HANDBOOK OF HYPHENATED ICP-MS APPLICATIONS - 2nd Edition

Význam tématu

Ve výzkumu analytické chemie hrají hyfenované techniky klíčovou roli v cílené a vysoce citlivé detekci anorganických a organometalických analytů v komplexních matricích. Kombinace vysoce účinné separační techniky (např. kapalinové či plynové chromatografie, kapilární elektroforézy, field-flow frakcionace, gelové elektroforézy) s element-specifickou hmotnostní spektrometrií (ICP-MS) nebo s molekulárně-specifickou hmotnostní spektrometrií (ESI-MS, MALDI-MS) poskytuje jedinečné možnosti speciace prvků v biologických, environmentálních i průmyslových vzorcích. Umožňuje nejen určit celkovou koncentraci prvků, ale sledovat i jejich chemické formy (oxidační stavy, sloučeniny, komplexy), stanovit rozložení izotopů či přesně kvantifikovat i velmi nízké hladiny toxických či stopových analytů.

Cíle a přehled

Cílem publikace je nabídnout široký přehled nových a ověřených aplikací hyfenovaných ICP-MS metod. Obsah je rozdělen do čtyř hlavních částí:

• HPLC-ICP-MS: stanovení organických a neorganických forem As, Se, Cr, Hg, Sb v potravinách, životním prostředí i biologiích matricích.
• GC-ICP-MS: detekce těkavých formy As, organotinných, sírových a fosforečných sloučenin v plynech, palivech a vodách.
• Multi-MS: paralelní element-specifická (ICP-MS) a molekulární (ESI-MS, MS/MS) detekce u biothiolů, phytochelatinů, lipidických a proteinových komplexů.
• Field-flow frakcionace (FFF)-ICP-MS: separace nano-/mikročástic a makromolekul podle velikosti, hustoty či složení s neprůstřelnou kvantifikací prvků.

Použitá metodika a instrumentace

Veškeré aplikace sdružují dvě klíčové komponenty:

• Separace: HPLC (anion/ kation exchange, reversed-phase nebo ion-pairing), GC (kapilární kolony DB-5MS, HP-5MS, Gaspro), CE (kapilární elektroforéza v kapilářích či gelech), FFF (asymmetric flow, thermal, centrifugation) nebo gelová elektroforéza (1D/2D slab-gel).
• Detekce: ICP-MS (Agilent 7500/7700) pro element-specifickou a izotopickou analýzu, ESI-MS/MS (Agilent 6150/6300, Ion Trap, Q-TOF) či MALDI-MS pro molekulární identifikaci. U FFF se často kombinuje se světelně-rozptylovými detektory (MALS, DLS).

Hlavní výsledky a diskuse

Přehled aplikací ukazuje, že hyfenované metody umožňují:

• Ultranízké detekční limity (ppt–ppb) pro toxické prvky (As, Se, Cr, Hg, Sb) i organometalické sloučeniny.
• Speciaci elementárních forem (AsIII/AsV, CrIII/CrVI, MeHg/HgII) a organických forem (arsenobetaine, selenometabolity, organotiny, phospholipidy) v potravinách, životních vzorcích a biologiích extraktech.
• Kvantifikaci bez standardů pomocí compound independent calibration a speciace-specifické izotopové ředění (SIDMS).
• Paralelní detekci prvku i organického skeletu, umožňující rychlou identifikaci a potvrzení struktury neznámých komplexů (biothioly, lipidické sloučeniny, proteiny) s ESI-MS/MS.
• Rozčlenění velikostní distribuce nanočástic v reálném prostředí (řeky, moře, kořenové exudáty rostlin) a stanovení adsorpce prvků v závislosti na velikosti či složení částic pomocí FFF-ICP-MS.

Přínosy a praktické využití metody

Hyfenované techniky ICP-MS nabízejí praktické výhody:

• Kvalifikovaná speciace v QA/QC a rutině v potravinářství, environmentální monitoringu, farmaceutických a biotechnologických výzkumech.
• Měření izotopických poměrů a SIDMS pro naprostou přesnost v trasování a kvantifikaci cílených forem.
• Detekci ultra-trace forem bez potřeby předchozího derivatizačního kroku nebo složité přípravy vzorku (např. SPME-GC-ICP-MS).

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje hyfenovaných metod zahrnují:

• Snížení toků přímo na nano-laminární úroveň s ultralow flow kolony pro HPLC-ICP-MS a CE-ICP-MS.
• Integrované paralelní systémy multi-MS (ICP-MS + HR-ESI-MS/MS/orbitrap) pro jedinou analýzu s kvantifikací i vysokorozlišovací strukturní potvrzení.
• Automatizované vysokopropustné platformy pro screening biobank a screening ekologických vzorků.
• Rozšíření FFF-ICP-MS do oblasti materiálových věd a n účinných nanomateriálů.

Závěr

Hyfenované techniky s ICP-MS nadále dominují v oblasti speciace díky jedinečné schopnosti spojit elementární kvantifikaci s vysokou selektivitou a citlivostí separačních a molekulárních metod. Kombinace HPLC/GC/CE/FFF s ICP-MS a ESI-MS poskytuje bezprecedentní vhled do chemických forem prvků v potravinách, životním prostředí, biomatricích a materiálech dnešní doby. Předpokládá se, že inovace v oblasti nízkotokých trubic, reakčních buněk a multisenzorických přístrojových konfigurací ještě více rozšíří uplatnění těchto metod v různých oblastech výzkumu a průmyslu.

Reference

• Giddings J. C. (1966). Separation Science, 1, 123–125.
• Hasselöv M. et al. (1999). Anal. Chem., 71, 3497–3502.
• Pretorius W. G. et al. (1993). J. Anal. At. Spectrom., 8, 175–179.
• Mejia N. et al. (2005). J. Anal. At. Spectrom., 20, 1178–1183.
• Raab A. et al. (2009). Electrochim. Acta, 54, 3250–3256.