Ce este cromatografia în fază gazoasă – spectrometrie de masă (GC-MS)?
Cromatografia în fază gazoasă – spectrometrie de masă (GC-MS, GCMS sau GC/MS) este o metodă analitică care este utilizată pentru a determina compoziția substanțelor dintr-o probă de testare. După cum o descrie și numele, sistemul este compus dintr-un cromatograf cu gaz pentru a separa substanțele (analiții) și un spectrometru de masă pentru a identifica acești analiți. Acesta este standardul de aur pentru analiză în multe domenii, cum ar fi criminalistica sau studiile petrochimice, deoarece GC-MS permite identificarea fără echivoc a substanțelor.
GC-MS este de obicei asociat cu orice probă care poate trece printr-un GC, ceea ce înseamnă că substanțele de interes trebuie să fie volatile și, în general, să nu fie deteriorate de căldură (450C). Ca atare, GC-MS este utilizat de obicei pentru: analiza pesticidelor, satefierea alimentelor, calitatea alimentelor, analiza mediului (aer, apă, sol), studii petrochimice, aplicații criminalistice, cum ar fi detectarea drogurilor, investigarea incendiilor/focurilor, cauza morții sau investigații toxicologice. Mai recent, GC-MS a fost utilizat pe scară largă în biochimie pentru identificarea metaboliților (primari sau secundari), studii metabolomice, cercetarea plantelor și chiar arheologie și studii geologice! Ca o ironie a sorții, GC-MS a fost folosit chiar și pentru a studia eșantioane de pe Marte în timpul misiunilor de sondare începând cu anii 1970! Cât de grozav este acest lucru?
Sistemele GC-MS ating aproape fiecare aspect al vieții noastre, iar datele provenite de la aceste sisteme afectează în mod direct deciziile referitoare la calitatea vieții noastre.
Toate sistemele GC-MS sunt la fel?
Nu. Există două abordări generale ale tehnologiei GC-MS, fie aplicații de rutină, fie non-rutină. Pentru aplicațiile de rutină, puteți defini destul de precis ceea ce căutați. Aceasta este ceea ce numim analize cunoscute-cunoscute și analize cunoscute-necunoscute. Pentru aplicațiile non-rutiniere, aveți tendința de a căuta substanțe care nu au mai fost văzute până acum, care nu sunt așteptate și/sau care nu se regăsesc într-o bibliotecă de rutină. De exemplu, se pot căuta droguri de stradă sau noi substanțe dopante la sportivi. Aceasta este o analiză necunoscută-necunoscută și este cea mai complexă analiză posibilă.
Cunoscute-cunoscute:
În esență, aveți fie o listă de ținte foarte bine definită și sunteți interesat doar de acestea (cunoscute-cunoscute). Veți ignora orice altă substanță care ar putea fi găsită. De exemplu, fabricați parfumuri sintetice și doriți să știți că fabrica a produs parfumul în conformitate cu rețeta dumneavoastră. Deoarece cunoașteți rețeta exactă și producția exactă, aveți o listă de obiective foarte bine definită (numărul de substanțe, identitatea exactă, raportul procentual). Sistemele tipice utilizate în acest caz sunt sistemele TOF-MS de nivel începător, sistemele Quadruppole-MS sau sistemele MS/MS, cum ar fi triple-quadrupoli (deși sunt rare din cauza costului).
Cunoștințe necunoscute:
În acest caz lucrați puțin dincolo de cunoștințele cunoscute. În esență, substanțele care vă interesează aparțin unei liste mult mai lungi și ar putea sau nu să fie prezente. În acest caz, nu știți exact ce substanță căutați, dar știți că aceasta aparține unei anumite categorii. De exemplu, în cazul parfumului sintetic, este posibil să vă intereseze să aflați exact ce substanțe iritante pentru piele ar putea fi prezente. Aveți o listă din SUA sau UE cu privire la substanțele care sunt interzise și doriți să vă asigurați că aceste substanțe nu sunt prezente. Sistemele tipice utilizate în acest caz sunt sistemele TOF-MS de nivel începător, sistemele MS/MS, cum ar fi sistemele triple-quadrupol sau Quadrupole-MS, deși acestea sunt înlocuite de sistemele TOF-MS datorită performanțelor lor în acest domeniu.
Cunoscute-necunoscute:
În acest ultim caz, căutați un ac în carul cu fân în timp ce sunteți legat la ochi și nu știți cum arată un ac. Pentru acest lucru au fost proiectate inițial sistemele GC-MS până când dificultățile tehnice i-au forțat pe producători să nu mai viseze atât de mult. În cazul analizelor necunoscute-necunoscute, nu aveți nicio idee despre natura analiților, din ce categorie fac parte sau chiar dacă sunt prezenți. Acest lucru înseamnă că nu există biblioteci la care să te poți referi și tot ce poți spera este să ai o separare perfectă din GC, urmată de o măsurare MS foarte precisă care să îți ofere informații empirice precise despre moleculă. Acesta este cazul în care veți utiliza spectrometre de masă de înaltă rezoluție, cum ar fi un sistem HRTOF-MS.
De ce este GC-MS atât de util?
GC-MS a crescut rapid în popularitate în ultimele câteva decenii, deoarece oferă o identificare destul de precisă a substanțelor la niveluri ultra-trace. GC tradițională utilizează detectoare „proaste” care permit utilizatorului să determine că la un anumit moment al analizei este prezentă o cantitate X de substanță. Pe baza condițiilor experimentale, este posibilă o presupunere destul de bună cu privire la identitatea acestei substanțe, utilizând timpul de retenție al substanței respective. Cu toate acestea, în multe cazuri, mai multe substanțe ar putea avea același timp de retenție, astfel încât identificarea nu este garantată.
Utilizând un spectrometru de masă, este posibil ca analistul să facă referire la ieșirea spectrometrului de masă cu o bibliotecă și, astfel, să folosească nu numai timpul de retenție, ci și spectrul de masă la acel moment pentru a identifica substanța. Cu cât mai multe fragmente sunt prezente într-un spectru de masă, cu atât mai bună va fi identificarea.
Acest lucru este similar cu identificarea unui suspect folosind o amprentă digitală. Cu cât sunt mai multe caracteristici unice într-o amprentă, cu atât suntem mai siguri că putem potrivi amprenta cu punctul nostru de referință.
Nu este LC-MS mai puternic? Am nevoie de un LC-MS?
Cromatografia lichidă-spectrometrie de masă este o tehnică înrudită cu GC-MS. Datorită popularității sale actuale, mulți oameni cred că aceasta înlocuiește GC-MS. Cu toate acestea, acest lucru se datorează doar faptului că oamenii de știință au tendința de a deveni faimoși și/sau de a face bani atunci când publică sau prezintă ceva nou. Deoarece LC-MS este o tehnică mai nouă în general, mai rămân multe de descoperit și, prin urmare, se face mai mult zgomot despre LC-MS.
În orice laborator bun veți avea atât un GC-MS, cât și un LC-MS. Acestea sunt sisteme complementare și au o mică suprapunere. De exemplu, orice lucru care este volatil (de exemplu, pe care îl puteți mirosi) va tinde să fie realizat cu GC-MS, în timp ce orice lucru care are mult zahăr va tinde să fie realizat cu LC-MS. Acest lucru se datorează faptului că zaharurile au tendința de a arde la temperaturi ridicate (faceți un braai sau un grătar cu marinade pe bază de zahăr și vedeți ce se întâmplă cu grătarul).
Câteva substanțe, cum ar fi aminoacizii, pot fi făcute prin ambele tehnici, dar se găsesc la niveluri mai mici prin GC-MS. Același lucru se poate spune și despre acizii grași și alți acizi organici. Aceștia par mai ușori prin LC-MS pentru că poți injecta cam direct probele, în timp ce prin GC-MS trebuie să derivatizezi probele pentru a permite substanțelor să intre în GC. Dar compensația este că LC-MS tinde să fie de 100 de ori mai puțin sensibil decât GC-MS pentru acestea.
Este GC-MS „standardul de aur” pentru analiză?
În timp ce GC-MS este considerat „standardul de aur” pentru identificarea substanțelor, realitatea este puțin mai complexă. Deși un GC-MS poate fi utilizat pentru a efectua un test 100% specific pentru a identifica pozitiv prezența unei anumite substanțe, trebuie să se țină cont de anumite criterii. De exemplu, dacă GC-MS este operat în modul Selected Ion Mode (SIM), testul este mai puțin fiabil. Acesta este, în cel mai bun caz, un test nespecific care ar putea sugera statistic identitatea substanței, deși acest lucru ar putea duce la o identificare fals pozitivă. Modul corect de utilizare a GC-MS pentru identificarea substanțelor, în special în domeniul criminalistic, este de a efectua o analiză de scanare completă. În cazul majorității sistemelor GC-MS, acest lucru înseamnă sacrificarea sensibilității, necesitând prezența unei cantități mai mari de substanță. Numai sistemele TOFMS permit efectuarea de analize cu scanare completă fără a sacrifica sensibilitatea.
.