Illicit Drug Analysis in Urine Using 2D LC-MS/MS for Forensic Toxicology

Význam tématu

Forenzní toxikologie se zaměřuje na spolehlivou identifikaci stopových množství nelegálních drog v biologických vzorcích za účelem podpory trestního řízení. Rychlé screeningové metody často nestačí pro právně závazné potvrzení přítomnosti látek při velmi nízkých koncentracích. Kombinace dvourozměrné kapalinové chromatografie s tandemovou hmotnostní spektrometrií (2D LC-MS/MS) představuje moderní přístup, který umožňuje dosahovat sub ppb detekčních hladin při zkrácené přípravě vzorku.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo vyvinout a optimalizovat rychlý extrakční protokol pro odsazení a separaci dvanácti nelegálních drog z močového vzorku o objemu 1 ml. Pracovní postup zahrnuje testování metod 1D a 2D SPE, včetně režimu at-column dilution a sekvenční extrakce. Optimalizace chromatografických podmínek proběhla pomocí automatizovaného screeningu 144 kombinací (6×6 grid), zkoumající pH, sorbční materiál a polaritu elučních fází.

Použitá metodika a instrumentace

Pro separaci a detekci byl použit systém ACQUITY UPLC s 2D technologií ve konfiguracích trap and elute a at-column dilution ve spojení s hmotnostním spektrometrem Xevo TQD v režimu ESI pozitivní ionizace.

• Solid-phase extraction: Oasis HLB, Oasis MCX (reverzní fáze/ion-exchange), 1–3cc kazety
• Chromatografie: BEH C18 analytický sloupec 2.1×50 mm, 1.7 µm, teplota 60 °C, gradient 5–95 % acetonitrilu s 0.5 % kyseliny formiové za 5 min
• At-column dilution: poměr rozředění 5 % (upgrade na 2.5 % pro méně polární eluenty)
• Hmotová spektrometrie: 2 MRM přechody na analyzovaný vzorek, capilární napětí 3.0 kV, zdrojová teplota 150 °C, desolvační teplota 550 °C

Hlavní výsledky a diskuse

Optimalizovaný postup dosáhl kvantifikační meze (LOQ) 100 ppt pro všech dvanáct analyzovaných drog při celkové době extrakce pod 20 minut bez nutnosti odpařování eluátu. Automatizovaný screening metod vývoje chromatografie umožnil efektivně zúžit ideální pH a polaritu elučních fází. Porovnání organických (MeOH, ACN, acetone) a vodných extraktů prokázalo až desetinásobné zvýšení signálu v organickém prostředí, což odráží potlačení iontových interakcí s povrchy nádob. Kombinace reverzní fáze a ion-exchange (RP/IE) vedla k průměrné obnově 90 % a významně snížila interferenční pozadí oproti jednorozměrným SPE protokolům.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné zkrácení doby přípravy vzorku a zvýšení laboratorní produktivity
• Výborná citlivost a selektivita pro široké spektrum amfetaminů, kanabinoidů, opiátů a halucinogenů
• Eliminace kroků odpařování a rekonstituce, čímž se snižuje ztráta analyzovaných látek
• Možnost aplikace v forenzních a klinických laboratořích pro validní soudní důkazy

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj se očekává ve směru plné automatizace extrakčních stanic s integrovaným 2D LC-MS/MS, využití mikrodávkovacích technik (microextraction), rozšíření škály analyzovaných látek (nové psychoaktivní látky) a implementace strojového učení pro rychlejší optimalizaci metodických parametrů.

Závěr

Studie prokázala, že 2D LC-MS/MS s at-column dilution a RP/IE SPE protokolem představuje robustní a vysoce citlivou platformu pro forenzní analýzu nelegálních drog v moči. Navržený workflow zkracuje dobu přípravy, zvyšuje obnovu a snižuje interferenční šum, což je klíčové pro soudně toxikologické aplikace.

Reference

• 1. Mallet CR Analysis of Pharmaceuticals and Pesticides in Bottled Tap and Surface Water using ACQUITY UPLC with 2D Technology 720005176EN 2014
• 2. Mallet CR Multi-Dimensional Chromatography Compendium Trap and Elute vs AT-column dilution 720005339EN 2015