Comprehensive 2D GC coupled with JEOL GC-HRTOFMS: GCxGC Applications

Význam tématu

Komplexní dvoudimenzionální plynová chromatografie (GCxGC) spojená s vysokorozlišovacím časově-of-flight hmotnostním spektrometrem (HRTOFMS) představuje moderní nástroj pro analýzu složitých směsí. Díky modulátoru a rychlé akvizici dat (až 50 spekter/s) umožňuje rozdělit úzké 2D píky a detekovat široké spektrum sloučenin od uhlovodíků až po biomarkery nebo polymery.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo demonstrovat schopnosti systému JEOL AccuTOF GCx v různých aplikacích: analýza pohonných látek, biomarkerů v ropě, typizace uhlovodíků, rozbor polymerů a přírodních pryskyřic, detekce halogenovaných kontaminantů, vůní i kožních lipidů. Studie uvádí příklady měření s různými ionizačními technikami (EI, PI, FI, CI) a kombinovanými zdroji.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika zahrnuje:

• GCxGC s termálním modulátorem pro oddělení složitých směsí
• Rychlá akvizice HRTOFMS (50 Hz) pro zachycení úzkých 2D píků
• Různé měřicí režimy ionizace: elektronová (EI), fotonová (PI), polem indukovaná (FI) a chemická (CI)
• Případné použití pyrolytického modulu pro analýzu polymérních vzorků

Použitá instrumentace

Systém JEOL JMS-T200GC (AccuTOF GCx) sestává z:

• Dvoudimenzionální plynové chromatografie (GCxGC) s modulátorem
• Vysokorozlišovacího TOF-MS detektoru s akvizicí až 50 spekter/s
• Kombinovaných ionizačních zdrojů EI/PI a EI/FI/FD
• Pyrolytického modulu pro analýzu pevných vzorků (polymery, přírodní pryskyřice)

Hlavní výsledky a diskuse

Studie prokázala, že GCxGC/HRTOFMS:

• Rozliší komplexní uhlovodíkové směsi v surové ropě a dieselech, včetně biodieselu
• Identifikuje biomarkery (sterany, triterpeny) pomocí 2D extrahovaných iontových chromatogramů a kombinace EI/PI
• Pro typovou analýzu uhlovodíků generuje FI molekulární ionty s minimální fragmentací a umožňuje přesné stanovení série CnH2n–x
• Odhalí neznámé produkty pyroýzy polymerů (např. Nylon 66) a stanoví jejich elementární složení
• Rozliší přísady v nitrilbutadienovém kaučuku kombinací EI a FI a potvrzuje je pomocí přesné hmotnosti molekulárních iontů
• Mapuje složení přírodní pryskyřice Urushi, detekuje alkylkatekoly a oricinoly s vysokou selektivitou EI/PI
• Oddělí a identifikuje PAH v emisích z motorů díky GCxGC/EI
• Analyzuje halogenované látky z recyklačních prostor (PCBs, PBDEs) pomocí kombinace EI a negativní CI s využitím mass defect ploch
• Dokáže měřit citlivé alkoholové složky v aroma olejích, kde EI neprodukuje molekulární iont, ale FI ano
• Komplexně charakterizuje kožní lipidy (sebum) od mastných kyselin po triglyceridy a zajišťuje identifikaci pomocí NIST a přesné hmotnosti

Přínosy a praktické využití metody

GCxGC/HRTOFMS nabízí:

• Vysokou selektivitu a rozlišení složitých směsí v petrochemii, environmentální a farmaceutické analýze
• Rychlou identifikaci stopových sloučenin a biomarkerů
• Možnost kvantifikace a kvalifikace přísad v polymerech i přírodních materiálech
• Univerzálnost díky flexibilním ionizačním režimům

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj:

• Integrace pokročilých modulátorů pro širší rozsah teplot a typů vzorků
• Vylepšení softwaru pro automatizovanou analýzu 2D dat
• Rozšíření použití v metabolomice, potravinářské a toxikologické analýze
• Vývoj nových ionizačních technik pro cílenou detekci sloučenin

Závěr

Systém AccuTOF GCx kombinuje výkonnou separaci GCxGC a vysokorozlišovací TOF-MS, čímž umožňuje komplexní analýzu různorodých vzorků. Flexibilita ionizačních režimů a rychlá akvizice dat přináší nové možnosti v oblasti environmentálního monitoringu, petrochemie, pryskyřic, polymerů a biologických materiálů.

Reference

• Karl J. Jobst et al. The use of mass defect plots for the identification of (novel) halogenated contaminants in the environment. Anal Bioanal Chem (2013) 405:3289–3297
• Masaaki Ubukata et al. Non-targeted analysis of electronics waste by comprehensive two-dimensional gas chromatography with high-resolution mass spectrometry: Using accurate mass information and mass defect analysis to explore the data. J Chromatogr A (2015) 1395:152–159