีเทน ; bdcm bromodichloromethane , dbcm dibromochloromethane ; ความเข้มข้น ; , , DBP , tribromomethane ;ผลิตภัณฑ์ฆ่าเชื้อ ; มทีบีอี t-butyl , เมทิลอีเทอร์ fmu แรกเช้าโมฆะปัสสาวะ ; GC / MS และ MS qqq , แก๊สโครมาโตกราฟีควบคู่กับสามสี่ขั้วแมส ; mrm ติดตามปฏิกิริยาไอออนไนซ์อิเล็กตรอนหลาย ; ei ผลกระทบ spme โซลิดเฟสไมโคร , ; การสกัด ; HS เฮดสเปซ
,
1 บทนำ
แม้ล่าสุดตลาดแนะนำน้ำยาปราศจากคลอรีนไฮโป ยังใช้เป็นยาฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ที่พบในน้ำดื่มและพื้นผิวแข็งในครอบครัว ( พื้น , ห้องน้ำ , ฯลฯ ) ซึ่งทุกกิจกรรมวันทำความสะอาดในครัวเรือน เช่น ( ถู ) ใช้คลอรีนน้ำสำหรับล้างจาน , อาบน้ำ , ซักผ้าในบ้านและ
การแปล กรุณารอสักครู่..