Počátky a historie Československé hmotnostní spektrometrie

Význam tématu

Hmotnostní spektrometrie patří ke klíčovým metodám moderní analytické chemie. Umožňuje identifikovat molekulární hmotnosti a štruktury organických i anorganických látek s vysokou citlivostí a selektivitou. V Československu byla tato technika nasazena od počátků 50. let a postupně se stala motorem objevných i aplikovaných výzkumů, zejména v přírodních látkách, farmacii, životním prostředí a klinické diagnostice.

Cíle a přehled vývoje

Historie se dělí do několika etap od stavby prvního domácího zařízení Nierova typu v Ústavu fyzikální chemie (1953) přes rozvoj sektorových spektrometrů se zdokonalenými iontovými zdroji až po kvadrupólové a Orbitrap systémy v devadesátých letech. Vznikaly samostatné laboratoře na univerzitách v Praze, Pardubicích a Bratislavě, v ústavech AV ČR v Praze a Košicích i ve Fakultní nemocnici.

Použitá metodika a instrumentace

Uspořádání laboratoří se měnilo s nástupem stále citlivějších i rozlišovacích technologií:

• Magnetické spektrometry Nierova a Dempsterova typu – rozlišení řádově stovky hm. j.
• Sektorové stroje dvojí fokusace (AEI MS902, JEOL D-100, Kratos ZAB-EQ) – rozlišení tisíce až desetitisíce hm. j., nativní EI i CI, metastabilní přechody, MS/MS metody.
• Kvadrupólové GC/MS a LC/MS (Finnigan, Varian, HP) – rutinní kvalita pro stopové analýzy životního prostředí, farmacie a forenzní účely.
• MALDI-TOF a skenovací mikroskopy – studium vysoce molekulárních biopolymerů a zobrazování biomateriálů.
• FT-ICR a Orbitrap – ultra vysoké rozlišení a přesné určování elementárního složení pro komplexní proteomické a metabolomické výzkumy.

Hlavní výsledky a diskuse

Sledovaly se fragmentační mechanismy iontů, prahové energie, pohlaví chromatograficko-hmotnospektrometrické aplikace v ekologii, forenzní a klinické diagnostice (identifikace fenylketonurie, analyzátory trojitého kvadrupólu a kvantitativní LC-MS stanovení léčiv), konstrukce unikátních iontových zdrojů s přímým vstupem píc, vývoj metod chemické a Penningovy ionizace či MS zobrazování tkání.

Přínosy a praktické využití

Metoda významně přispěla k objasnění struktury přírodních látek (alkaloidy, terpenoidy, sacharidy, peptidy), farmaceutických a environmentálních analytik, urychlila vývoj diagnostických postupů vrozených metabolických vad u dětí a stala se nepostradatelnou součástí kvalitativních a kvantitativních analýz v průmyslové praxi i klinice.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj zobrazovacích metod MS (MSI), molekulárních storyboardů („omics“ přístupy), stále vyšší rozlišení a citlivost pro detekci ultra stopových látek a využití umělé inteligence pro automatickou interpretaci komplexních dat.

Závěr

Československá a česká laboratoř hmotnostní spektrometrie se z malé skupiny odborníků rozrostla v silné multidisciplinární pracoviště. Instrumenty se staly přístupnějšími a metody standardizovanějšími, přesto zůstává specifický odborný přínos podmíněný kreativním přístupem a úzkou mezioborovou spoluprací.

Reference

Citované publikace a přelomové studie zahrnují prvotní práce Hanuše a Čermáka (Collect. Czech. Chem. Commun. 24, 1602 (1959)), Dolejška a Hanuše (Coll. Czech. Chem. Commun. 28, 652 (1963)), Turečka a Dolejška (Mass Spectrom. Rev. 3, 85 (1984)), Rysku a kol. (J. Chem. Phys. 93, 4916 (1990)), Ubika (Int. J. Mass Spectrom. 280 (2009)), Původní instrumentální referenční průkopnické práce Variana, JEOL, AEI a dalších výrobců.