Hvad er gaskromatografi – massespektrometri (GC-MS)?
Gaskromatografi – massespektrometri (GC-MS, GCMS eller GC/MS) er en analysemetode, der bruges til at bestemme sammensætningen af stoffer i en testprøve. Som navnet beskriver, består systemet af en gaskromatograf til at adskille stofferne (analytter) og et massespektrometer til at identificere disse analytter. Dette er den gyldne standard for analyser inden for mange områder som f.eks. retsmedicin eller petrokemiske undersøgelser, da GC-MS giver mulighed for entydig identifikation af stoffer.
GC-MS er normalt forbundet med enhver prøve, der kan gå gennem en GC, hvilket betyder, at de stoffer, der er af interesse, skal være flygtige og generelt ikke beskadiges af varme (450C). Som sådan anvendes GC-MS normalt til: pesticidanalyser, fødevaresats, fødevarekvalitet, miljøanalyser (luft, vand, jord), petrokemiske undersøgelser, retsmedicinske anvendelser som f.eks. narkotikadetektion, undersøgelse af brandstiftelse/brand, dødsårsag eller toksikologiske undersøgelser. På det seneste er GC-MS blevet anvendt i vid udstrækning inden for biokemi til identifikation af metabolitter (primære eller sekundære), metabolomiske undersøgelser, planteforskning og endda arkæologi og geologiske undersøgelser! I en ironisk drejning er GC-MS endda blevet brugt til at undersøge prøver fra Mars under sondebesøg siden 1970’erne! Hvor sejt er det ikke?
GC-MS-systemer berører næsten alle aspekter af vores liv, og dataene fra disse systemer påvirker direkte beslutninger vedrørende vores livskvalitet.
Er alle GC-MS-systemer ens?
Nej. Der er to brede tilgange til GC-MS-teknologien, enten rutineapplikationer eller ikke-rutineapplikationer. For rutinemæssige anvendelser kan man ret nøje definere, hvad man leder efter. Det er det, vi kalder known-knowns og known-unknown-analyse. Ved ikke-rutinemæssige anvendelser har man tendens til at lede efter stoffer, som man aldrig har set før, som man ikke forventer og/eller som ikke findes i et rutinemæssigt bibliotek. Man kan f.eks. være på udkig efter designede gadedrugsstoffer eller nye dopingstoffer hos sportsfolk. Dette er ukendt-ukendt-analyse og er den mest komplekse analyse, der er mulig.
Kendt-kendt:
Væsentligt er, at man enten har en meget defineret målliste, og man er kun interesseret i disse (kendt-kendt). Du ignorerer ethvert andet stof, der måtte blive fundet. Du fremstiller f.eks. syntetisk parfume, og du ønsker at vide, at produktionsanlægget har fremstillet parfumen efter din opskrift. Da du kender den nøjagtige opskrift og det nøjagtige output, har du en meget veldefineret målliste (antal stoffer, nøjagtig identitet, procentforhold). Typiske systemer, der anvendes her, er TOF-MS-systemer på begynderniveau, Quadrupol-MS-systemer eller MS/MS-systemer som f.eks. triple-quadrupoler (dog sjældne på grund af omkostningerne).
Kendte ubekendte:
I dette tilfælde arbejder du lidt ud over de kendte ubekendte. De stoffer, du er interesseret i, tilhører i det væsentlige en meget længere liste og kan være til stede eller ej. I et sådant tilfælde ved du ikke præcis, hvilket stof du leder efter, men du ved, at det hører til en bestemt kategori. I den syntetiske parfume kan du f.eks. være interesseret i at finde ud af præcis, hvilke hudirriterende stoffer der kan være til stede. Du har en liste fra USA eller EU over de stoffer, der er forbudt, og du vil gerne sikre dig, at disse stoffer ikke er til stede. Typiske systemer, der anvendes her, er TOF-MS-systemer på begynderniveau, MS/MS-systemer som f.eks. triple-quadrupoler eller Quadrupole-MS-systemer, selv om disse er ved at blive erstattet af TOF-MS-systemer på grund af deres ydeevne på dette område.
Unknown-unknowns:
I dette sidste tilfælde leder man efter en nål i en høstak, mens man har bind for øjnene og ikke ved, hvordan en nål ser ud. Det er det, som GC-MS-systemer oprindeligt blev designet til, indtil tekniske vanskeligheder tvang producenterne til at holde op med at drømme så stort. Ved ukendt-ukendt analyse har man ingen anelse om arten af analyterne, hvilken kategori de tilhører, eller om de overhovedet er til stede. Det betyder, at der ikke er nogen biblioteker at henvise til, og det bedste, man kan håbe på, er en perfekt separation fra GC, efterfulgt af en meget nøjagtig MS-måling, der giver præcise empiriske oplysninger om molekylet. Det er her, du vil bruge højopløselige massespektrometre som f.eks. et HRTOF-MS-system.
Hvorfor er GC-MS så nyttig?
GC-MS er hurtigt vokset i popularitet i løbet af de sidste par årtier, da det giver en ret præcis identifikation af stofferne på ultra-sporingsniveauer. Traditionel GC anvender “dumme” detektorer, som gør det muligt for brugeren at bestemme, at der på et bestemt tidspunkt i analysen er X mængde af et stof til stede. På grundlag af de eksperimentelle betingelser er det muligt at gætte ret godt på identiteten af dette stof ved hjælp af stoffets retentionstid. I mange tilfælde kan flere stoffer dog have samme retentionstid, så identifikationen er ikke garanteret.
Med et massespektrometer er det muligt for analytikeren at referere massespektrometerets output med et bibliotek og derved bruge ikke kun retentionstiden, men også massespektret på det pågældende tidspunkt til at identificere stoffet. Jo flere fragmenter der er til stede i et massespektrum, jo bedre vil identifikationen være.
Dette svarer til at identificere en mistænkt ved hjælp af et fingeraftryk. Jo flere unikke træk i et fingeraftryk, jo mere sikre er vi på, at vi kan matche fingeraftrykket med vores referencepunkt.
Er LC-MS ikke mere kraftfuldt? Har jeg brug for et LC-MS?
Liquid Chromatography-Mass Spectrometry er en beslægtet teknik i forhold til GC-MS. På grund af dens nuværende popularitet tror mange, at den er ved at erstatte GC-MS. Dette skyldes imidlertid kun, at videnskabsfolk har en tendens til at blive berømte og/eller tjene penge, når de offentliggør eller præsenterer noget nyt. Da LC-MS generelt er en nyere teknik, er der stadig mere at opdage, og derfor er der mere støj om LC-MS.
I ethvert godt laboratorium vil man have både en GC-MS og en LC-MS. Disse er komplementære systemer og har en lille smule overlapning. F.eks. vil alt, der er flygtigt (f.eks. som man kan lugte), have en tendens til at blive udført med GC-MS, mens alt, der indeholder meget sukker, vil have en tendens til at blive udført med LC-MS. Det skyldes, at sukkerarter har en tendens til at brænde ved høj temperatur (lav en braai eller grill med sukkerbaserede marinader og se, hvad der sker med grillen).
Somme stoffer som f.eks. aminosyrer kan gøres ved begge teknikker, men findes i lavere niveauer ved GC-MS. Det samme kan siges om fedtsyrer og andre organiske syrer. Disse synes nemmere ved LC-MS, fordi man stort set kan injicere prøverne direkte, mens man ved GC-MS skal derivatisere prøverne for at stofferne kan gå ind i GC’en. Men modydelsen er, at LC-MS har en tendens til at være 100 gange mindre følsom end GC-MS for disse stoffer.
Er GC-MS “guldstandarden” for analyse?
Mens GC-MS betragtes som “guldstandarden” for identifikation af stoffer, er virkeligheden lidt mere kompleks. Selv om en GC-MS kan anvendes til at udføre en 100 % specifik test til positiv identifikation af tilstedeværelsen af et bestemt stof, skal man være opmærksom på visse kriterier. Hvis GC-MS’en f.eks. anvendes i Selected Ion Mode (SIM), er testen mindre pålidelig. Dette er i bedste fald en uspecifik test, som statistisk set kan give et fingerpeg om stoffets identitet, men det kan føre til falsk positiv identifikation. Den korrekte måde at anvende GC-MS til identifikation af stoffer på, især på det retsmedicinske område, er at foretage en fuld scanning. Med de fleste GC-MS-systemer betyder dette, at man må ofre følsomheden og kræve, at der er mere stof til stede. Kun TOFMS-systemer giver mulighed for analyser med fuld scanning uden at give afkald på følsomheden.