Co je plynová chromatografie – hmotnostní spektrometrie (GC-MS)?
Plynová chromatografie – hmotnostní spektrometrie (GC-MS, GCMS nebo GC/MS) je analytická metoda, která se používá ke stanovení složení látek v testovaném vzorku. Jak název popisuje, systém se skládá z plynového chromatografu k separaci látek (analytů) a hmotnostního spektrometru k identifikaci těchto analytů. Jedná se o zlatý standard analýzy v mnoha oborech, jako je kriminalistika nebo petrochemické studie, protože GC-MS umožňuje jednoznačnou identifikaci látek.
GC-MS se obvykle spojuje s jakýmkoli vzorkem, který může projít GC, což znamená, že látky, které nás zajímají, musí být těkavé a zpravidla je nepoškodí teplo (450C). GC-MS jako taková se obvykle používá pro: analýzu pesticidů, saturace potravin, kvality potravin, analýzu životního prostředí (vzduch, voda, půda), petrochemické studie, forenzní aplikace, jako je detekce drog, vyšetřování žhářství/požárů, příčin smrti nebo toxikologické vyšetřování. V poslední době se GC-MS hojně využívá v biochemii pro identifikaci metabolitů (primárních nebo sekundárních), metabolomické studie, výzkum rostlin a dokonce i v archeologii a geologických studiích! Ironií osudu je, že GC-MS se od 70. let 20. století dokonce používá ke studiu vzorků z Marsu během misí sond!
Systémy GC-MS se dotýkají téměř všech aspektů našeho života a údaje z těchto systémů přímo ovlivňují rozhodnutí týkající se kvality našeho života.
Jsou všechny systémy GC-MS stejné?
Ne. Existují dva široké přístupy k technologii GC-MS, buď rutinní aplikace, nebo nerutinní. U rutinních aplikací můžete poměrně přesně definovat, co hledáte. Tomu říkáme analýza známých-známých a známých-neznámých. U nerutinních aplikací máte tendenci hledat látky, které jste nikdy předtím neviděli, které se neočekávají a/nebo nejsou v rutinní knihovně. Například lze hledat designové pouliční drogy nebo nové dopingové látky u sportovců. Jedná se o analýzu neznámé-neznámé a je to nejsložitější možná analýza.
Známé-neznámé:
V podstatě máte buď velmi přesně definovaný seznam cílů a zajímají vás pouze tyto (známé-neznámé). Jakoukoli jinou látku, která by mohla být nalezena, budete ignorovat. Například vyrábíte syntetické parfémy a chcete vědět, že výrobní závod vyrobil parfém podle vašeho receptu. Protože znáte přesnou recepturu a přesný výstup, máte přesně definovaný cílový seznam (počet látek, přesná identita, procentuální poměr). Typickými systémy, které se zde používají, jsou základní systémy TOF-MS, kvadrupólové systémy MS nebo systémy MS/MS, jako jsou trojité kvadrupóly (i když kvůli ceně jsou vzácné).
Známé neznámé:
V tomto případě pracujete mírně nad rámec známých neznámých. Látky, které vás zajímají, v podstatě patří do mnohem delšího seznamu a mohou, ale také nemusí být přítomny. V takovém případě nevíte přesně, kterou látku hledáte, ale víte, že patří do určité kategorie. Například u syntetického parfému vás může zajímat, které přesně látky dráždící pokožku mohou být přítomny. Máte seznam z USA nebo EU, které látky jsou zakázané, a chcete se ujistit, že tyto látky nejsou přítomny. Typickými systémy, které se zde používají, jsou základní systémy TOF-MS, systémy MS/MS, jako jsou trojité kvadrupóly nebo systémy Quadrupole-MS, i když ty jsou díky své výkonnosti v této oblasti stále více nahrazovány systémy TOF-MS.
Neznámé-neznámé:
V tomto posledním případě hledáte jehlu v kupce sena, přičemž máte zavázané oči a nevíte, jak jehla vypadá. Právě k tomu byly původně určeny systémy GC-MS, dokud technické potíže nepřinutily výrobce přestat snít tak velké sny. Při neznámé-neznámé analýze nemáte představu o povaze analytů, o tom, do které kategorie patří, a dokonce ani o tom, zda jsou přítomny. To znamená, že neexistují žádné knihovny, na které byste se mohli odvolávat, a to nejlepší, v co můžete doufat, je dokonalá separace z GC a následné velmi přesné MS měření, které vám poskytne přesné empirické informace o molekule. Zde využijete hmotnostní spektrometry s vysokým rozlišením, například systém HRTOF-MS.
Proč je GC-MS tak užitečná?
GC-MS si v posledních několika desetiletích rychle získala oblibu, protože poskytuje poměrně přesnou identifikaci látek na ultrastopových úrovních. Tradiční GC používá „hloupé“ detektory, které umožňují uživateli určit, že v určitém okamžiku analýzy je přítomno X množství látky. Na základě experimentálních podmínek je možné poměrně dobře odhadnout identitu této látky pomocí retenčního času této látky. V mnoha případech však může mít několik látek stejný retenční čas, takže identifikace není zaručena.
Při použití hmotnostního spektrometru je možné, aby analytik referencoval výstup z hmotnostního spektrometru s knihovnou, a použil tak k identifikaci látky nejen retenční čas, ale také hmotnostní spektrum v daném okamžiku. Čím více fragmentů je v hmotnostním spektru přítomno, tím lepší bude identifikace.
Je to podobné jako identifikace podezřelého pomocí otisku prstu. Čím více jedinečných znaků je v otisku prstu, tím větší máme jistotu, že otisk prstu můžeme přiřadit k našemu referenčnímu bodu.
Není LC-MS výkonnější? Potřebuji LC-MS?
Kapalinová chromatografie – hmotnostní spektrometrie je příbuzná technika ke GC-MS. Vzhledem k její současné popularitě si mnoho lidí myslí, že nahrazuje GC-MS. Je to však pouze proto, že vědci mají tendenci stát se slavnými a/nebo vydělat peníze, když publikují nebo prezentují něco nového. Protože LC-MS je obecně novější technikou, zbývá toho ještě více objevit, a proto se kolem LC-MS dělá více hluku.
V každé dobré laboratoři budete mít jak GC-MS, tak LC-MS. Jsou to komplementární systémy a trochu se překrývají. Například cokoli, co je těkavé (např. můžete cítit), se bude obvykle provádět pomocí GC-MS, zatímco cokoli, co obsahuje hodně cukru, se bude obvykle provádět pomocí LC-MS. Je to proto, že cukry mají tendenci hořet při vysoké teplotě (udělejte braai nebo gril s marinádami na bázi cukru a uvidíte, co se stane s grilem).
Některé látky, jako jsou aminokyseliny, lze provést oběma technikami, ale GC-MS je zjistí v nižším množství. Totéž lze říci o mastných kyselinách a dalších organických kyselinách. Ty se zdají být jednodušší pomocí LC-MS, protože vzorky můžete v podstatě přímo vstříknout, zatímco pomocí GC-MS musíte vzorky derivatizovat, aby se látky dostaly do GC. Kompromisem však je, že LC-MS bývá u těchto látek stokrát méně citlivá než GC-MS.
Je GC-MS „zlatým standardem“ pro analýzu?
Ačkoli je GC-MS považována za „zlatý standard“ pro identifikaci látek, skutečnost je poněkud složitější. I když lze pomocí GC-MS provést 100% specifický test k pozitivní identifikaci přítomnosti určité látky, je třeba mít na paměti určitá kritéria. Například pokud GC-MS pracuje v režimu vybraných iontů (SIM), je test méně spolehlivý. Jedná se přinejlepším o nespecifický test, který by mohl statisticky naznačit identitu látky, ačkoli by to mohlo vést k falešně pozitivní identifikaci. Správný způsob použití GC-MS pro identifikaci látky, zejména ve forenzní oblasti, je provedení úplné skenovací analýzy. U většiny systémů GC-MS to znamená obětovat citlivost, což vyžaduje přítomnost většího množství látky. Pouze systémy TOFMS umožňují provádět full scan analýzy bez obětování citlivosti
.