Co to jest chromatografia gazowa – spektrometria mas (GC-MS)?
Chromatografia gazowa – spektrometria mas (GC-MS, GCMS lub GC/MS) jest metodą analityczną, która jest używana do określania składu substancji w badanej próbce. Jak sama nazwa wskazuje, system składa się z chromatografu gazowego do rozdzielania substancji (analitów) i spektrometru masowego do identyfikacji tych analitów. Jest to złoty standard analizy w wielu dziedzinach, takich jak kryminalistyka lub badania petrochemiczne, ponieważ GC-MS pozwala na jednoznaczną identyfikację substancji.
GC-MS jest zwykle związany z każdą próbką, która może przejść przez GC, co oznacza, że interesujące nas substancje muszą być lotne i generalnie nie mogą być uszkodzone przez ciepło (450C). Jako takie, GC-MS jest zwykle używane do: analizy pestycydów, saturacji żywności, jakości żywności, analizy środowiska (powietrze, woda, gleba), badań petrochemicznych, zastosowań kryminalistycznych, takich jak wykrywanie narkotyków, podpaleń, przyczyn śmierci lub badań toksykologicznych. Ostatnio GC-MS jest szeroko wykorzystywana w biochemii do identyfikacji metabolitów (pierwotnych i wtórnych), badaniach metabolomicznych, badaniach roślin, a nawet archeologii i geologii! Jak na ironię, GC-MS była nawet używana do badania próbek z Marsa podczas misji sond od lat 70-tych! Czy wszystkie systemy GC-MS są takie same?
Systemy GC-MS dotykają prawie każdego aspektu naszego życia, a dane z tych systemów mają bezpośredni wpływ na decyzje dotyczące jakości naszego życia.
Czy wszystkie systemy GC-MS są takie same?
Nie. Istnieją dwa szerokie podejścia do technologii GC-MS, albo rutynowe zastosowania, albo nierutynowe. W przypadku zastosowań rutynowych, można dość dokładnie określić, czego się szuka. To jest to, co nazywamy analizą znanych-nieznanych i znanych-nieznanych. W przypadku zastosowań nierutynowych poszukuje się substancji, które nigdy wcześniej nie były widziane, nie są oczekiwane i/lub nie znajdują się w rutynowej bibliotece. Na przykład, można szukać designerskich narkotyków ulicznych lub nowych środków dopingujących u sportowców. Jest to analiza nieznane-nieznane i jest to najbardziej złożona analiza możliwa.
Znane-wiadome:
Podstawowo, masz albo bardzo zdefiniowaną listę docelową i jesteś zainteresowany tylko tym (znane-wiadome). Zignorujesz każdą inną substancję, która może zostać znaleziona. Na przykład produkujesz syntetyczne perfumy i chcesz wiedzieć, że zakład produkcyjny wyprodukował perfumy zgodnie z twoją recepturą. Ponieważ znasz dokładną recepturę i dokładny wynik, masz bardzo zdefiniowaną listę celów (liczba substancji, dokładna tożsamość, stosunek procentowy). Typowe systemy stosowane w tym przypadku to systemy TOF-MS poziomu podstawowego, systemy Quadrupole-MS lub systemy MS/MS, takie jak potrójne Quadrupole (choć rzadkie ze względu na koszty).
Nieznane-nieznane:
W tym przypadku pracujesz nieco poza znanymi-znanymi. Zasadniczo substancje, którymi jesteś zainteresowany, należą do znacznie dłuższej listy i mogą, ale nie muszą być obecne. W takim przypadku nie wiesz dokładnie, której substancji szukasz, ale wiesz, że należy ona do pewnej kategorii. Na przykład w przypadku perfum syntetycznych, możesz być zainteresowany znalezieniem substancji drażniących skórę, które mogą być w nich obecne. Masz listę z USA lub UE, która określa, które substancje są zakazane i chcesz się upewnić, że te substancje nie są obecne. Typowe systemy stosowane w tym przypadku to systemy TOF-MS, systemy MS/MS, takie jak systemy z potrójnymi kwadrupolami lub systemy Quadrupole-MS, chociaż są one zastępowane przez systemy TOF-MS ze względu na ich wydajność w tej dziedzinie.
Nieznane-nieznane:
W tym ostatnim przypadku szukasz igły w stogu siana, mając zawiązane oczy i nie wiedząc, jak igła wygląda. To jest to, do czego systemy GC-MS były pierwotnie zaprojektowane, dopóki trudności techniczne nie zmusiły producentów do zaprzestania snucia tak wielkich marzeń. W analizie nieznanego-nieznanego nie ma pojęcia o naturze analitów, do jakiej kategorii należą, ani nawet czy są obecne. Oznacza to, że nie ma żadnych bibliotek, do których można by się odwołać i najlepsze, na co można liczyć, to doskonała separacja z GC, a następnie bardzo dokładny pomiar MS, dający precyzyjne informacje empiryczne o cząsteczce. W tym celu używa się spektrometrów mas o wysokiej rozdzielczości, takich jak system HRTOF-MS.
Dlaczego GC-MS jest tak użyteczny?
GC-MS szybko zyskał na popularności w ciągu ostatnich kilku dekad, ponieważ zapewnia dość dokładną identyfikację substancji na poziomie ultraśladowym. Tradycyjna GC wykorzystuje „nieme” detektory, które pozwalają użytkownikowi określić, że w określonym momencie analizy obecna jest X ilość danej substancji. W oparciu o warunki eksperymentalne, na podstawie czasu retencji tej substancji można dość dobrze odgadnąć jej tożsamość. Jednakże, w wielu przypadkach kilka substancji może mieć ten sam czas retencji, więc identyfikacja nie jest gwarantowana.
Używając spektrometru masowego, możliwe jest, aby analityk odniósł dane wyjściowe spektrometru masowego do biblioteki i w ten sposób wykorzystał nie tylko czas retencji, ale również widmo masowe w tym czasie do identyfikacji substancji. Im więcej fragmentów obecnych w widmie masowym, tym lepsza będzie identyfikacja.
Jest to podobne do identyfikacji podejrzanego za pomocą odcisku palca. Im więcej unikalnych cech w odcisku palca, tym bardziej jesteśmy pewni, że możemy go dopasować do naszego punktu odniesienia.
Czy LC-MS nie jest bardziej wydajny? Czy potrzebuję LC-MS?
Chromatografia cieczowa-Spektrometria mas jest techniką pokrewną do GC-MS. Ze względu na jej obecną popularność, wiele osób uważa, że zastępuje ona GC-MS. Jednak dzieje się tak tylko dlatego, że naukowcy mają tendencję do stawania się sławnymi i/lub zarabiania pieniędzy, gdy publikują lub prezentują coś nowego. Ponieważ LC-MS jest nowszą techniką w ogóle, więcej pozostaje do odkrycia i dlatego robi się więcej szumu wokół LC-MS.
W każdym dobrym laboratorium będziesz miał zarówno GC-MS jak i LC-MS. Są to systemy komplementarne i w pewnym stopniu się pokrywają. Na przykład, wszystko co jest lotne (np. można powąchać) będzie miało tendencję do wykonywania GC-MS, podczas gdy wszystko co ma dużo cukru będzie miało tendencję do wykonywania LC-MS. To dlatego, że cukry mają tendencję do spalania w wysokiej temperaturze (zrobić braai lub grill z marynat na bazie cukru i zobaczyć, co się dzieje z grillem).
Niektóre substancje, takie jak aminokwasy mogą być wykonane przez obie techniki, ale znajdują się na niższych poziomach przez GC-MS. To samo można powiedzieć o kwasach tłuszczowych i innych kwasów organicznych. Te wydają się łatwiejsze przez LC-MS, ponieważ można dość dużo wstrzyknąć próbki bezpośrednio, podczas gdy przez GC-MS trzeba derywatyzacji próbek, aby umożliwić substancje, aby przejść do GC. Ale kompromisem jest to, że LC-MS ma tendencję do bycia 100 razy mniej czułym niż GC-MS dla tych substancji.
Czy GC-MS jest „złotym standardem” dla analizy?
Choć GC-MS jest uważany za „złoty standard” dla identyfikacji substancji, rzeczywistość jest nieco bardziej skomplikowana. Chociaż GC-MS może być użyty do wykonania w 100% specyficznego testu w celu pozytywnej identyfikacji obecności konkretnej substancji, należy pamiętać o pewnych kryteriach. Na przykład, jeśli GC-MS pracuje w trybie wybranych jonów (SIM), test jest mniej wiarygodny. Jest to w najlepszym przypadku test niespecyficzny, który może statystycznie sugerować tożsamość substancji, jednak może to prowadzić do fałszywej identyfikacji pozytywnej. Prawidłowym sposobem wykorzystania GC-MS do identyfikacji substancji, zwłaszcza w kryminalistyce, jest wykonanie analizy metodą pełnego skanowania. W przypadku większości systemów GC-MS oznacza to utratę czułości, co wymaga obecności większej ilości substancji. Jedynie systemy TOFMS pozwalają na przeprowadzenie analizy pełnoskaningowej bez utraty czułości.