Interconfronto di metodi analitici per la quantificazione degli zuccheri su filtri PM 2.5

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Transcript:

Interconfronto di metodi analitici per la quantificazione degli zuccheri su filtri PM 2.5 M.C. Pietrogrande 1, C. Colombi 2, E. Cuccia 2, V. Gianelle 2, P. Lazzeri 3,M. Visentin 1 1 Dipartimento di Scienze Chimiche e Farmaceutiche, Università di Ferrara, 2 ARPA Regione Lombardia, Milano, 3 APPA, Trento.

Organizzazione dello studio di interconfronto Studio in interconfronto organizzato da gruppo PMx di IAS Evidenza dell impatto di combustione biomasse, richiesta crescente di determinare anidrozuccheri in attività di monitoraggo e ricerca, diverse procedure analitiche, in assenza di una standardizzata, interconfronto: studiare la comparabilità delle diverse procedure e la qualità dei dati. Analizzati 6 zuccheri: levoglucosano, mannosano, galattosano biozuccheri: marker di emissioni biogeniche: glucosio: piante e microorganismi arabitolo, mannitolo: spore fungine.

ARPA Lombardia, ARPA Piemonte, APPA Trento UniFE, UniGE, UniMI, UniVE, CNR-IIA, CNR-ISAC, Fondazione E. Mach. Lab code Sepration Instrument Detection Instrument Extraction solvent/derivatization EC-PAD1 Dionex ICS2500 PAD water EC-PAD2 Metrohm 886 PAD water EC-PAD3 Dionex ICS1000 PAD water EC-PAD4 Thermo Scientific Dionex ECD-3000RS PAD water EC-PAD5 Dionex DX500 PAD water EC-MS Dionex ICS 5000 MS Quadrupolo water GC-MS1 GC-MS (Agilent) MS Quadrupolo (Agilent) ACN, BSTFA derivatization GC-MS2 GC-MS ((Thermo) MS Ion Trap (Thermo) MeOH:CH 2 Cl 2 (9:1)/ BSTFA derivatization LC-MS UHPLC HQOMS (Orbitrap) water NMR 10 laboratori partecipanti Varian Unity INOVA 600MHz Organizzazione dello studio di interconfronto water Tutti i tipi dei metodi attualmente più utilizzati

Organizzazione dello studio di interconfronto Campioni distribuiti ad ogni laboratorio: 29 campioni PM2.5: 16 filtri campionati a Milano-Pascal, 10 filtri campionati a Borgo Valsugana (Trento), 3 filtri sintetici, ottenuti nebulizzando soluzioni di zuccheri a concentrazione nota; 3 soluzioni acquose standard. Tempistica dello studio: Campionamento a settembre/ottobre 2014 e marzo 2015; invio ai laboratori: maggio 215; raccolta risultati luglio/settembre 2015.

Trattamento dei dati Outlier: identificati con criterio di Chauvenet e rimossi; Organizzazione dello studio di interconfronto Valori inferiori LOD: sostituiti con il valore LOD/2 solo se non risultano outlier. Precisione interlaboratorio: per ogni campione è stata calcolata media, mediana, SD e SD% sui dati dei vari laboratori; per ogni laboratorio si sono raggruppati i dati ed è stata calcolata media, SD e IC al 95%. Accuratezza delle misure: per ogni dato si è calcolato l errore%: utilizzando la mediana dei dati riportati dai laboratori come valore teorico i theor. per ogni campione è stata calcolato l errore% medio sui dati dei vari laboratori; per ogni laboratorio si sono raggruppati i dati e si è calcolato l errore% medio e IC al 95%.

Levoglucosano: studio della precisione sui 10 laboratori Valori medi e SD% dei dati di concentrazione per ogni campione. Studio della precisione interlaboratorio Variabilità dipende da: concentrazione dell analita, complessità campione, scarsa omogeneità del campione. RSD%: ~50% su filtri campionati a Milano: conc media: 2 µgcm -2 300 ngm -3 RSD%: ~35% su filtri campionati a Trento: conc media: 5 µgcm -2 800 ngm -3 RSD%: ~17% su soluzioni standard.

Studio della precisione interlaboratorio Mannosano e galattosano: studio della precisione su 7 laboratori: EC-PAD1, EC-PAD2, EC-PAD5, EC-MS, GC-MS1, GC-MS2, LC-MS. Valori medi e SD% dei dati di concentrazione per ogni campione Mannosano: RSD%: ~40% su filtri campionati a Milano (conc media: 0.2 µgcm -2 30ngm -3 RSD%: ~27% su filtri campionati a Trento (conc media: 0.8µgcm -2 120ngm -3 Riproducibilità 80 RSD% 70 60 50 Galattosano: RSD%: ~45% su filtri campionati a Milano (conc media: 0.1 µgcm -2 15ngm -3 RSD%: ~30% su filtri campionati a Trento (conc media: 0.3µgcm -2 40ngm -3 40 30 20 10 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 µg cm -2 MI TN check soln

Studio della precisione interlaboratorio Studio del contributo dei singoli laboratori alla variabilità complessiva: valori medi e I.C. al 95% dei dati di concentrazione aggregati per ogni laboratorio. EC-PAD1 EC-PAD2 EC-PAD3 EC-PAD4 EC-PAD5 EC-MS GCMS1 GCMS2 LC-MS NMR Levoglucosan mean (µcm- 2 ) 3.69 3.17 4.06 3.49 1.64 3.52 4.00 2.81 4.27 6.72 I.C. 1.64 1.43 1.80 1.30 0.85 1.87 1.47 1.28 1.88 1.60 Mannosan mean (µcm- 2 ) 0.50 0.52 0.72 0.49 0.38 0.40 0.50 I.C. 0.22 0.31 0.34 0.25 0.15 0.20 0.22 Galattosano mean (µcm- 2 ) 0.20 0.12 0.22 0.29 0.16 0.24 0.33 I.C. 0.09 0.08 0.11 0.13 0.06 0.10 0.12 One Way ANOVA: Levoglucosano: ci sono differenze statisticamente significative (p<0.05) tra le medie dei laboratori; Mannosano e galattosano:non ci sono differenze statisticamente significative (p<0.05) tra le medie dei laboratori.

Studio dell accuratezza dei risultati Levoglucosano: studio dell accuratezza dei singoli laboratori: valori medi di ε% sui dati di concentrazione raggruppati per laboratorio. -57% +53% ε%: ± 20 % per 6 su 10 laboratori (67 %) Yttri et al., 2015: ε% tra -63 e 20 % su 13 laboratori (5 GC-MS) One Way ANOVA: Ci sono differenze statisticamente significative (p<0.05) tra le medie dei 10 laboratori. Yttri et al., Atmos. Meas. Tech., 8, 125 147, 2015

Studio dell accuratezza dei risultati N Way ANOVA: individuare i fattori (caratteristiche di analisi) che contribuiscono alla variabilità dei dati: separazione (EC, GC, LC, no), Click on the group you want to test Click on the group you want to test rivelazione (PAD, MS, NMR), sep=1 dec=1 sito (Milano, Trento, check). site=1 Click on the group you want to test Milano sep=2 dec=2 site=2 sep=3 sep=4 no separation dec=3 NMR -20-10 0 10 20 30 40 50 60 70-20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 The population marginal means of groups sep=1 and sep=4 are significantly different 2 groups have population marginal means significantly different from dec=3 site=3-20 -10 0 10 20 30 40 50 2 groups have population marginal means significantly different from site=1 Procedura NMR: può essere affetta da interferenze positive di altri componenti del campione, poiché non prevede separazione preliminare: effetto principalmente su campioni di Milano più complessi e più diluiti Campioni di Milano Click on the group you want to test EC-PAD1 EC-PAD2 EC-PAD3 EC-PAD4 EC-PAD5 EC-MS GC-MS1 GC-M2S LC-MS NMR -100-50 0 50 100 150 8 groups have means significantly different from NMR Campioni Check e soluzioni standard Click on the group you want to test EC-PAD1 EC-PAD2 EC-PAD3 EC-PAD4 EC-PAD5 EC-MS GC-MS1 GC-M2S LC-MS NMR -60-40 -20 0 20 40 60 80 4 groups have means significantly different from EC-MS

Studio dell accuratezza dei risultati Studio dell accuratezza dei singoli laboratori: valori medi di ε% sui dati di concentrazione raggruppati per laboratorio. Mannosano Galattosano: +23% +28% ε%: ±18% per 5 su 7 laboratori (72 %) -37% -51% Yttri et al., 2015: ε% tra -60 e +69 % Yttri et al., 2015: ε% tra -84 e +68% N Way ANOVA: solo la variabile separazione determina una differenza significativa (p<0.05) tra i laboratori: LC>EC>GC

Studio della precisione interlaboratorio Riproducibilità Arabitolo e glucosio: studio della precisione su 5 laboratori: EC-PAD1, EC-PAD2, EC-MS, GC-MS2, LC-MS. Valori medi e SD% dei dati di concentrazione per ogni campione 60 R SD % 50 40 30 20 10 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 µg cm -2 MI TN check soln Arabitolo: RSD%: 27% su filtri campionati a Milano Trento Milano: conc media: 50ngcm -2 7ngm -3 Trento: conc media: 20ngcm -2 3ngm -3 Glucosio: RSD%: ~40% su filtri campionati a Milano Trento Milano: conc media: 300ngcm -2 40ngm -3 Trento: conc media: 50ngcm -2 7ngm -3 80 R SD % 70 60 50 40 30 20 10 0 0,0 0,5 1,0 1,5 µg cm -2 MI TN check soln

Studio della precisione interlaboratorio Riproducibilità Mannitolo: studio della precisione su 4 laboratori: EC-PAD1, EC-PAD2, EC-MS, GC-MS2. Valori medi e SD% dei dati di concentrazione per ogni campione 120 R SD % 100 80 60 40 Mannitolo: RSD%: ~26% su filtri campionati a Milano (conc media: 70ngcm -2 10ngm -3 RSD%: ~60% su filtri campionati a Trento (conc media: 30gcm -2 4ngm -3 20 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 µg cm -2 MI TN check soln

Studio della precisione interlaboratorio 3 biozuccheri: studio del contributo dei singoli laboratori alla variabilità complessiva: valori medi e I.C. dei dati di concentrazione aggregati per i 5 laboratori. Arabitol EC-PAD1 EC-PAD2 GC-MS2 EC-MS LC-MS mean 0.12 0.11 0.13 0.06 0.22 I.C. 0.12 0.08 0.10 0.04 0.18 Glucose mean 0.28 0.14 0.27 0.24 0.15 I.C. 0.13 0.14 0.11 0.11 0.10 Mannitol mean 0.17 0.13 0.47 0.10 I.C. 0.15 0.12 0.30 0.07 One Way ANOVA: non ci sono differenze statisticamente significative tra i laboratori.

Studio dell accuratezza dei risultati Studio dell accuratezza dei singoli laboratori: valori medi di ε% sui dati di concentrazione raggruppati per laboratorio. Arabitolo One Way ANOVA: c è differenza significativa (p<0.05) tra i laboratori. -20%

Studio dell accuratezza dei risultati Studio dell accuratezza dei singoli laboratori: valori medi di ε% sui dati di concentrazione raggruppati per laboratorio. Glucosio: Mannitolo -30% +51% -40% One Way ANOVA: c è differenza significativa (p<0.05) tra i laboratori.

3 anidrozuccheri EC-PAD1, EC-PAD2, EC-PAD5, EC-MS, GC-MS1, GC-MS2, LC-MS Conclusioni: precisione interlaboratorio Riproducibilità Precisione interlaboratorio: valori medi e SD% dei dati di concentrazione per gruppi di campioni 3 biozuccheri EC-PAD1, EC-PAD2, EC-MS, GC-MS2, LC-MS 10 laboratori RSD% su filtri: 40% fino a 30% (filtri + concentrati) Riproducibilità intralaboratorio acccettabile e indipendente dalla procedura

Conclusioni: accuratezza dei risultati Accuratezza dei singoli laboratori: valori medi di ε% sui dati di concentrazione raggruppati per laboratorio. 3 anidrozuccheri EC-PAD1, EC-PAD2, EC-PAD5, EC-MS, GC-MS1, GC-MS2, LC-MS 3 biozuccheri EC-PAD1, EC-PAD2, EC-MS, GC-MS2, LC-MS -57% +53% -30% +51% -51% -40% ε%: ± 20 % per 72% dei laboratori Accuratezza acccettabile e indipendente dalla procedura N.B.: accuratezza della singola procedura (campioni + complessi e diluiti)

Conclusioni Metodi confrontabili: nessuna procedura di separazione/rivelazione produce risultati significativamente diversi per gli zuccheri: separazioni diverse: GC EC più recenti, indipendenti da rivelatore, PAD vs. MS, indipendenti da estrazione, acqua vs. solvente.

Ringraziamenti Ringraziamenti: A tutti ricercatori dei laboratori che hanno partecipato allo studio: APPA Trento, Fondazione E. Mach, ARPA Piemonte, UniGE, ARPA Lombardia, UniMI, UniVE, UniFE, CNR-ISAC, Bologna, CNR-IIA, Roma.