Water quality — Multi-compound class methods — Part 1: Criteria for the identification of target compounds by gas and liquid chromatography and mass spectrometry

This document specifies the criteria for mass spectrometric identification of target compounds in water samples and is applicable to environmental samples in general. This document is intended to be used in conjunction with standards developed for the determination of specific compounds. If a standard method for analysing specific compounds includes criteria for identification, those criteria are followed.

Qualité de l'eau — Méthodes d'analyse de composés multi-classes — Partie 1: Critères pour l'identification de composés cibles par chromatographie en phase gazeuse ou liquide et spectrométrie de masse

Le présent document spécifie des critères pour l'identification par spectrométrie de masse de composés cibles dans des échantillons d'eau et est applicable aux échantillons environnementaux en général. Le présent document est destiné à être utilisé en association avec des normes élaborées pour permettre la détermination de composés spécifiques. Si une méthode normalisée d'analyse de composés spécifiques inclut des critères d'identification, ces critères sont appliqués.

General Information

Status
Published
Publication Date
12-Aug-2019
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
13-Aug-2019
Completion Date
13-Aug-2019
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ISO 21253-1:2019 - Water quality -- Multi-compound class methods
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ISO 21253-1:2019 - Qualité de l'eau -- Méthodes d'analyse de composés multi-classes
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 21253-1
First edition
2019-08
Water quality — Multi-compound
class methods —
Part 1:
Criteria for the identification of
target compounds by gas and
liquid chromatography and mass
spectrometry
Qualité de l'eau — Méthodes d'analyse de composés multi-classes —
Partie 1: Critères pour l'identification de composées cibles par
chromatographie en phase gazeuse ou liquide et spectrométrie de
masse
Reference number
ISO 21253-1:2019(E)
ISO 2019
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ISO 21253-1:2019(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2019

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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting

on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address

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Fax: +41 22 749 09 47
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Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 21253-1:2019(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Abbreviated terms .............................................................................................................................................................................................. 2

5 Principle ........................................................................................................................................................................................................................ 3

6 Apparatus ..................................................................................................................................................................................................................... 3

7 Identification of target compounds .................................................................................................................................................. 4

7.1 Procedure for identification of organic compounds with chromatography-mass

spectrometry ............................................................................................................................................................................................ 4

7.2 Step 1: Chromatographic separation ................................................................................................................................... 5

7.3 Step 2: Mass spectrometric evaluation .............................................................................................................................. 6

7.3.1 Mass spectrometric detection .............................................................................................................................. 6

7.3.2 Selection of diagnostic ions .................................................................................................................................... 6

7.3.3 Assigning identification points ............................................................................................................................ 7

7.4 Step 3: Additional analytical confirmation evaluation ......................................................................................... 8

7.5 Reporting the presence of target compounds .............................................................................................................. 9

7.5.1 Identification ....................................................................................................................................................................... 9

7.5.2 Indication ............................................................................................................................................................................... 9

7.5.3 Absence of the target compounds (

8 Test report ................................................................................................................................................................................................................... 9

Annex A (informative) Recommendations for the most commonly used techniques ....................................10

Annex B (normative) Criteria for full scan measurement ...........................................................................................................12

n n

Annex C (informative) Diagnostic ions to be used for identification using GC-MS and LC-MS .........13

Annex D (informative) Examples of calculating identification points ............................................................................14

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................21

© ISO 2019 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 21253-1:2019(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following

URL: www .iso .org/iso/foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 147, Water quality, Subcommittee SC 2,

Physical, chemical and biochemical methods.
A list of all parts in the ISO 21253 series can be found on the ISO website.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
iv © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 21253-1:2019(E)
Introduction

The use of gas chromatography (GC) and liquid chromatography (LC) in combination with mass

spectrometric (MS) detection is common in many analytical standards. This detector is a powerful tool

provided it is properly used. This document gives the criteria for the identification of target compounds

in various types of water. This document shall be used in combination with specific analytical standards

or in combination with any GC-MS and LC-MS procedure. The result of the procedure described is

identified, indicated or absent.
NOTE See Annex A for recommendations for the most commonly used techniques.
[5]
This document is generally based on ISO 22892 .
© ISO 2019 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 21253-1:2019(E)
Water quality — Multi-compound class methods —
Part 1:
Criteria for the identification of target compounds by gas
and liquid chromatography and mass spectrometry
1 Scope

This document specifies the criteria for mass spectrometric identification of target compounds in water

samples and is applicable to environmental samples in general. This document is intended to be used

in conjunction with standards developed for the determination of specific compounds. If a standard

method for analysing specific compounds includes criteria for identification, those criteria are followed.

2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For

undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 6107 (all parts), Water quality — Vocabulary
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 6107 (all parts) and the

following apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org ./obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
3.1
diagnostic ion

selected fragment ion, molecular ion or other characteristic ion from the mass spectrum of the target

compound (3.7) with the highest possible specificity
[SOURCE: ISO 22892:2006, 3.6]
3.2
identification point

result of mass spectrometric investigation or other investigations/information to identify a component

in environmental matrices
[SOURCE: ISO 22892:2006, 3.7]
3.3
relative retention time

ratio between the retention time of the target compound (3.7) and the retention time of the retention

time standard (3.4)
[SOURCE: ISO 22892:2006, 3.4]
© ISO 2019 – All rights reserved 1
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ISO 21253-1:2019(E)
3.4
retention time standard

compound that is added to the sample (or to the sample extract) and to the calibration standard solution,

and used to calculate the relative retention times (3.3) of the target compounds (3.7)

[SOURCE: ISO 22892:2006, 3.3]
3.5
selected ion monitoring
SIM
measurement of the intensity of selected diagnostic ions (3.1) only
3.6
standard compound

target compound (3.7) with the highest possible purity, which can be used as a reference during the

analysis

Note 1 to entry: Any impurities should not have influence on the mass spectrum of the standard compound.

[SOURCE: ISO 22892:2006, 3.2]
3.7
target compound
selected component, the presence or absence of which is being established

Note 1 to entry: This definition can also apply to a derivative of the original compound which is formed during an

intentional derivatization procedure.
[SOURCE: ISO 22892:2006, 3.1]
3.8
calibration standard

solution prepared from a secondary standard and/or stock solutions and used to calibrate the response

of the instrument with respect to analyte concentration
[SOURCE: ISO 18073:2004, 3.1.2]
3.9
calibration solution

solution used to calibrate the instrument, prepared from (a) stock solution(s) or from a certified

standard
[SOURCE: ISO 17294-1:2004, 3.4]
4 Abbreviated terms
APCI atmospheric pressure chemical ionization
CI chemical ionization
Da Dalton
ECD electron capture detector
EI electron ionization
EI-GC-MS electron ionization-gas chromatography-mass spectrometry
ESI electrospray ionization
2 © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 21253-1:2019(E)
FWHM full width at half maximum
GC gas chromatography
GC-MS gas chromatography-mass spectrometry
HRMS high resolution mass spectrometry
LC liquid chromatography
LC-MS liquid chromatography-mass spectrometry
mDa milliDalton
MRM multiple reaction monitoring
MS mass spectrometry
MS mass spectrometry
MTBE methyl tertiary-butyl ether
m/z mass to charge ratio
NPD nitrogen-phosphorus detector
OCP organo chlorine pesticides
PFPD pulsed flame photometric detector
PID photoionization detector
SIM selected ion monitoring
S/N signal to noise ratio
SRM selected reaction monitoring
TAME tertiary amyl methyl ether
UV/Vis ultraviolet – visible spectroscopy
5 Principle

A target compound is identified if the measured values meet the criteria specified in this document or in

the standard in which the procedures are described to analyse the target compound. Criteria are based

on the relative retention times and the intensity ratio of diagnostic ions, and other relevant factors.

Additional information regarding diagnostic ions from specific international standards on the analysis

of the target compound can be used. The principle of identification points is used (see Annex D).

6 Apparatus

As this document is complementary to other standards using GC-MS and LC-MS, it is assumed that the

instrumentation used meets the requirements of those standards and a detailed description is not

within the scope of this document. The minimum acquisition requirements for low resolution and high

resolution mass spectrometry are summarized in Tables 1 and 2.
© ISO 2019 – All rights reserved 3
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ISO 21253-1:2019(E)
Table 1 — Minimum acquisition requirements for low resolution mass spectrometry

Mass range: Peaks (masses) with a S/N < 3 are not taken into consideration and the lower

end of the scan range is limited to 35 (to avoid the measurement of oxygen and
nitrogen) to the highest mass of the target compound +10 unified atomic mass
units (u) in full scan measurements.
Scan rate: Minimum of 7 scans per peak.
Scan mode: Full scan or SIM.

Mass resolution: To be tuned on nominal resolution, the peak width at half-height of every tune

mass should not exceed 0,7 DA.
Table 2 — Minimum acquisition requirements for high resolution mass spectrometry
Scan rate: Minimum of 7 scans per peak.

Mass resolution: The resolution shall be greater the 10 000 FWHM for the used mass range.

Mass accuracy: The mass accuracy should be ≤5 ppm.
7 Identification of target compounds

IMPORTANT — The equipment shall be operated, and the determination shall be carried out by

suitably trained staff.
7.1 Procedure for identification of organic compounds with chromatography-mass
spectrometry

The procedure to qualify a component consists of three steps (see the flow scheme in Figure 1).

7.1.1 Step 1

Chromatographic evaluation (see 7.2): the relative retention time shall fulfil the specified criteria.

Proceed to step 2 only if step 1 is positive.
7.1.2 Step 2

Mass spectrometric evaluation (see 7.3): gathering identification points using mass spectrometric data.

[1]

For qualification, the principle of identification points is used (see EN 16693 ).

Identification points can be obtained from mass spectrometric data, but also using other analytical

information.
7.1.3 Step 3
Additional analytical confirmation evaluation (see 7.4).
The following classification can be obtained.

a) Identified (see 7.5.1): The target compound is present in the analysed extract if at least

3 identification points are obtained.

b) Indicated (see 7.5.2): The target compound may be present if only 1 or 2 identification points are

obtained.

c) Absent (below the detection limit) (see 7.5.3): No identification points are obtained using mass

spectrometry.

In case the classification result "indication" is unwanted, then any result with less than 3 identification

points shall be regarded as not identified.
4 © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 21253-1:2019(E)

Figure 1 — Flow scheme for the identification of a target compound using three steps

7.2 Step 1: Chromatographic separation

For GC-MS procedures, the gas chromatographic separation shall be carried out using capillary or a

packed column. For LC-MS procedures, the chromatographic separation shall be carried out using a

© ISO 2019 – All rights reserved 5
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ISO 21253-1:2019(E)

suitable LC column. The minimum acceptable retention time for the analyte under examination shall

be twice the retention time corresponding to the void volume of the column. The (relative) retention

time of the analyte in the sample shall match the (relative) retention time of the calibration standard

within a specified retention time window. The retention time window shall be commensurate with the

resolving power of the chromatographic system. The ratio of the chromatographic retention time of

the analyte to that of the retention time standard, i.e. the relative retention time of the analyte, shall

correspond to that of the calibration solution at a tolerance of ±2,5 % for LC and ±0,5 % for GC.

NOTE If specific retention time criteria are given in another standard, these can be followed.

7.3 Step 2: Mass spectrometric evaluation
7.3.1 Mass spectrometric detection

Mass spectrometric detection shall be carried out by employing MS-techniques such as recording of full

mass spectra (full scan) or selected ion monitoring (SIM), as well as MS techniques such as selected

reaction monitoring (SRM), multiple reaction monitoring (MRM) or other suitable MS or MS techniques

in combination with appropriate ionization modes. In high-resolution mass spectrometry (HRMS), the

resolution shall typically be greater than 10 000 FWHM for the entire mass range.

a) Full scans: When mass spectrometric determination is performed by the recording of full scan

spectra, the presence of all measured diagnostic ions (the molecular ion, characteristics adducts of

the molecular ion, characteristic fragment ions and isotope ions) with a relative intensity of more

than 10 % in the reference spectrum of the calibration standard is obligatory. In HRMS, a partial

scan (of limited mass range) may be adequate to yield sufficient diagnostic ions for identification.

b) SIM: When mass spectrometric determination is performed by fragmentation, the molecular

ion can be one of the selected diagnostic ions (the molecular ion, characteristics adducts of the

molecular ion, characteristic fragment ions and the isotope ions). Whenever possible, the selected

diagnostic ions should be independent from each other, for example not exclusively originate from

the same part of the molecule, nor exclusively be isotope ions. The S/N ratio for each diagnostic ion

shall be ≥ 3:1.

c) Full scan and SIM: The relative intensities of the detected ions, expressed as a percentage of the

intensity of the most intense ion or transition, shall correspond to those of the calibration standard,

either from calibration standard solutions or from spiked samples, at comparable concentrations,

measured under the same conditions, within the tolerances given in Table 3.

Table 3 — Maximum permitted tolerances for relative ion intensities using a range of mass

spectrometric techniques
Maximum allowed tolerance in Maximum allowed tolerance
Relative intensity
n n n
EI-GC-MS CI-GC-MS, CI-GC-MS , EI-GC-MS , LC-MS, LC-MS
>50 % to 100 % ±10 %
>20 % to 50 % ±15 % ±30 %
>10 % to 20 % ±20 %
≤10 % ±50 % ±50 %
7.3.2 Selection of diagnostic ions

If available, three diagnostic ions shall be selected for each target compound. Their intensities shall be

determined in the calibration standard solution either from a calibration standard solution or from

spiked samples at comparable concentrations measured under the same conditions, as the peak area

or peak height of the corresponding extracted ion current chromatograms. Their intensities shall be

determined using at least three injections. The relative intensities are calculated as the ratio of the

determined peak heights (or areas) and the peak height (or area) of the most intensive diagnostic ion.

NOTE Due to overloading, the ratios of the diagnostic ions can change.
6 © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 21253-1:2019(E)

Diagnostic ions may also be specified in the standard method being used. It is not always possible to

obtain three diagnostic ions (for instance for polycyclic aromatic hydrocarbons). In that case, select the

[5]

available ions. Diagnostic ions should have a high “uniqueness value” (see ISO 22892 ). Annex C gives

selection criteria for diagnostic ions.

Co-eluting substances may influence the peak shape. As long as the peak of interest can be separately

integrated, it may be used.

Criteria for the retention time of the selected diagnostic ions are related to the peak maxima of the

extracted ion current chromatograms.

Diagnostic ions should originate from the analyte under investigation only. This implies that,

theoretically, all diagnostic ions belonging to one and the same analyte have the same retention time. If

the retention time of one selected diagnostic ion differs from the retention times of the other diagnostic

ions from the same analyte, a co-eluting substance or a partly-separated substance giving the same

mass may be present. In this case, the particular diagnostic ion cannot be used.

The accuracy of the retention time depends on the number of scans within the chromatographic peak

and hence, on the scan rate. Because the scan rate is limited, small differences in the retention times

of the diagnostic ions should be allowed. A suitable criterion for the allowed difference in retention

times of the diagnostic ions of an analyte shall not be greater than 40 % of the peak width at half the

peak height in a single run. Therefore, the differences in retention times of the peak maxima of all the

selected diagnostic ions in the extracted ion current chromatograms belonging to the same analyte

shall not be greater than 40 % of the peak width at half the peak height. For most analyses, whether GC

or LC, this means an acceptable difference of 1 s. These criteria apply for both the calibration standard

solution and the sample.
7.3.3 Assigning identification points

The qualification of the results is different depending on the mass spectrometric technique used.

When full scan spectra are recorded, a minimum of three ions shall be present with a relative intensity

of ≥10 % of the base peak. The molecular ion shall be included if it is present in the reference spectrum

with a relative intensity of ≥10 %. If computer aided library searching is used, critical match factors

described in Annex B shall be applied. Variability in the spectra caused by the sample matrix and the

detector performance shall be checked.

When mass fragments are measured using anything other than full-scan techniques, or when library

matching is not possible, a system of identification points shall be used to interpret the data. For the

confirmation of any substance, three identification points are required. Tables 4 and 5 shows the

number of identification points that each of the basic mass spectrometric techniques can earn. However,

in order to qualify for the identification points required for confirmation and the sum of identification

points to be calculated:
— at least one ion ratio shall be measured;
— all relevant measured ion ratios shall meet the criteria described in Table 3;

— a maximum of three separate techniques can be combined to achieve the minimum number of

identification points;
— each ion may only be counted once;

— GC-MS using electron impact ionization is regarded as being a different technique to GC-MS using

chemical ionization;
— transition products include both product ions and n generation product ions.
© ISO 2019 – All rights reserved 7
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ISO 21253-1:2019(E)

Table 4 — Identification points for frequently used MS techniques, provided criteria are met

MS acquisition Identification
MS resolution Typical MS systems Source
mode points per source
Single MS: Full scan, limited Ion
m/z range, SIM
for example quadru-
pole, iontrap, TOF
MS : Selected or multiple Precursor ion 1
Unit mass resolution
reaction monitoring
Transition products
for example triple
(SRM, MRM)
quadrupole (MS/
1,5
MS), iontrap, Q-trap,
Q-TOF, Q-orbitrap
High resolution MS: Full scan, limited Ion 2
a,b,c
for example (Q)-TOF, m/z range, SIM
(Q)-Orbitrap, FT-ICR-
Accurate mass
Fragmentation with Precursor ion 2
MS, Sector MS
measurement
or without precur-
Transition products 2,5
sor-ion selection or
combinations thereof
Each ion may only be counted once.

NOTE 1 GC-MS using electron impact ionization is regarded as being a different technique to GC-MS using chemical

ionization.

NOTE 2 Transition products include both product ions and n generation product ions.

NOTE 2 See Table D.14 for additional examples on how to calculate id points; table and criteria are adapted from

References [6] and [9].
Preferably including the molecular ion, (de)protonated molecule or adduct ion.
Including at least one fragment ion.
Mass accuracy ≤ 5 ppm (or < 1 mDa for m/z < 200).

S/N ≥ 3 (in case noise is absent, a signal should be present in at least five subsequent scans).

Table 5 — Examples of additional identification points per alternative technique,

provided criteria are met
Identification points
Source Remark
per source

Absence of any other ions in full scan 1 Diagnostic ions in full scan S/N > 3 (in case

noise is absent, a signal should be present in
at least five subsequent scans)
Column with other polarity 1
Analyte spike/standard 1
Other analytical techniques 1 Every other selective detector For GC; ECD,
PFPD, NPD, PID For LC UV/Vis, fluorescence

Combination of ionization techniques, for 3 1 (EI) + 1 (CI positive) + 1 (CI negative)

example GC-MS (both EI and CI; positive/
negative)
7.4 Step 3: Additional analytical confirmation evaluation

Additional confirmation information can be used to obtain extra identification points when in step 2

not enough identification points are obtained for identification. In Table 5, some examples are given for

additional identification points that can be obtained using other analytical information.

8 © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 21253-1:2019(E)
7.5 Reporting the presence of target compounds
7.5.1 Identification

The analysed target compound is identified if at least 3 identification points are obtained [see 7.1.3 a)].

The relative retention time shall comply with 7.2. The relative intensities of all the selected ions

measured in the sample meet the relative ion intensities criteria (see Table 3) in comparison with the

calibration standard preceding or following the sample.
7.5.2 Indication

There is an indication for the presence of the analysed target compound in the sample if:

— the requirements for the relative retention time are met (7.2);
— only 1 or 2 identification points are obtained;
— the most intensive diagnostic ion is present (S/N > 3);
— the quantifying diagnostic ion is present (S/N > 3);
— the intensity of the missing diagnostic ion(s) is S/N < 3;

— the intensity of the quantifying diagnostic ion is higher than the intensity of the same quantifying

diagnostic ion at the limit of reporting.

In case the classification result "indicated" is unwanted, then any result with less than 3 identification

points shall be regarded as not identified.
7.5.3 Absence of the target compounds (

The target compound is absent in the sample (not identified and no indication for its presence), if:

— the requirements for the relative retention time are not met;
— or no identification points are obtained.
8 Test report

The test report in addition to the specifications given in the analytical International Standard applied,

shall contain at least the following information:
a) a reference to this document, i.e. ISO 21253-1:2019;
b) complete identification of the sample;

c) the results of the identification procedure, identified, indicated or absent as performed according

to this document;

d) any operations not prescribed in this document, which might have affected the results.

© ISO 2019 – All rights reserved 9
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ISO 21253-1:2019(E)
Annex A
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 21253-1
Première édition
2019-08
Qualité de l'eau — Méthodes d'analyse
de composés multi-classes —
Partie 1:
Critères pour l'identification
de composées cibles par
chromatographie en phase gazeuse ou
liquide et spectrométrie de masse
Water quality — Multi-compound class methods —
Part 1: Criteria for the identification of target compounds by gas and
liquid chromatography and mass spectrometry
Numéro de référence
ISO 21253-1:2019(F)
ISO 2019
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 21253-1:2019(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
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y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

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Publié en Suisse
ii © ISO 2019 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 21253-1:2019(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d'application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Abréviations .............................................................................................................................................................................................................. 2

5 Principe .......................................................................................................................................................................................................................... 3

6 Appareillage .............................................................................................................................................................................................................. 4

7 Identification des composés cibles ................................................................................................................................................... 4

7.1 Mode opératoire d'identification des composés cibles par chromatographie avec

détection par spectrométrie de masse ............................................................................................................................... 4

7.1.1 Étape 1 ...................................................................................................................................................................................... 4

7.1.2 Étape 2 ...................................................................................................................................................................................... 4

7.1.3 Étape 3 ...................................................................................................................................................................................... 5

7.2 Étape 1: Séparation chromatographique ......................................................................................................................... 7

7.3 Étape 2: Évaluation par spectrométrie de masse ...................................................................................................... 7

7.3.1 Détection par spectrométrie de masse ......................................................................................................... 7

7.3.2 Sélection des ions de diagnostic ......................................................................................................................... 8

7.3.3 Affectation des points de concordance ......................................................................................................... 8

7.4 Étape 3: Évaluation supplémentaire par confirmation analytique .........................................................10

7.5 Notation de la présence des composés cibles ...........................................................................................................10

7.5.1 Identification ....................................................................................................................................................................10

7.5.2 Indication/suspicion .................................................................................................................................................10

7.5.3 Absence de composés cibles (<à la limite de détection) ............................................................11

8 Rapport d'essai ...................................................................................................................................................................................................11

Annexe A (informative) Recommandations applicables aux techniques les plus

couramment utilisées ...................................................................................................................................................................................12

Annexe B (normative) Critères pour une mesure par balayage complet ....................................................................14

n n

Annexe C (informative) Ions de diagnostic à utiliser pour l'identification par CG-SM et CL-SM ....15

Annexe D (informative) Exemples de calcul des points de concordance .....................................................................16

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................24

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ISO 21253-1:2019(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.

L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www

.iso .org/directives).

L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/avant -propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 147, Qualité de l'eau, sous-comité

SC 2, Méthodes physiques, chimiques et biochimiques.

Une liste de toutes les parties de la série ISO 21253 se trouve sur le site web de l'ISO.

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l’adresse www .iso .org/fr/members .html.
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ISO 21253-1:2019(F)
Introduction

La chromatographie en phase gazeuse (CG) et la chromatographie en phase liquide (CL), en association

avec une méthode de détection par spectrométrie de masse (SM), sont couramment utilisées dans

de nombreuses normes d'analyse. Ce détecteur est un outil puissant à condition d'être utilisé

convenablement. Le présent document établit des critères d'identification des composés cibles dans

différents types d'eau. Le présent document doit être utilisé conjointement avec des normes spécifiques

d'analyse ou avec n'importe quel mode opératoire de CG-SM et de CL-SM. Le résultat obtenu au moyen

du mode opératoire décrit est « identifié », « suspecté » ou « absent ».

NOTE Voir l'Annexe A pour des recommandations sur les techniques les plus couramment utilisées.

[5]
Le présent document est globalement basé sur l'ISO 22892 .
© ISO 2019 – Tous droits réservés v
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NORME INTERNATIONALE ISO 21253-1:2019(F)
Qualité de l'eau — Méthodes d'analyse de composés multi-
classes —
Partie 1:
Critères pour l'identification de composées cibles
par chromatographie en phase gazeuse ou liquide et
spectrométrie de masse
1 Domaine d'application

Le présent document spécifie des critères pour l'identification par spectrométrie de masse de composés

cibles dans des échantillons d'eau et est applicable aux échantillons environnementaux en général. Le

présent document est destiné à être utilisé en association avec des normes élaborées pour permettre la

détermination de composés spécifiques. Si une méthode normalisée d'analyse de composés spécifiques

inclut des critères d'identification, ces critères sont appliqués.
2 Références normatives

Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des

exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les

références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels

amendements).
ISO 6107 (toutes les parties), Qualité de l’eau — Vocabulaire
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 6107 (toutes les

parties) ainsi que les suivants s'appliquent.

L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https: //www .iso .org ./obp

— IEC Electropedia: disponible à l'adresse http: //www .electropedia .org/
3.1
ion de diagnostic

ion fragment sélectionné, ion moléculaire ou autre ion caractéristique issu du spectre de masse du

composé cible (3.7) présentant la spécificité la plus élevée possible[SOURCE: ISO 22892:2006, 3.6]3.2

3.2
indice de concordance
point de concordance

résultat des investigations en spectrométrie de masse ou d'autres recherches/informations destinées à

identifier un composé dans des matrices environnementales
[SOURCE: ISO 22892:2006, 3.7]
© ISO 2019 – Tous droits réservés 1
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ISO 21253-1:2019(F)
3.3
temps de rétention relatif

rapport entre le temps de rétention du composé cible (3.7) et celui de l'étalon de temps de rétention (3.4)

[SOURCE: ISO 22892:2006, 3.4]
3.4
étalon de temps de rétention

composé qui est ajouté à l'échantillon (ou à l'extrait d'échantillon) et à la solution d'étalonnage et qui

sert à calculer les temps de rétention relatifs (3.3) des composés cibles (3.7)
[SOURCE: ISO 22892:2006, 3.3]
3.5
mesure d'ions sélectionnés
SIM
mesure de l'abondance des ions de diagnostic (3.1) sélectionnés
3.6
composé étalon

composé cible (3.7), de la plus grande pureté possible, qui peut être utilisé comme une référence au

cours de l'analyse

Note 1 à l'article: Il convient que les impuretés n'aient pas d'influence sur le spectre de masse du composé étalon.

[SOURCE: ISO 22892:2006, 3.2]
3.7
composé cible
composé sélectionné dont on est en train d'établir la présence ou l'absence

Note 1 à l'article: Cette définition peut également s'appliquer à un dérivé du composé d'origine qui est formé au

cours d'un mode opératoire de dérivation spécifique.
[SOURCE: ISO 22892:2006, 3.1]
3.8
étalon de référence

solution préparée à partir d'un étalon secondaire et/ou de solutions mères, et utilisée pour étalonner la

réponse de l'instrument en fonction de la concentration en analytes
[SOURCE: ISO 18073:2004, 3.1.2]
3.9
solution d'étalonnage

solution utilisée pour étalonner l'instrument, préparée à partir d'une ou de plusieurs solutions mères

ou d'un étalon certifié
[SOURCE: ISO 17294-1:2004, 3.4]
4 Abréviations
APCI ionisation chimique à pression atmosphérique [atmospheric pressure chemical
ionization]
CG chromatographie en phase gazeuse
CG-SM chromatographie en phase gazeuse avec détection par spectrométrie de masse
CI ionisation chimique [chemical ionization]
2 © ISO 2019 – Tous droits réservés
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ISO 21253-1:2019(F)
CL chromatographie en phase liquide
CL-SM chromatographie en phase liquide avec détection par spectrométrie de masse
Da Dalton
DCE détecteur à capture d'électrons
EI ionisation à impact électronique [electron ionization]

EI-CG-SM chromatographie en phase gazeuse avec détection par spectrométrie de masse et

ionisation à impact électronique
ESI ionisation par électronébuliseur [electrospray ionization]
FWHM largeur totale à mi-hauteur [full width at half maximum]
mDa milliDalton
MRM mesure de réactions multiples
MTBE méthyl tert-butyl éther
m/z rapport masse/charge
NPD détecteur azote-phosphore [nitrogen-phosphorus detector]

PFPD détecteur à photométrie de flamme pulsée [pulsed flame photometric detector]

PID détecteur par photoionisation [photoionization detector]
POC pesticides organochlorés
S/B rapport signal/bruit
SIM mesure d'ions sélectionnés [selected ion monitoring]
SM spectrométrie de masse
SMHR spectrométrie de masse à haute résolution
SM spectrométrie de masse
SRM mesure de réactions sélectionnées [selected reaction monitoring]
TAME tert-amyl méthyl éther
UV/Vis spectroscopie ultraviolet–visible
5 Principe

Un composé cible est considéré comme identifié lorsque les valeurs des paramètres mesurés satisfont

aux critères spécifiés dans le présent document ou dans la norme qui décrit les modes opératoires

d'analyse relatifs au composé cible. Ces critères sont fondés sur les temps de rétention relatifs et le

rapport d'abondance des ions de diagnostic, ainsi que sur d'autres facteurs pertinents. Il est possible

d'utiliser des informations complémentaires sur les ions de diagnostic, contenues dans les normes

internationales spécifiques relatives à l'analyse du composé cible. Le principe du dénombrement des

points de concordance est utilisé pour l'identification (voir Annexe D).
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ISO 21253-1:2019(F)
6 Appareillage

Du fait que le présent document est complémentaire par rapport à d'autres normes utilisant la CG-SM

et la CL-SM, il est supposé que l'instrumentation utilisée satisfait aux exigences de ces normes et que,

dès lors, une description détaillée n'entre pas dans le domaine d'application du présent document.

Les exigences minimales d'acquisition pour la spectrométrie de masse à basse résolution et à faible

résolution sont récapitulées aux Tableaux 1 et 2.

Tableau 1 — Exigences minimales d'acquisition pour la spectrométrie de masse à basse

résolution

Plage de masses: Les pics (masses) ayant un rapport S/B < 3 ne sont pas pris en considération et

l'extrémité inférieure de la plage de balayage est limitée à 35 (afin d'éviter le

mesurage de l'oxygène et de l'azote) et la masse la plus élevée à celle du composé

cible +10 unités de masse atomique (u) lors des mesurages par balayage complet.
Vitesse de balayage: Au moins 7 balayages par pic.
Mode de balayage: Balayage complet ou SIM.

Résolution de masse: À régler sur la résolution nominale, il convient que la largeur du pic à mi-hauteur

de chaque masse réglée ne dépasse pas 0,7 DA.

Tableau 2 — Exigences minimales d'acquisition pour la spectrométrie de masse à haute

résolution
Vitesse de balayage: Au moins 7 balayages par pic.

Résolution de masse: La résolution doit être supérieure à 10 000 FWHM pour la plage de masses

utilisée.
Précision de masse: Il convient que la précision de masse soit ≤ 5 ppm.
7 Identification des composés cibles

IMPORTANT — L'utilisation de l'équipement et la détermination doivent être effectuées par un

personnel dûment formé.

7.1 Mode opératoire d'identification des composés cibles par chromatographie avec

détection par spectrométrie de masse

Le mode opératoire utilisé pour identifier un composé cible consiste en trois étapes (voir organigramme

à la Figure 1).
7.1.1 Étape 1

Évaluation chromatographique (voir 7.2): le temps de rétention relatif doit satisfaire aux critères

spécifiés.
Passer à l'étape 2 uniquement si l'étape 1 produit un résultat positif.
7.1.2 Étape 2

Évaluation par spectrométrie de masse (voir 7.3): collecte des indices de concordance à l'aide des

données de spectrométrie de masse. Pour la qualification, le principe des indices de concordance est

[1]
utilisé (voir EN 16693 ).

Ces derniers peuvent être obtenus à partir des données de spectrométrie de masse, mais également à

partir d'autres informations analytiques.
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ISO 21253-1:2019(F)
7.1.3 Étape 3
Évaluation supplémentaire par confirmation analytique (voir 7.4).
La classification suivante peut être obtenue:

a) identifié (voir 7.5.1): le composé cible est présent dans l'extrait analysé si au moins 3 points de

concordance sont obtenus;

b) suspecté (voir 7.5.2): le composé cible peut être présent si seulement 1 ou 2 points de concordance

sont obtenus;

c) absent (au-dessous de la limite de détection) (voir 7.5.3): aucun indice de concordance n'est obtenu

en utilisant la spectrométrie de masse.

Si la classification « suspecté » n'est pas utilisée, tout résultat pour lequel moins de 3 points de

concordance sont obtenus doit être considéré comme non identifié.
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Figure 1 — Logigramme d'identification d'un composé cible en trois étapes
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ISO 21253-1:2019(F)
7.2 Étape 1: Séparation chromatographique

Pour les modes opératoires de CG-SM, la séparation par chromatographie en phase gazeuse doit

être effectuée à l'aide d'une colonne capillaire ou d'une colonne remplie. Pour les modes opératoires

de CL-SM, la séparation chromatographique doit être effectuée à l'aide d'une colonne appropriée. Le

temps de rétention minimal acceptable de l'analyte examiné doit être deux fois supérieur au temps de

rétention correspondant au volume mort de la colonne. Le temps de rétention (relatif) de l'analyte dans

l'échantillon doit correspondre au temps de rétention (relatif) de l'étalon de référence dans une fenêtre

de temps de rétention spécifiée. Cette fenêtre doit être adaptée au pouvoir de résolution du système

chromatographique. Le rapport entre le temps de rétention chromatographique de l'analyte et celui de

l'étalon de temps de rétention, c'est-à-dire le temps de rétention relatif de l'analyte, doit correspondre à

celui de la solution d'étalonnage avec une tolérance de ± 2,5 % pour la CL et de ± 0,5 % pour la CG.

NOTE Si des critères de temps de rétention spécifiques sont donnés dans une autre norme, ces critères

peuvent être appliqués.
7.3 Étape 2: Évaluation par spectrométrie de masse
7.3.1 Détection par spectrométrie de masse

La détection par spectrométrie de masse doit être effectuée au moyen de techniques SM, par

exemple l'enregistrement de spectres de masse complets (balayage complet) ou la mesure d'ions

sélectionnés (SIM), de même qu'à l'aide de techniques SM telles que la mesure de réactions

sélectionnées (SRM), la mesure de réactions multiples (MRM), ou d'autres techniques SM ou

SM associées à des modes d'ionisation appropriés. Pour la spectrométrie de masse à haute

résolution (SMHR), la résolution doit être généralement supérieure à 10 000 FWHM pour l'ensemble de

la plage de masses.

a) Balayages complets: si la détermination par spectrométrie de masse est effectuée en enregistrant

des spectres complets, la présence de tous les ions de diagnostic mesurés (ion moléculaire, adduits

caractéristiques de l'ion moléculaire, ions fragments caractéristiques et ions isotopes), avec

une intensité relative supérieure à 10 % dans le spectre de référence de l'étalon, est obligatoire.

En SMHR, un balayage partiel (d'une plage de masses limitée) peut être utilisé pour produire

suffisamment d'ions de diagnostic à des fins d'identification.

b) SIM: si la détermination par spectrométrie de masse est effectuée par fragmentation, l'ion

moléculaire peut être l'un des ions de diagnostic sélectionnés (ion moléculaire, adduits

caractéristiques de l'ion moléculaire, ions fragments caractéristiques et ions isotopes). Dans la

mesure du possible, il convient que les ions de diagnostic sélectionnés soient indépendants les uns

des autres, par exemple il convient qu'ils ne proviennent pas exclusivement de la même partie de

la molécule et qu'ils ne soient pas exclusivement des ions isotopes. Le rapport signal/bruit pour

chaque ion de diagnostic doit être ≥ 3:1.

c) Balayage complet et SIM: les intensités relatives des ions détectés, exprimées en pourcentage

de l'intensité de l'ion le plus intense ou de la transition la plus intense, doivent correspondre à

celles de l'étalon de référence, à partir de solutions étalons ou d'échantillons supplémentés, à des

concentrations comparables, mesurées dans les mêmes conditions, dans les limites des tolérances

données dans le Tableau 3.

Tableau 3 — Tolérances maximales admissibles pour les intensités ioniques relatives dans un

ensemble de techniques de spectrométrie de masse
Tolérance maximale admissible Tolérance maximale admissible
Intensité relative
n n n
dans l'EI CG SM CI-CG-SM, CI-CG-SM , EI-CG-SM , CL-SM, CL-SM
> 50 % à 100 % ±10 %
> 20 % à 50 % ±15 % ±30 %
> 10 % à 20 % ±20 %
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ISO 21253-1:2019(F)
Tableau 3 (suite)
Tolérance maximale admissible Tolérance maximale admissible
Intensité relative
n n n
dans l'EI CG SM CI-CG-SM, CI-CG-SM , EI-CG-SM , CL-SM, CL-SM
≤ 10 % ±50 % ±50 %
7.3.2 Sélection des ions de diagnostic

S'ils sont disponibles, trois ions de diagnostic doivent être sélectionnés pour chaque composé cible.

Leurs intensités, de même que l'aire de pic ou hauteur de pic des chromatogrammes du courant

ionique extrait, doivent être déterminées dans la solution d'étalonnage, à partir de solutions étalons ou

d'échantillons supplémentés, à des concentrations comparables mesurées dans les mêmes conditions.

Leurs intensités doivent être déterminées à l'aide d'au moins trois injections. Les intensités relatives

sont calculées sous la forme du rapport des hauteurs (ou aires) d'un pic déterminé à la hauteur (ou à

l'aire) du pic de l'ion de diagnostic le plus abondant.

NOTE Les rapports des ions de diagnostic peuvent varier en raison de la saturation.

Des ions de diagnostic peuvent également être spécifiés dans la méthode normalisée utilisée. Il n'est pas

toujours possible d'obtenir trois ions de diagnostic (par exemple, pour des hydrocarbures aromatiques

polycycliques). Dans ce cas, sélectionner les ions disponibles. Il convient que les ions de diagnostic aient

[5]

un « caractère univoque » élevé (voir l'ISO 22892 ). L'Annexe C donne les critères de sélection pour les

ions de diagnostic.

Des substances co-éluées peuvent influer sur la forme du pic. Dans la mesure où le pic considéré peut

être intégré séparément, il peut être utilisé.

Pour le temps de rétention des ions de diagnostic sélectionnés, les critères sont associés aux maxima

des pics des chromatogrammes du courant ionique extrait.

Il convient que les ions de diagnostic proviennent uniquement de l'analyte étudié. Cela implique que,

théoriquement, tous les ions de diagnostic appartenant à un seul et même analyte présentent le même

temps de rétention. Si le temps de rétention d'un ion de diagnostic sélectionné est différent des temps

de rétention des autres ions de diagnostic du même analyte, il se peut qu'une substance co-éluée ou une

substance partiellement séparée donnant la même masse soit présente. Dans ce cas, l'ion de diagnostic

concerné ne peut pas être utilisé.

L'exactitude du temps de rétention dépend du nombre de balayages réalisés sur le pic chromatographique

et, par conséquent, de la vitesse de balayage. Du fait que la vitesse de balayage est limitée, il convient

d'autoriser de faibles différences de temps de rétention pour les ions de diagnostic. Les différences de

temps de rétention des maxima de pic des ions de diagnostic sélectionnés dans les chromatogrammes

du courant ionique extrait appartenant au même analyte ne doivent pas être supérieures à 40 % de la

largeur du pic à mi-hauteur au cours d'une même passe. Par conséquent, les différences de temps de

rétention des maxima de pic de tous les ions de diagnostic sélectionnés dans les chromatogrammes

du courant ionique extrait appartenant au même analyte ne doivent pas être supérieures à 40 % de

la largeur du pic à mi-hauteur. Pour la plupart des analyses, par CG ou CL, cela signifie une différence

acceptable de 1 s. Ces critères s'appliquent à la fois à la solution d'étalonnage et à l'échantillon.

7.3.3 Affectation des points de concordance

La qualification des résultats diffère selon la technique de spectrométrie de masse utilisée.

Lorsque des spectres de balayage complets sont enregistrés, au moins trois ions doivent être présents

avec une intensité relative ≥ 10 % du pic de base. L'ion moléculaire doit être inclus s'il est présent

dans le spectre de référence avec une intensité relative ≥ 10 %. Dans le cas de recherches dans une

bibliographiethèque informatisée, les facteurs de concordance critiques décrits à l'Annexe B doivent

être appliqués. La variabilité observée au niveau des spectres en raison de la matrice de l'échantillon et

des performances du détecteur doit être vérifiée.
8 © ISO 2019 – Tous droits réservés
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ISO 21253-1:2019(F)

Lorsque des fragments de masse sont mesurés à l'aide de techniques autres qu'un balayage complet, ou

s'il est impossible d'effectuer une mise en correspondance avec une bibliographiethèque, un système

de points de concordance doit être utilisé pour interpréter les données. Pour confirmer une substance,

trois points de concordance sont nécessaires. Les Tableaux 4 et 5 indiquent le nombre de points de

concordance que peut acquérir chaque technique fondamentale de spectrométrie de masse. Cependant,

afin de déterminer les points de concordance nécessaires pour la confirmation et de calculer la somme

des points de concordance:
— au moins un rapport d'ions doit être mesuré;

— tous les rapports des ions pertinents mesurés doivent satisfaire aux critères décrits dans le

Tableau 3;

— trois techniques distinctes au plus peuvent être combinées pour obtenir le nombre minimal de

points de concordance;
— chaque ion ne peut être compté qu'une seule fois;

— la technique CG-SM utilisant l'ionisation à impact électronique est considérée comme une technique

différente de la CG-SM utilisant l'ionisation chimique;
ième

— les produits de transition comprennent les ions produits et les ions produits de n génération.

Tableau 4 — Points de concordance pour les techniques SM fréquemment utilisées, sous réserve

que les critères soient satisfaits
Points de concordance
Résolution SM Systèmes SM types Mode d'acquisition SM Source
par source
SM uniqu
...

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