Zweckverband Landeswasserversorgung LWF 2015
Non-Target-Screening -
Eine Methode zur Überwachung von
Roh- und Trinkwasser
T. Bader, W. Schulz, T. Lucke und R. Winzenbacher
Zweckverband Landeswasserversorgung
Zweckverband Landeswasserversorgung
Roh- und Trinkwasser-überwachung
Monitoring
(QqQ)
LC-HRMS WBA
Non-target-
Screening
Suspect- Screening
Übersicht
Zweckverband Landeswasserversorgung
Peak finding
Peak alignment
𝐴1,1 ⋯ 𝐴1,𝑘
⋮ ⋱ ⋮𝐴𝑛,1 ⋯ 𝐴𝑛,𝑘
Sample
m/z
@R
T
RT
m/z
Peak finding
algorithm
3
Datenanalyse
TIC aus RPLC-HRMS
Zweckverband Landeswasserversorgung Datenqualität
Falsch
Positiv
(FP)
x
x Falsch
Negativ
(FN)
→ Systematische Untersuchung
→ Minimierung FP und FN 4
Klärwerksablauf
Zweckverband Landeswasserversorgung
EICs EICs
Falsch positiv Falsch negativ
Replikate Replikate
erkannt in 5/21 nicht erkannt in 7/21
5
Datenqualität
Zweckverband Landeswasserversorgung
Anzahl F
eatu
re
-fach detektiert
0
1000
2000
3000
4000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21
Mittelwert
46.7%
immer erkannt
21/21 = 100%
einmal erkannt
1/21 = 4.8%
050
100150200250300
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21
Mittelwert
99.6%
Alle Feature 263 Standard (500 ng L-1)
Anzahl S
tandard
s
-fach detektiert
6
Datenqualität
Zweckverband Landeswasserversorgung
0
1000
2000
3000
0
1000
2000
3000
0
1000
2000
3000
0
1000
2000
3000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21
Intensity Threshold: 100 cps
Intensity Threshold: 250 cps
Intensity Threshold: 500 cps
Intensity Threshold: 1000 cps
46.7%
76.0%
88.2%
95.2%
11,450
5,387
2,733
1,501
Erkennungs-
rate Anzahl
P(F
als
ch
neg
ati
v)
P(F
als
ch
po
sit
iv)
7
Th
resh
old
Datenqualität
Zweckverband Landeswasserversorgung Workflow
(1) LC-HRMS – 3 replicates
(2) Peak finding
(3) Peak alignment
(4) Peak integration
(5) Thresholding
(5.1) Blank correction
(5.2) Absolute threshold
(5.3) Relative threshold
0
1000
2000
3000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21
Intensity Threshold: 100 cps
0
1000
2000
3000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21
Intensity Threshold: 100 cps
Peakbreite
Pea
khö
he
Peakfläche
RT
Schwankung
Ziel
8
Zweckverband Landeswasserversorgung
TIC
Donauüberwachung
KW1 KW2 KW3
KW52
𝐴1,1 ⋯ 𝐴1,𝑘
⋮ ⋱ ⋮𝐴𝑛,1 ⋯ 𝐴𝑛,𝑘
m/z
@R
T
KW gezielte Suche nach
Stoßbelastungen
𝒎𝒂𝒙(𝑽𝒂𝒓𝒊) ≫ 𝑸𝟎.𝟖(𝑽𝒂𝒓𝒊)
KW
9
EIC
• Wöchentliche Analyse (KW)
einer 24-h-Mischprobe
(zeitproportional, randomisiert)
• Täglich: Rückstellprobe
→ Ereignisorientierte Analysen
• Ausheizen von Probegefäßen
Zweckverband Landeswasserversorgung
0
20
40
60
80
100
0.0E+00
1.0E+04
2.0E+04
3.0E+04
4.0E+04
5.0E+04
6.0E+04
7.0E+04
0 6 12 18 24 30
c*
[ng
/L]
Peak A
rea [
cts
]
Tage August
0
20
40
60
80
100
0.0E+00
1.0E+04
2.0E+04
3.0E+04
4.0E+04
5.0E+04
6.0E+04
7.0E+04
0 6 12 18 24 30 36 42
c*
[ng
/L]
Peak A
rea [
cts
]
Kalenderwoche
Trinkwasser Donau
Donauüberwachung
CH3
O
NH
OCH3
O
NH
CH3CH3
OH
10
→ Summenformel → Chemspider → Verdacht: Acebutolol
→ MS² Spektrum (Data-dependent acquisition)
→ Referenzsubstanz
→ Identifikation
Zweckverband Landeswasserversorgung
0.0E+00
2.0E+03
4.0E+03
6.0E+03
8.0E+03
1.0E+04
1.2E+04
1.4E+04
1.6E+04
1.8E+04
0.0E+00
1.0E+04
2.0E+04
3.0E+04
4.0E+04
5.0E+04
6.0E+04
7.0E+04
0 6 12 18 24 30
Peak A
rea
[cts
]
Peak A
rea [
cts
]
Tage August
0.0E+00
2.0E+03
4.0E+03
6.0E+03
8.0E+03
1.0E+04
1.2E+04
1.4E+04
1.6E+04
1.8E+04
0.0E+00
1.0E+04
2.0E+04
3.0E+04
4.0E+04
5.0E+04
6.0E+04
7.0E+04
0 6 12 18 24 30
Peak A
rea [
cts
]
Peak A
rea [
cts
]
Tage August
D2 S
core
Blank 9-12.08
Aug ohne 9-12.08
Principal component analysis and
discriminant analysis (PCA–DA)
D1 Score
D2 L
oadin
g
D1 Loading
Acebutolol
11
Erkennung von Ähnlichkeiten
Zweckverband Landeswasserversorgung
→ Validierung! (FP/FN - Problematik)
→ Geeignete Methode zur Überwachung des
Roh- und Trinkwassers
→ Verschiedene Auswertestrategien um
frühzeitig Einflüsse oder Trends zu erkennen
→ Erlaubt Neuausrichtung von Monitoring-
Programmen
→ Retrospektive Auswertung (Archivfunktion)
12
Zusammenfassung
Zweckverband Landeswasserversorgung Vielen Dank für
Ihre Aufmerksamkeit
