Mi a gázkromatográfia – tömegspektrometria (GC-MS)?
A gázkromatográfia – tömegspektrometria (GC-MS, GCMS vagy GC/MS) olyan analitikai módszer, amelyet a vizsgálati mintában lévő anyagok összetételének meghatározására használnak. Ahogy a neve is mutatja, a rendszer egy gázkromatográfból áll az anyagok (analitok) szétválasztására és egy tömegspektrométerből az analitok azonosítására. Számos területen, például a kriminalisztikában vagy a petrolkémiai vizsgálatokban ez az analízis arany standardja, mivel a GC-MS lehetővé teszi az anyagok egyértelmű azonosítását.
A GC-MS általában minden olyan mintához társul, amely átmehet a GC-n, ami azt jelenti, hogy a vizsgált anyagoknak illékonyaknak kell lenniük, és általában nem károsodhatnak hő hatására (450C). Mint ilyen, a GC-MS-t általában a következőkre használják: peszticidek elemzése, élelmiszer szatefy, élelmiszer-minőség, környezeti elemzések (levegő, víz, talaj), petrolkémiai vizsgálatok, törvényszéki alkalmazások, például kábítószer-kimutatás, gyújtogatás/tűzvizsgálat, halál oka vagy toxikológiai vizsgálatok. Újabban a GC-MS-t széles körben használják a biokémiában a metabolitok (elsődleges vagy másodlagos) azonosítására, metabolomikai vizsgálatokra, növénykutatásra, sőt régészeti és geológiai vizsgálatokra is! Ironikus módon a GC-MS-t még a Marsról származó minták vizsgálatára is használják a szondák küldetései során az 1970-es évek óta! Milyen király ez?
A GC-MS rendszerek életünk szinte minden területét érintik, és az ezekből a rendszerekből származó adatok közvetlenül befolyásolják az életminőségünkkel kapcsolatos döntéseket.
Minden GC-MS rendszer egyforma?
Nem. A GC-MS technológiának két nagy megközelítése van: a rutin alkalmazások vagy a nem rutin alkalmazások. A rutin alkalmazások esetében elég pontosan meg lehet határozni, hogy mit keresünk. Ezt nevezzük ismert-ismert és ismert-ismeretlen analízisnek. A nem rutinszerű alkalmazásoknál általában olyan anyagokat keresünk, amelyekkel még soha nem találkoztunk, nem várhatóak és/vagy nem szerepelnek a rutinkönyvtárban. Például kereshetünk dizájner utcai drogokat vagy új doppingszereket sportolóknál. Ez az ismeretlen-ismeretlen elemzés, és a lehető legösszetettebb elemzés.
Known-knowns:
Lényegében vagy van egy nagyon meghatározott céllista, és csak ezek érdeklik (known-knowns). Minden más, esetlegesen előforduló anyagot figyelmen kívül hagysz. Például szintetikus parfümöket gyárt, és tudni szeretné, hogy a gyártóüzem az Ön receptje szerint állította-e elő a parfümöt. Mivel ismeri a pontos receptet és a pontos kimenetet, van egy pontosan meghatározott céllistája (az anyagok száma, pontos azonossága, százalékos aránya). Az itt használt tipikus rendszerek a belépő szintű TOF-MS rendszerek, a Quadrupol-MS rendszerek vagy az MS/MS rendszerek, mint például a tripla-kvadrupolok (bár a költségek miatt ritkák).
Tudatlan ismerősök:
Ez esetben Ön kissé az ismert ismerősökön túl dolgozik. Lényegében a téged érdeklő anyagok egy sokkal hosszabb listához tartoznak, és lehet, hogy jelen vannak, de lehet, hogy nem. Ilyen esetben nem tudja pontosan, hogy melyik anyagot keresi, de azt tudja, hogy az egy bizonyos kategóriába tartozik. Például a szintetikus parfümöknél lehet, hogy Önt az érdekli, hogy pontosan milyen bőrirritáló anyagok lehetnek jelen. Rendelkezik egy listával az Egyesült Államokból vagy az EU-ból arról, hogy mely anyagok tiltottak, és meg akar győződni arról, hogy ezek az anyagok nincsenek jelen. Az itt használt tipikus rendszerek a belépő szintű TOF-MS rendszerek, MS/MS rendszerek, mint például a tripla-kvadrupol vagy a Quadrupol-MS rendszerek, bár ezeket egyre inkább felváltják a TOF-MS rendszerek az ezen a területen nyújtott teljesítményük miatt.
Ismeretlen ismeretlenek:
Ez utolsó esetben egy tűt keres a szénakazalban, miközben bekötött szemmel jár, és nem tudja, hogy a tű hogyan néz ki. Eredetileg erre tervezték a GC-MS rendszereket, amíg a technikai nehézségek arra nem kényszerítették a gyártókat, hogy ne álmodjanak ilyen nagyot. Az ismeretlen-ismeretlen elemzés során fogalma sincs az analitok természetéről, arról, hogy melyik kategóriába tartoznak, vagy hogy egyáltalán jelen vannak-e egyáltalán. Ez azt jelenti, hogy nincsenek könyvtárak, amelyekre hivatkozhatnánk, és a legjobb, amit remélhetünk, hogy tökéletes elválasztást kapunk a GC-től, amit egy nagyon pontos MS-mérés követ, amely pontos empirikus információt ad a molekuláról. Ez az a hely, ahol nagy felbontású tömegspektrométereket, például egy HRTOF-MS rendszert fog használni.
Miért olyan hasznos a GC-MS?
A GC-MS népszerűsége az elmúlt évtizedekben gyorsan nőtt, mivel az ultra-nyomokban lévő anyagok meglehetősen pontos azonosítását teszi lehetővé. A hagyományos GC “buta” detektorokat használ, amelyek lehetővé teszik a felhasználó számára annak megállapítását, hogy az elemzés egy adott pillanatában X mennyiségű anyag van jelen. A kísérleti körülmények alapján az anyag retenciós idejének felhasználásával meglehetősen jól meg lehet tippelni az anyag azonosságát. Sok esetben azonban több anyagnak is lehet ugyanaz a retenciós ideje, így az azonosítás nem garantált.
Masszaspektrométert használva az elemzőnek lehetősége van arra, hogy a tömegspektrométer kimenetét egy könyvtárral hivatkozzon, és ezáltal ne csak a retenciós időt, hanem az adott időpontban mért tömegspektrumot is felhasználja az anyag azonosítására. Minél több fragmentum van jelen a tömegspektrumban, annál jobb lesz az azonosítás.
Ez hasonló ahhoz, mintha egy gyanúsítottat ujjlenyomat alapján azonosítanánk. Minél több egyedi jellemző van egy ujjlenyomatban, annál biztosabbak vagyunk abban, hogy az ujjlenyomatot a referenciapontunkhoz tudjuk rendelni.
Az LC-MS nem erősebb? Szükségem van LC-MS-re?
A folyadékkromatográfia-tömegspektrometria a GC-MS rokon technikája. Jelenlegi népszerűsége miatt sokan úgy gondolják, hogy felváltja a GC-MS-t. Ez azonban csak azért van így, mert a tudósok hajlamosak híressé válni és/vagy pénzt keresni, ha valami újat publikálnak vagy bemutatnak. Mivel az LC-MS általában véve egy újabb technika, még több felfedezésre vár, és ezért az LC-MS-ről nagyobb a zaj.
Minden jó laboratóriumban van GC-MS és LC-MS is. Ezek egymást kiegészítő rendszerek, és van egy kis átfedés. Például bármi, ami illékony (pl. szagolható), inkább GC-MS-sel, míg bármi, ami sok cukrot tartalmaz, inkább LC-MS-sel történik. Ennek az az oka, hogy a cukrok magas hőmérsékleten hajlamosak elégni (készítsen egy braai-t vagy barbecue-t cukor alapú pácokkal, és nézze meg, mi történik a grillel).
Egyes anyagok, mint például az aminosavak, mindkét technikával elvégezhetők, de GC-MS-sel alacsonyabb szinten találhatók meg. Ugyanez elmondható a zsírsavakról és más szerves savakról is. Ezek LC-MS-sel egyszerűbbnek tűnnek, mert nagyjából közvetlenül be lehet injektálni a mintákat, míg GC-MS-sel derivatizálni kell a mintákat, hogy az anyagok a GC-be kerülhessenek. De a kompromisszum az, hogy az LC-MS általában 100-szor kevésbé érzékeny, mint a GC-MS ezek esetében.
A GC-MS az elemzés “arany standardja”?
Míg a GC-MS-t az anyagok azonosításának “arany standardjának” tekintik, a valóság kissé bonyolultabb. Bár a GC-MS segítségével 100%-ban specifikus vizsgálatot lehet végezni egy adott anyag jelenlétének pozitív azonosítására, bizonyos kritériumokat szem előtt kell tartani. Például, ha a GC-MS szelektált ion üzemmódban (SIM) működik, a vizsgálat kevésbé megbízható. Ez a legjobb esetben is egy nem specifikus teszt, amely statisztikailag utalhat az anyag azonosságára, bár ez hamis pozitív azonosításhoz vezethet. A GC-MS anyagazonosításra történő használatának helyes módja, különösen a törvényszéki területen, a teljes letapogatásos elemzés elvégzése. A legtöbb GC-MS rendszer esetében ez az érzékenység feláldozását jelenti, mivel több anyag jelenlétére van szükség. Csak a TOFMS rendszerek teszik lehetővé a teljes szkenneléses elemzést az érzékenység feláldozása nélkül.