Determining Differences in Control vs Off-Odor Water ® Samples Using GCxGC-TOFMS and ChromaTOF Tile

Význam tématu

Rozlišení vzorků vody s a bez nepříjemného zápachu je prakticky důležité pro kontrolu kvality, odstraňování příčin vadného pachového profilu a zajištění bezpečnosti a přijatelnosti vody v průmyslových i spotřebitelských aplikacích. Nezaměřená (non-target) analýza těkavých a polotěkavých složek umožňuje objevit potenciální pachotvorné molekuly, které by se při plošném nebo vizuálním posouzení mohly snadno přehlédnout.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo porovnat dvě vzorky vody (kontrolní a se zápachem) a rychle a efektivně identifikovat sloučeniny zvýšené v off-odor vzorku, které by mohly být příčinou zápachu. K tomu byly použity techniky HS-SPME pro přípravu vzorku, dvoudimenzionální GCxGC pro zlepšené separace a TOFMS pro citlivou detekci a spektrální identifikaci. Pro srovnání dat a zvýraznění rozdílů byla použita softwarová funkce ChromaTOF Tile (režim fold-change).

Použitá metodika a instrumentace

Metodika vzorkování a přípravy:

• Objem vzorku: 2,0 mL vody do 20 mL SPME vial.
• Incubace: 2 min při 40 °C.
• Extrakce: HS-SPME s tri-fázovým vláknem (PDMS, DVB, C-WR) po dobu 5 min při 40 °C.
• Desorpce: 2 min v GC inlet, režim split 10:1.

Použitá instrumentace a provozní podmínky:

• Autosampler: LECO L-PAL 3.
• GCxGC systém: LECO QuadJet™ termální modulátor (modulační perioda 2,5 s), druhý pec +10 °C nad primární.
• Kolony: 1. dimenze Rxi-5ms (30 m × 0,25 mm × 0,25 µm); 2. dimenze Rxi-17Sil ms (0,6 m × 0,25 mm × 0,25 µm).
• Nosný plyn: He při 1,4 mL/min.
• Program teploty: 40 °C (2 min), +6 °C/min do 200 °C, poté +24 °C/min do 250 °C; transfer line 250 °C.
• MS: LECO Pegasus BTX (TOFMS), zdroj 250 °C, rozsah 35–500 m/z, akvizice 100 spekter/s.
• Software pro porovnání dat: ChromaTOF Tile (režim fold-change) a automatické spektrální porovnání s knihovnami pro tentativní identifikace; k ověření použito i RI (retention index) na alkane standardu.

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza ukázala, že přímé vizuální porovnání GCxGC konturových chromatogramů by vedlo k omezenému objevení rozdílů — nejvýraznější signály byli siloxany vzniklé při odběru, které se objevily v obou vzorcích. Nasazením ChromaTOF Tile v režimu fold-change byly identifikovány chromatografické okna a konkrétní m/z s výrazně zvýšenou intenzitou v off-odor vzorku. Mezi detekovanými a tentativně identifikovanými skupinami byly převážně aldehydy, které jsou často spojovány s nepříjemnými aromaty.

Konkrétní poznatky:

• Jednotlivé aldehydy (např. hexanal, heptanal, octanal, nonanal) byly nalezeny ve vyšších hladinách v off-odor vzorku. Nonanal (tR ≈ 772 s) a hexanal (tR ≈ 307 s) jsou uvedeny jako příklady, u nichž byla zvýšení patrná i v TIC, ale potvrzena softwarovým porovnáním.
• Některé rozdíly byly skryté v TIC kvůli nízkému S/N nebo koeluci s pozadím; použití XIC (výběrových iontových chromatogramů) a porovnání všech m/z v Tile umožnilo odhalit i menší signály (příklad: octanal, detekované přes m/z 84) a složky zakryté koelujícím rušivým signálem (příklad: heptanal).
• GCxGC separace umožnila oddělení analyzátů od svíjejících se pozadí (např. oddělení octanalu od siloxanového ocasu) a tím podpořila jejich detekci i při nízkém S/N.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda GCxGC-TOFMS kombinovaná s Tile porovnáním nabízí následující přínosy:

• Vyšší kapacita separace a lepší rozlišení komplexních směsí oproti jednorozměrné GC.
• Citlivá detekce a kompletní spektrální informace díky TOFMS vhodné pro knihovní vyhledávání.
• Rychlé a cílené vyhledání rozdílů mezi dvěma vzorky bez nutnosti plného zpracování každého vzorku (fold-change Tile šetří čas a zjednodušuje workflow).
• Odhalení potenciálních pachotvorných složek i v případech nízkého signálu nebo zakrytí koelucí — klíčové pro analýzy pachů, kvality vody, potravinářských a nápojových aplikací, i pro forenzní či environmentální šetření).

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry vývoje a aplikace této kombinace technik:

• Integrace pokročilých algoritmů strojového učení a statistické analýzy pro automatické třídění a prioritizaci rozdílů mezi vzorky.
• Rozšíření knihoven a lepší využití RI dat pro robustnější a automatizovanou identifikaci sloučenin.
• Propojení analytických dat s vjemovými (sensory) a organoleptickými hodnoceními pro přesnější spojení analytických markerů s percepcí zápachu.
• Optimalizace SPME parametrů a workflow pro kvantitativnější nebo cílenou analýzu odhalených markerů a následné validace v rutinním QA/QC.
• Využití Tile nebo obdobných nástrojů pro high-throughput screening v průmyslových provozech a automatizované monitorování kvality vody.

Závěr

Analytický postup založený na HS-SPME, GCxGC-TOFMS a porovnávacím softwaru ChromaTOF Tile efektivně odhalil chemické rozdíly mezi kontrolním a off-odor vzorkem vody. Metoda umožnila rychlou identifikaci kandidátních pachotvorných sloučenin, zejména aldehydů, a ukázala výhodu více rozměrné separace a systematického porovnání všech m/z oproti pouhé vizuální inspekci chromatogramů. Tento workflow je přenosný na široké spektrum neřízených porovnávacích studií a kvalitativních šetření v odvětvích, kde je třeba rychle lokalizovat příčiny změn složení vzorků.

Reference

1. LECO Corporation, Application Note: Determining Differences in Control vs Off-Odor Water Samples Using GCxGC-TOFMS and ChromaTOF Tile, Form No. 203-821-706, 2025.