A Strategy for an Unknown Screening Approach on Environmental Samples Using HRAM Mass Spectrometry

Význam tématu

Analýza povrchových vod na neznámé kontaminanty je klíčová pro environmentální monitoring a ochranu zdraví. Tradiční cílené metody LC-MS sice poskytují kvantitativní informace pro předem definované látky, ale neodhalí neočekávané nebo nové kontaminanty. Naproti tomu nekonečtěné netargetované přístupy bývají časově náročné a složité. Díky modernímu vysoko-rozlišovacímu hmotnostnímu analyzátoru Orbitrap a pokročilému softwaru lze zkombinovat výhody cíleného i netargetovaného screeningu do jednoho automatizovaného pracovního postupu, což zlepšuje provozní efektivitu a rozšiřuje škálu detekovaných sloučenin.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyvinout a ověřit plně automatizovaný postup pro obecný screening neznámých organických kontaminantů v povrchové vodě města Berlín. Výzkumný protokol zahrnoval:

• odběr čtyř vzorků povrchové vody z různých lokalit, kontrolního standardu a vzorku pitné vody,
• chromatografickou separaci s online SPE,
• elektronickou akvizici dat v režimu full scan s AIF fragmentací na Orbitrapu,
• automatizovanou analýzu dat pomocí softwaru TraceFinder 3.1 a SIEVE 2.1.

Použitá metodika a instrumentace

Sample preparation:
Žádná složitá předúprava – vzorky byly injikovány přímo (1 mL).
Chromatografie:

• Online SPE/trap: Hypersil GOLD prekoncentrační kolona 12 µm,
• Analytická kolona: Accucore RP-MS 18, 3 µm, 20×2,1 mm,
• Gradient 6,7 min, celkový cyklus 15 min (injekce, koncentra­ce, separace).

Hmotová spektrometrie:

• Exactive Plus Orbitrap, režim full scan/AIF,
• rozlišení 70 000 (FWHM @ m/z 200) pro full scan, 35 000 pro AIF,
• rozsah m/z 103–900 (AIF 70–870), kalibrace před měřením.

Software:

• TraceFinder 3.1 pro cílenou a podezřelou analýzu,
• SIEVE 2.1 pro nekondicionovanou detekci komponent,
• automatická výměna dat mezi aplikacemi,
• konečná zpráva a archivace v TraceFinder.

Hlavní výsledky a diskuse

Suspect screening:
Pomocí interní databáze ~1 000 látek a MS2 knihovny ~4 000 záznamů bylo potvrzeno velké množství známých kontaminantů, avšak některé standardy mimo databázi nebyly detekovány. Výhoda spočívala ve třístupňové identifikaci: izotopové vzory, fragmentace AIF a srovnání s knihovnou.
Unknown screening:
SIEVE detekoval ~5 000 komponent bez předchozích podmínek. Po referenci na vzorek pitné vody a filtrování pozadí zůstalo 1 829 signálů. PCA ukázala odlišnost jednoho ze čtyř povrchových vzorků. Po dalším zúžení a vyhledání v ChemSpider bylo identifikováno 1 529 látek. Návrat výsledné látkové databáze do TraceFinder zajistil jednotnou reportáž.
Ukázka klíčových identifikací:

• Loxoprofen – čisté oddělení signálu při rozlišení 70 000 umožnilo nepochybnou detekci v silném maticovém pozadí,
• Další objevené kontaminanty: Bisoprolol, Candesartan, Carbofuran, Tramadol aj.

Přínosy a praktické využití metody

Automatizovaný tok zvyšuje produktivitu laboratoře při environmentálních a regulačních studiích. Kombinace cílené, suspect i unknown analýzy v jediném softwaru snižuje manuální zásahy a chyby při přenosu dat. Vysoké rozlišení Orbitrapu zabezpečuje spolehlivou separaci analyzovaných signálů od maticového pozadí.

Budoucí trendy a možnosti využití

Metoda má potenciál pro:

• rozšíření chemometrických analýz a strojového učení pro priorizaci neočekávaných látek,
• reálné časové monitorování environmentálních toků,
• uplatnění v dalších oblastech (alimentární, farmaceutická, metabolomika),
• dynamické aktualizace databází podle nových regulatorních požadavků.

Závěr

Implementace jednotného workflow pro cílený, suspect a unknown screening s vysoko-rozlišovacím Orbitrapem a automatizovaným přepojováním dat mezi TraceFinder a SIEVE výrazně zefektivnila environmentální analýzu povrchových vod. Metoda umožnila komplexní profilaci kontaminantů, zvýšila provozní efektivitu a snížila potřebu manuálních kroků.

Reference

V textu nebyly uvedeny literární odkazy.