¿Qué es la Cromatografía de Gases – Espectrometría de Masas (GC-MS)?
La Cromatografía de Gases – Espectrometría de Masas (GC-MS, GCMS o GC/MS) es un método analítico que se utiliza para determinar la composición de las sustancias dentro de una muestra de ensayo. Como su nombre indica, el sistema está compuesto por un cromatógrafo de gases para separar las sustancias (analitos) y un espectrómetro de masas para identificar estos analitos. Se trata del estándar de oro para el análisis en muchos campos, como la medicina forense o los estudios petroquímicos, ya que la GC-MS permite la identificación inequívoca de las sustancias.
La GC-MS suele asociarse a cualquier muestra que pueda pasar por un GC, lo que significa que las sustancias de interés deben ser volátiles y, por lo general, no se dañan con el calor (450C). Como tal, la GC-MS se suele utilizar para: el análisis de pesticidas, la saturación de alimentos, la calidad de los alimentos, el análisis medioambiental (aire, agua, suelo), los estudios petroquímicos, las aplicaciones forenses como la detección de drogas, la investigación de incendios, la causa de la muerte o las investigaciones toxicológicas. Más recientemente, la GC-MS se ha utilizado ampliamente en bioquímica para la identificación de metabolitos (primarios o secundarios), estudios metabolómicos, investigación de plantas e incluso estudios arqueológicos y geológicos. En un giro irónico, la GC-MS se ha utilizado incluso para estudiar muestras de Marte durante misiones de sondeo desde la década de 1970. Los sistemas GC-MS afectan a casi todos los aspectos de nuestras vidas y los datos de estos sistemas afectan directamente a las decisiones relativas a nuestra calidad de vida.
¿Son todos los sistemas GC-MS iguales?
No. Hay dos grandes enfoques para la tecnología GC-MS, aplicaciones rutinarias o no rutinarias. Para las aplicaciones de rutina, se puede definir con bastante precisión lo que se busca. Esto es lo que llamamos análisis conocido-desconocido y conocido-desconocido. Para las aplicaciones no rutinarias, se tiende a buscar sustancias que nunca se han visto antes, que no se esperan y/o que no están en una biblioteca rutinaria. Por ejemplo, se pueden buscar drogas callejeras de diseño o nuevas drogas dopantes en los atletas. Este es el análisis desconocido-desconocido y es el análisis más complejo posible.
Conocidos-desconocidos:
Esencialmente, usted tiene una lista de objetivos muy definida y sólo está interesado en estos (conocidos-desconocidos). Ignorará cualquier otra sustancia que pueda encontrarse. Por ejemplo, usted está fabricando perfumes sintéticos y quiere saber que la planta de fabricación ha producido el perfume según su receta. Como conoce la receta exacta y la producción exacta, tiene una lista de objetivos muy definida (número de sustancias, identidad exacta, proporción porcentual). Los sistemas típicos que se utilizan aquí son los sistemas TOF-MS de nivel básico, los sistemas Quadrupole-MS o los sistemas MS/MS como los triple-quadrupoles (aunque son raros debido al coste).
Conocidos-desconocidos:
En este caso se trabaja un poco más allá de los conocidos. Esencialmente, las sustancias que le interesan pertenecen a una lista mucho más larga y podrían estar presentes o no. En este caso, no se sabe exactamente qué sustancia se busca, pero se sabe que pertenece a una determinada categoría. Por ejemplo, en el caso de los perfumes sintéticos, puede interesarle saber exactamente qué irritantes para la piel pueden estar presentes. Dispone de una lista de Estados Unidos o de la UE sobre las sustancias prohibidas y quiere asegurarse de que no están presentes. Los sistemas típicos que se utilizan en este caso son los sistemas TOF-MS de nivel básico, los sistemas MS/MS como los de triple cuadrupolo o los de cuadrupolo-MS, aunque éstos están siendo sustituidos por los sistemas TOF-MS debido a su rendimiento en este campo.
Desconocidos:
En este último caso, se busca una aguja en un pajar con los ojos vendados y sin saber qué aspecto tiene la aguja. Para esto se diseñaron originalmente los sistemas GC-MS hasta que las dificultades técnicas obligaron a los fabricantes a dejar de soñar a lo grande. En el análisis de desconocimiento, no se sabe la naturaleza de los analitos, a qué categoría pertenecen o incluso si están presentes. Esto significa que no hay bibliotecas a las que remitirse y lo mejor que se puede esperar es tener una separación perfecta de la GC, seguida de una medición de EM muy precisa que le proporcione información empírica exacta sobre la molécula. Aquí es donde se utilizan los espectrómetros de masas de alta resolución, como un sistema HRTOF-MS.
¿Por qué es tan útil la GC-MS?
La GC-MS ha crecido rápidamente en popularidad durante las últimas décadas, ya que proporciona una identificación bastante precisa de las sustancias a niveles de ultratrazas. La GC tradicional utiliza detectores «tontos» que permiten al usuario determinar que en un momento específico del análisis está presente una cantidad X de una sustancia. Basándose en las condiciones experimentales, es posible hacer una conjetura bastante buena sobre la identidad de esta sustancia utilizando el tiempo de retención de la misma. Sin embargo, en muchos casos varias sustancias podrían tener el mismo tiempo de retención, por lo que la identificación no está garantizada.
Usando un espectrómetro de masas, es posible que el analista referencie la salida del espectrómetro de masas con una biblioteca y, por tanto, utilice no sólo el tiempo de retención, sino también el espectro de masas en ese momento para identificar la sustancia. Cuantos más fragmentos estén presentes en un espectro de masas, mejor será la identificación.
Esto es similar a la identificación de un sospechoso mediante una huella dactilar. Cuantas más características únicas tenga una huella dactilar, más seguros estaremos de que podemos hacer coincidir la huella con nuestro punto de referencia.
¿No es más potente la LC-MS? ¿Necesito una LC-MS?
La cromatografía líquida-espectrometría de masas es una técnica relacionada con la GC-MS. Debido a su popularidad actual, mucha gente piensa que está sustituyendo a la GC-MS. Sin embargo, esto sólo se debe a que los científicos tienden a hacerse famosos y/o a ganar dinero cuando publican o presentan algo nuevo. Como la LC-MS es una técnica más nueva en general, queda más por descubrir y, por lo tanto, se hace más ruido sobre la LC-MS.
En cualquier buen laboratorio habrá tanto una GC-MS como una LC-MS. Son sistemas complementarios y tienen un poco de solapamiento. Por ejemplo, cualquier cosa que sea volátil (por ejemplo, que se pueda oler) tenderá a hacerse por GC-MS mientras que cualquier cosa que tenga mucho azúcar tenderá a hacerse por LC-MS. Esto se debe a que los azúcares tienden a quemarse a altas temperaturas (haga un braai o una barbacoa con adobos a base de azúcar y vea lo que ocurre con la parrilla).
Algunas sustancias como los aminoácidos pueden hacerse por ambas técnicas pero se encuentran en niveles más bajos por GC-MS. Lo mismo puede decirse de los Ácidos Grasos y otros ácidos orgánicos. Estos parecen más fáciles por LC-MS porque puedes inyectar las muestras directamente mientras que por GC-MS necesitas derivar las muestras para permitir que las sustancias entren en la GC. Pero la contrapartida es que la LC-MS tiende a ser 100 veces menos sensible que la GC-MS para estas sustancias.
¿Es la GC-MS el «estándar de oro» para el análisis?
Aunque la GC-MS se considera un «estándar de oro» para la identificación de sustancias, la realidad es algo más compleja. Aunque un GC-MS puede utilizarse para realizar una prueba 100% específica para identificar positivamente la presencia de una sustancia concreta, hay que tener en cuenta ciertos criterios. Por ejemplo, si la GC-MS funciona en modo de iones seleccionados (SIM), la prueba es menos fiable. Se trata, en el mejor de los casos, de una prueba inespecífica que podría sugerir estadísticamente la identidad de la sustancia, aunque esto podría dar lugar a una identificación positiva falsa. La forma correcta de utilizar la GC-MS para la identificación de sustancias, especialmente en el ámbito forense, es realizar un análisis de barrido completo. Con la mayoría de los sistemas GC-MS, esto significa sacrificar la sensibilidad, ya que es necesario que haya más sustancia. Sólo los sistemas TOFMS permiten realizar análisis de barrido completo sin sacrificar la sensibilidad.