O que é Cromatografia de Gases – Espectrometria de Massa (GC-MS)?
Cromatografia de Gases – Espectrometria de Massa (GC-MS, GCMS ou GC/MS) é um método analítico que é usado para determinar a composição de substâncias dentro de uma amostra de teste. Como o nome descreve, o sistema é composto por um cromatógrafo de gás para separar as substâncias (substâncias a analisar) e um espectrômetro de massa para identificar essas substâncias a analisar. Este é o padrão ouro para análise em muitos campos, como estudos forenses ou petroquímicos, pois o GC-MS permite a identificação inequívoca de substâncias.
GC-MS é geralmente associado a qualquer amostra que possa passar por um GC, o que significa que as substâncias de interesse devem ser voláteis e geralmente não danificadas pelo calor (450C). Como tal, a GC-MS é normalmente utilizada para: análise de pesticidas, análise da qualidade dos alimentos, análise ambiental (ar, água, solo), estudos petroquímicos, aplicações forenses como a detecção de drogas, investigação de incêndios, causas de morte ou investigações toxicológicas. Mais recentemente, o GC-MS tem sido amplamente utilizado na bioquímica para a identificação de metabólitos (primários ou secundários), estudos metabólicos, pesquisa de plantas e até mesmo estudos arqueológicos e geológicos! Em um giro irônico, o GC-MS tem sido usado até mesmo para estudar amostras de Marte durante missões de sondas desde os anos 70! Como isso é legal?
Sistemas GC-MS tocam quase todos os aspectos de nossas vidas e os dados desses sistemas afetam diretamente as decisões relativas à nossa qualidade de vida.
Todos os sistemas GC-MS são iguais?
Não. Há duas abordagens amplas para a tecnologia GC-MS, tanto em aplicações rotineiras quanto não-rotineiras. Para aplicações rotineiras, você pode definir com bastante atenção o que você está procurando. Isto é o que chamamos de análise conhecida e conhecida e desconhecida. Para aplicações não-rotineiras, você tende a procurar substâncias que nunca foram vistas antes, não são esperadas e/ou não estão em uma biblioteca de rotina. Por exemplo, pode-se estar à procura de drogas de rua de marca ou de novas drogas dopantes em atletas. Esta é uma análise desconhecida e é a mais complexa possível.
Known-knowns:
Essencialmente, ou você tem uma lista de alvos muito definida e só está interessado nestes (known-knowns). Você irá ignorar qualquer outra substância que possa ser encontrada. Por exemplo, você está fabricando perfumes sintéticos e quer saber que a fábrica produziu o perfume de acordo com a sua receita. Como você conhece a receita exata e a saída exata, você tem uma lista de alvos muito definida (número de substâncias, identidade exata, relação percentual). Os sistemas típicos utilizados aqui são sistemas TOF-MS de nível de entrada, sistemas Quadrupole-MS ou sistemas MS/MS como os triplos quádruplos (embora raros devido ao custo).
Known-unknowns:
Neste caso você está trabalhando um pouco além dos conhecidos. Essencialmente, as substâncias em que você está interessado pertencem a uma lista muito mais longa e podem ou não estar presentes. Nesse caso, você não sabe exatamente qual substância você está procurando, mas sabe que ela pertence a uma determinada categoria. Por exemplo, no perfume sintético, você pode estar interessado em descobrir exatamente quais irritantes de pele podem estar presentes. Você tem uma lista dos EUA ou da UE sobre quais substâncias são proibidas e quer ter a certeza de que essas substâncias não estão presentes. Os sistemas típicos utilizados aqui são sistemas TOF-MS de nível básico, sistemas MS/MS como os sistemas triple-quadrupoles ou Quadrupole-MS, embora estes estejam sendo substituídos pelos sistemas TOF-MS devido ao seu desempenho neste campo.
Unknown-unknowns:
Neste caso final, você está procurando uma agulha num palheiro enquanto está vendado e não sabe como é uma agulha. É para isso que os sistemas GC-MS foram originalmente projetados até que dificuldades técnicas forçaram os fabricantes a parar de sonhar tão grande. Na análise desconhecida, você não tem idéia da natureza dos analistas, a qual categoria eles pertencem ou mesmo se eles estão presentes. Isto significa que não há bibliotecas a que se referir e o melhor que se pode esperar é ter uma separação perfeita da GC, seguida de uma medição muito precisa da EM para lhe dar informações empíricas precisas sobre a molécula. Aqui é onde você usará espectrômetros de massa de alta resolução como um sistema HRTOF-MS.
Por que GC-MS é tão útil?
GC-MS tem crescido rapidamente em popularidade nas últimas décadas, pois fornece uma identificação bastante precisa das substâncias em níveis ultra-traço. A GC tradicional usa detectores “mudos” que permitem ao usuário determinar que em um momento específico da análise X quantidade de uma substância está presente. Com base nas condições experimentais, um bom palpite sobre a identidade dessa substância é possível usando o tempo de retenção dessa substância. Entretanto, em muitos casos várias substâncias poderiam ter o mesmo tempo de retenção, portanto a identificação não é garantida.
Utilizando um Espectrômetro de Massa, é possível para o analista referenciar a saída do espectrômetro de massa com uma biblioteca e assim utilizar não apenas o tempo de retenção, mas também o espectro de massa naquele momento para identificar a substância. Quanto mais fragmentos presentes em um espectro de massa, melhor será a identificação.
Isto é semelhante à identificação de um suspeito usando uma impressão digital. Quanto mais características únicas numa impressão digital, mais certos estamos de que podemos comparar a impressão digital com o nosso ponto de referência.
O LC-MS não é mais poderoso? Eu preciso de um LC-MS?
Cromatografia Líquida – Espectrometria de Massa é uma técnica relacionada ao GC-MS. Devido à sua popularidade atual, muitas pessoas pensam que ela está substituindo o GC-MS. No entanto, isto é apenas porque os cientistas tendem a tornar-se famosos e/ou a ganhar dinheiro quando publicam ou apresentam algo novo. Como LC-MS é uma técnica mais nova em geral, mais ainda está por descobrir e por isso mais ruído é feito sobre LC-MS.
Em qualquer bom laboratório você terá tanto um GC-MS quanto um LC-MS. Estes são sistemas complementares e têm um pouco de sobreposição. Por exemplo, qualquer coisa que seja volátil (por exemplo, você pode cheirar) tenderá a ser feito por GC-MS enquanto qualquer coisa que tenha muito açúcar tenderá a ser feito por LC-MS. Isto porque os açúcares tendem a queimar a alta temperatura (faça um braai ou churrasco com marinadas à base de açúcar e veja o que acontece com a grelha).
Algumas substâncias como os aminoácidos podem ser feitas por ambas as técnicas, mas são encontradas em níveis mais baixos pelo GC-MS. O mesmo pode ser dito para os Ácidos Graxos e outros ácidos orgânicos. Estes parecem mais fáceis pelo LC-MS porque você pode praticamente injetar as amostras diretamente enquanto pelo GC-MS você precisa derivar as amostras para permitir que as substâncias entrem no GC. Mas a troca é que o LC-MS tende a ser 100 vezes menos sensível que o GC-MS para estes.
É o GC-MS o “padrão ouro” para análise?
Embora o GC-MS seja considerado como um “padrão ouro” para identificação de substâncias, a realidade é ligeiramente mais conplexa. Embora um GC-MS possa ser usado para realizar um teste 100% específico para identificar positivamente a presença de uma determinada substância, certos critérios precisam ser levados em conta. Por exemplo, se o GC-MS for operado no Modo de Íon Selecionado (SIM), o teste é menos confiável. Este é, na melhor das hipóteses, um teste não específico que poderia sugerir estatisticamente a identidade da substância, embora isso possa levar a uma identificação falso-positiva. A forma correta de usar o GC-MS para identificação da substância, especialmente no campo forense, é realizar uma análise de varredura completa. Com a maioria dos sistemas GC-MS, isso significa sacrificar a sensibilidade, exigindo mais substância para estar presente. Apenas os sistemas TOFMS permitem análises de varredura completa sem sacrificar a sensibilidade.