24 června 2019

Hodnocení ASMS: Frank Dorman, Penn State

Frank Dorman, docent v oboru biochemie a molekulární biologie na Penn State University, hovořil na našem ranním semináři o ASMS o svých zkušenostech s používáním stolního spektrometru Pegasus BT 4D GC×GC-TOFMS při analýze environmentálního znečištění řeky Susquehanna.

Vzhledem ke zvyšující se chemické složitosti prostředí je spektrometr GC×GC-TOFMS s analýzou necílených sloučenin ideální technologií pro tyto složité vzorky.

Ve své prezentaci jménem Analýza environmentálního znečištění řeky Susquehanna, Frank podrobně popisuje znečištění tohoto rozvodí. Jeho výzkum se zaměřuje na expozomy a molekuly, které jsou vytvářeny, když s nimi interagují umělé (člověkem vytvořené) materiály. Jak můžeme aktivně „odhalit“ problémy s expozicí? Referenčním ukazatelem pro tuto analýzu je kontaminace ryb. Sledování jejich mutací, případně makroskopických a mikroskopických chorob, nejen pomáhá určit, koho vinit, ale také, jak to vyřešit, než to bude mít nepříznivý dopad na lidské zdraví. Důležitým nástrojem při zevrubném zkoumání této problematiky byla probíhající práce týmu pracující s průletovou hmotnostní spektrometrií dvourozměrné plynové chromatografie.

Frank vysvětluje své zdůvodnění, proč si vybral pro analýzu těchto vzorků přístroj GC×GC ani nikoli LC nebo GC: „Tyto extrakty vzorků budou z chemického hlediska velmi složité, takže použiji GC×GC. Proč? Protože je to nejlepší separační nástroj v laboratoři. Má mnohem, MNOHEM větší špičkový výkon než 1D GC a všechny přístroje GC mají mnohem větší špičkový výkon než kapalinová chromatografie.“

To znamená, že jsou ve vzorku schopné identifikovat nejen to, co známe, ale také odhalit známé neznámé, což je něco, co jiné technologie neudělají na stejné úrovni. Separace, přesnost, rozlišovací schopnost, dekonvoluce a rychlost jsou pro charakterizaci komplexních vzorků zásadní; Frankovi k dosažení cíle pomohl náš stolní systém Pegasus BT 4D GC×GC-TOFMS.

„BT má opravdu skvělou citlivost. Jako první jsme se zamýšleli následovně: „Dobře BT, jak se ti bude líbit, až do tebe hodíme nějaký odporný rybí extrakt?“ a ráda uvádím, že vše šlo velmi dobře. Tento přístroj dokáže (protože je to standardní zdroj elektronové ionizace) zpracovat velké množství kontaminantů v extraktech.“

Obrázek 1 Obrázek 2
 Obrázek 1  Obrázek 2

Nejdůležitější je, aby přístroj měl citlivost zpracovat takto složité vzorky, protože „čistá“ ryba prostě neexistuje. Značkový software ChromaTOF® přístroje Pegasus BT 4D je navíc navržen pro pokročilé zpracování takovýchto chromatografických dat. Obsahuje nástroje jako NonTarget Deconvolution®, hledání cílových analytů, vyhledávání v knihovně a další k identifikaci více analytů než kdykoli předtím. Pokud jde o detekční limity, Frank vysvětluje, že přístroj BT 4D dokázal překonat celou řadu tradičních typů hmotnostních spektrometrů, protože byly z hlediska detekčních limitů o několik řádů horší. Pokud bychom se o tuto stejnou analýzu chtěli pokusit na jednom kvadrupólu, detekční limity by utrpěly ještě více. Pro srovnání – trojitý kvadrupól může poskytnout poměrně dobré detekční limity, ale neumožňuje hledat to, na co necílíte. V tomto ohledu přístroj BT 4D skutečně ukazuje svou datovou sílu (obrázek 1).

Při pohledu na tato data je jako první zřejmé, že se jim podařilo dosáhnout detekčních limitů metody v rozsahu desetin nanogramů na gram i bez předkoncentrace vzorku. Za druhé, Frank nám připomíná, že ačkoliv můžete být zvyklí na trochu lepší detekční limity, jedná se vzhledem k nedostatečné přípravě vzorků o velmi působivé výsledky. Tímto neskrývaně vyjadřujeme obdiv chromatografické síly přístroje Pegasus BT 4D. Frank a jeho tým nemusí koncentrovat své vzorky, i když se jedná o mimořádně komplikovanou matrici celé ryby. Vše, co je potřeba, je jednoduchá minutová extrakce a následné odstranění rozpouštědla. To nejen šetří čas jeho týmu a zvyšuje produktivitu, ale také to šetří cenné laboratorní prostředky.

Použití nástrojů pro zpracování dat v ChromaTOF umožnilo po statickém porovnání provedených versus kontrolních vzorků (obrázek 2) srovnání prvních 50 funkcí založených na Fischerových poměrech. Jak vidíte na předchozím obrázku, ukazuje velmi pěknou a jasnou separaci mezi třemi skupinami ryb: kontrola, nemocná řeka Juniata a vzorky z nemocné řeky West Branch. Pegasus BT 4D tyto vylepšené detekční limity umožňuje a je slušným začátkem identifikace těchto cílů a necílených neznámých, aniž by bylo nutné vzorek koncentrovat. Matrice vzorku je navíc velmi náročná.

A jak dál? Aby Frank svůj výzkum posunul o krok dále, použil analýzu přístroje GC×GC HR-TOFMS (Pegasus GC-HRT + 4D) k odhalení ještě VÍCE známých neznámých sloučenin. Frank a jeho tým chtějí identifikovat, co tyto molekuly jsou, a přesto s  omocí přístroje GC×GC-TOFMS v nemocných rybách nacházejí jen několik cílů. Je to matoucí, ale Frank žádá, abyste si uvědomili, že hlavní oblast zájmu má masivní, komplikovanou rybí matrici. Frank vysvětluje, že vysoké rozlišení pomáhá tuto koeluaci vyřešit ještě více a že specificita, kterou poskytuje, umožňuje uživateli rozlišit od sebe více molekul a pohlížet na alternativní a chemickou ionizaci (obrázek 3).  

článek o asms 03 článek o asms 04
 Obrázek 3
 Obrázek 4

Systém HRT byl navíc pomocí negativní chemické ionizace (NCI) schopen identifikovat desítky organohalogenů. Použitím tohoto NCI režimu se dosáhlo měkké ionizace (méně fragmentace), selektivních (elektrofilních) sloučenin, téměř dokonalé (991/1000) přesnosti a celkového zlepšení citlivosti (obrázek 4).

„Když se na to díváme z pohledu analytického chemika, je to opravdu skvělé… když jsem viděl tento snímek, smál jsem se od ucha k uchu… tohle není učebnice, je to SKUTEČNÉ.“

Frank a jeho výzkumná skupina na univerzitě Penn State pokračují v podrobném zkoumání tajemství obklopujících kontaminaci ryb a vnějších faktorů, které ji způsobují. Klíčem k objevování dalších informací o tomto složitém environmentálním problému je mít analytickou sílu, kterou přístroj GC×GC-TOFMS poskytuje.

Kladete-li si otázku „Co jiného je v mém vzorku,“ jsou spektrometry GC×GC-TOFMS a TOFMS s vysokým rozlišením velmi cennými nástroji. Z Frankova výzkumu je zřejmé, že necílové sloučeniny mají stále větší dopad na korelaci nemocí než cíle a tyto technologie připravují cestu nové metodologii.

Powered by Translations.com GlobalLink OneLink Software