Fundamental Guide to Liquid Chromatography Mass Spectrometry (LCMS)

Význam tématu

Liquid Chromatography–Mass Spectrometry (LC–MS) je dnes klíčovou technikou pro separaci a detekci širokého spektra organických a biopolymerních látek. Kombinuje vysokou efektivitu kapalinové chromatografie (LC) s výjimečnou selektivitou a senzitivitou hmotnostní spektrometrie (MS). Díky tomu nalézá uplatnění v klinické analytice, farmaceutickém výzkumu, kontrolách potravin a životního prostředí.

Cíle a přehled

Cílem publikace „Fundamental Guide to LCMS“ od Shimadzu Corporation je shrnout:

• historický vývoj a principy kapalinové chromatografie (RPLC, NPLC, HILIC, IEC, SEC),
• techniky ionizace při atmosférickém tlaku (ESI, APCI, APPI) a jejich limity,
• základy principů jednotlivých typů hmotových analyzátorů (magnetický sektor, kvadrupól, TOF, iontová past) a jejich srovnání,
• stavbu a provoz tandemových a hybridních MS systémů (triple kvadrupól, Q-TOF, IT-TOF, MSn),
• hlavní výzvy současné LC–MS analytiky a moderní řešení (Ultra-Fast Mass Spectrometry, CLAM).

Použitá metodika a instrumentace

Širší popis komponent LC–MS:

• LC systémy: Prominence-i, Nexera-i/XR/X2, UFLC, Nexera mikros (nano/mikro-flow), 2D-LC soustavy, UC (UHPLC/SFC Switching),
• Ionizační zdroje: ESI (elektrospray), APCI, APPI, MALDI, ICP, DUIS pro současné ESI+APCI měření,
• Hmotové analyzátory: jednočipové kvadrupóly (SIM/MRM), vysokorozlišovací TOF, iontové pasti (IT, IT-TOF), hybridní systémy Q-TOF, triple-Q–TOF, MSn uspořádání v pastích,
• Detektory: elektronové násobiče, mikrokanálové destičky,
• Softwarové prostředí: LabSolutions pro sběr a zpracování dat, MRM knihovny, databáze spekter a aplikace Shimadzu Application Notebooks.

Hlavní výsledky a diskuse

Autor předkládá komparativní přehled analytických vlastností jednotlivých typů MS:

• kvadrupólové analyzátory – nejrozšířenější, robustní, kompaktní, vhodné pro vysoce senzitivní MRM kvantifikaci,
• magnetické sektory – špičkové rozlišení a dynamický rozsah, ale vysoké náklady a omezené skenovací rychlosti,
• TOF – pulzní provoz, široký rozsah m/z, vysoké rozlišení a citlivost pro neznámé látky,
• iontové pasti – MSn schopnosti, flexibilní strukturní charakterizace, nižší dynamický rozsah.

Popis nejnovějších inovací Shimadzu:

• Ultra-Fast Mass Spectrometry (UFMS) se třemi klíčovými komponentami – UF-Qarray pro vylepšenou optiku iontů, UFsweeper pro rychlé vyhánění a fragmentaci iontů, LabSolutions upgrade pro ultrarychlou akvizici dat (30 000 u/s, polarity switching 5 ms, 555 MRM přechodů/s),
• Clinical Laboratory Automation Module (CLAM) – plně automatizované čištění, srážení, dávkování a analýza vzorků pro klinické laboratoře s minimem manuálních úkonů a vynikající opakovatelností.

Přínosy a praktické využití metody

LC–MS/MS poskytuje vysokou selektivitu a nízké meze detekce (< pg/mL) pro komplexní matice (voda, krev, potraviny) a umožňuje:

• simultánní kvantifikaci stovek pesticidů, léčiv a metabolitů s MRM režimem,
• profilaci proteinů, peptidů a glykanů s vysokou hmotnostní přesností Q-TOF,
• strukturní charakterizaci neznámých látek díky MSn ve spojení s IT-TOF,
• velkokapacitní screening endokrinních disruptorů, dopingových látek a biomarkerů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry vývoje:

• integrované 2D-LC-MS/MS systémy a nano-flow platformy pro maximalizaci separace a senzitivity,
• pokročilá softwarová řešení pro paralelní akvizici a umělou inteligenci při zpracování komplexních dat,
• další miniaturizace, zelenější chromatografické jednotky s omezenou spotřebou eluentu,
• automatizace procesu od přípravy vzorku po reportování výsledků.

Závěr

Fundamentální průvodce LC–MS od Shimadzu shrnuje klíčové principy kapalinové chromatografie, ionizace a hmotové spektrometrie a představuje moderní přístupy k ultrarychlému, vysoce selektivnímu a automatizovanému vyhodnocení komplexních vzorků. Řada inovací UFMS a CLAM ukazuje cestu k ještě vyšší efektivitě, reproducibilitě a rozšíření uplatnění LC–MS/MS v průmyslu a vědě.

Reference

• Fundamental Guide to Liquid Chromatography Mass Spectrometry, Shimadzu Corporation, 1st Edition October 2018, Updated March 2019.
• Hirano Ichiro: LCMS Primer Forward, Shimadzu Corporation, 2018.
• Shimadzu Application Notebooks a Shim-pack HPLC Column Guidebook.