Comprehensive, Non-Target Characterization of Environmental Exposome Samples Using GC×GC and High Resolution Time-of-Flight Mass Spectrometr

Význam tématu

Environmentální exposom obsahuje stovky až tisíce sloučenin, z nichž některé mohou být neznámé. Tradiční cílená analýza často přehlíží nové nebo neočekávané kontaminanty. Kombinace multidimenzionální chromatografie GC×GC s vysokým rozlišením hmotnostní spektrometrie (HR-TOF MS) nabízí hlubší pohled a odhalení neznámých látek v komplexních vzorcích.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo aplikovat netargetovanou metodiku na environmentální vzorky obsahující 100–400 standardních látek spikých s potenciálními kontaminanty a produkty degradace. Projekt byl rozdělen do dvou fází: nejprve anonymní hodnocení komplexních směsí, následně po odhalení seznamu analyzovaných látek revize identifikací.

Použitá metodika a instrumentace

• Chromatografie: Agilent 7890B s druhou troubou a teplotním modulátorem, primární kolona Rxi-5MS 30 m × 0,25 mm × 0,25 µm, sekundární kolona Rxi-17 sil ms 0,6 m × 0,25 mm × 0,25 µm, modulace 4 s.
• Injektáž: 1 µL vzorku naředěného 10:1 v dichlormetanu, split 10:1, teplota inletu 250 °C (splitless pro CI).
• Detekce: LECO Pegasus GC-HRT+ 4D, režimy EI a CI (CH4 + 5% NH3), rozlišení ≥26 000 FWHM (@ m/z 219), rychlost snímání 200 spekter/s pro GC×GC, 6 spekter/s pro 1D.
• Software: ChromaTOF pro řízení přístroje, dekonvoluci, netargetovanou detekci a výpočty přesné hmotnosti a indexu retence.

Hlavní výsledky a diskuse

• Při srovnání 1D a GC×GC se výrazně zlepšilo rozlišení špiček a schopnost dekonvoluce blížících se látek, což vedlo k vyššímu skóre shody a přesnosti identifikace.
• Pokrývka spikých sloučenin v NIST 17 se pohybovala v rozmezí 72–91 %, průměrně 81 %. Během anonymní fáze bylo nalezeno v průměru 85 %, po odhalení seznamu vzrostl úspěch na 92 %.
• Systém automaticky přiřazoval identifikační skóre A (plná shoda), B (částečná kritéria) či X (revize po odhalení seznamu) podle kombinace spektrální podobnosti, přítomnosti molekulárního iontu, přesnosti hmotnosti, indexu retence a odborného posouzení dekonvoluce.
• Automatické výpočty přesné hmotnosti fragmentů výrazně usnadnily výběr správné izobarické struktury.

Přínosy a praktické využití metody

• GC×GC v kombinaci s HR-TOF MS umožňuje komplexní netargetovanou analýzu environmentálních vzorků s vysokou citlivostí a spolehlivou identifikací.
• Software s pokročilou dekonvolucí šetří čas a personální náklady při screeningových studiích.
• Vytváření specializovaných knihoven přesných hmotností a fragmentů pro HR-TOF MS zvyšuje úspěšnost detekce neznámých látek.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření a aktualizace knihoven GC-MS s HR-TOF daty pro lepší pokrytí netargetovaných látek.
• Integrace s dalšími technikami (LC-MS, iontová mobilita) pro širší pohled na exposom.
• Vývoj automatizovaných algoritmů strojového učení pro rychlejší identifikaci a klasifikaci neznámých analyz.
• Využití v regulatorních projektech a sledování nově vznikajících kontaminantů v prostředí.

Závěr

Kombinace GC×GC a vysokého rozlišení HR-TOF MS spolu s pokročilou dekonvolucí poskytuje významné zlepšení schopnosti odhalit a identifikovat neznámé látky v komplexních environmentálních vzorcích. Navržená metodika vykázala vysokou úspěšnost detekce spikých standardů a nabízí platformu pro budoucí netargetované studie v oblasti exposomu.

Reference

• Carlson J., Richards T., Binkley J., Fell L. Comprehensive Non-Target Characterization of Environmental Exposome Samples Using GC×GC and High Resolution Time-of-Flight Mass Spectrometry, LECO Corporation.