Isotope ratio analysis of acetate using Orbitrap Exploris Isotope Solutions

Význam tématu

Acetát je klíčovým meziproduktem při rozkladu organické hmoty a významně se podílí na koloběhu uhlíku a vodíku v prostředích od anoxických sedimentů po slané roztoky.
Jeho nízké koncentrace v komplexních matricích vyžadují vysoce citlivé a přesné izotopové techniky k vyšetření biologických a geochemických procesů.

Cíle a přehled studie

Cílem této studie bylo představit využití Thermo Scientific Orbitrap Exploris Isotope Solutions pro analýzu uhlíkových a vodíkových izotopových poměrů v acetátu.
Autoři demonstrovali schopnost měřit molekulově průměrné i methylově specifické izotopové kompozice při nanomolární citlivosti v prostředí s vysokou koncentrací chloridů.

Použitá metodika

• Příprava vzorku: odstranění inorganických aniontů (chlorid, síran) precipitací a iontovou chromatografií s prekoncentrátorem pro izolaci organických kyselin.
• Infuze vzorků: dualní stříkačkový inlet nebo in-flow injekce pomocí UHPLC Vanquish Neo (5 µL/min).
• Ionizace: electrospray ionizace v negativním módu pro tvorbu intaktních molekulárních iontů.
• Spektrální analýza: HRAM měření izotopoculí na Orbitrap Exploris 240 MS, výpočet poměrů pomocí IsoX Software.
• Standardizace: externí štandardy AcSt, AcA, AcB infundované mezi vzorky; bracketing pro získání δ13C a δ2H vůči V-PDB.

Použitá instrumentace

• Orbitrap Exploris 240 MS s ESI zdrojem (sheath gas, spray voltage 3000 V, teplota 320 °C).
• Dualní stříkačkový inlet system a Vanquish Neo UHPLC System.
• Softwary Xcalibur pro akvizici a IsoX pro výpočet izotopových poměrů.
• R skripty pro statistické zpracování a export výsledků (.csv, .xlsx, .html).

Hlavní výsledky a diskuse

• Izotopové poměry δ13C a δ2H zůstávají lineární při SIC >1×108; pod touto úrovní se projevují blank efekty.
• Iontové potlačení acetátu v přítomnosti propionátu a butyrátu nemělo významný dopad na přesnost izotopových poměrů.
• Karbonátové kontaminanty (59,98 m/z) mohou způsobovat space‐charge efekty zkreslující δ13C nad 10 % podílu kontaminantu.
• Potlačení karbonátového aniontu je možné snížením sweep gasu nebo spray voltage pod 3000 V; alternativně lze snížit AGC target.
• Proof‐of‐concept izolace z brin (Cl−/acetát až 3500:1) potvrzuje přesnost ≤1 ‰ pro δ13C a ≤10 ‰ pro δ2H.

Přínosy a praktické využití metody

• Citlivé stanovení acetátu na nanomolární úrovni v náročných environmentálních matricích.
• Možnost sledování biogeochemických toků uhlíku a vodíku pomocí izotopového otisku acetátu.
• Specifické pozicové izotopové analýzy umožňují hlubší pochopení mechanizmů remineralizace organické hmoty.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření aplikace na další nízkomolekulární organické kyseliny a oxyanionty (dusičnany, fosfáty, sulfáty).
• Zlepšení automatizace injekce a přípravy vzorku pro vyšší propustnost analýz.
• Integrace fragmentační analýzy pro detailní site‐specific izotopové mapování.
• Pokročilé statistické a strojově‐učené metody pro interpretaci velkých datových souborů.

Závěr

Orbitrap Exploris Isotope Solutions představuje robustní platformu pro přesné a přesné stanovení stabilních izotopů acetátu v komplexních matricích.
Kombinace účinné přípravy vzorku, optimalizované ionizace a vhodné standardizace zajišťuje spolehlivé výsledky pro environmentální a biogeochemické studie.

Reference

1. Heuer VB, Pohlman JW, Torres ME, Elvert M, Hinrichs KU. Geochim Cosmochim Acta. 2009;73:3323–3336.
2. Mueller EP, Sessions AL, Sauer PE, Weiss GM, Eiler JM. Anal Chem. 2022;94:1092–1100.
3. Heuer VB, Krüger M, Elvert M, Hinrichs KU. Org Geochem. 2010;41:22–30.
4. Weiss GM, Sessions AL, Julien M, Csernica T, Yamada K, Gilbert A, Freeman KH, Eiler JM. Int J Mass Spectrom. 2023;493:117128.
5. Hilkert A, Böhlke JK, Mroczkowski SJ, Fort KL, Aizikov K, Wang XT, Kopf SH, Neubauer C. Anal Chem. 2021;93(26):9139–9148.
6. Rockwood AL, Erve JCL. J Am Soc Mass Spectrom. 2014;25(12):2163–2176.
7. Gorshkov MV, Fornelli L, Tsybin YO. Rapid Commun Mass Spectrom. 2012;26(15):1711–1717.
8. Grinfeld D, Stewart H, Skoblin M, Denisov E, Monastyrsky M, Makarov A. Int J Mod Phys A. 2019;34(36):1942007.
9. Hofmann AE, Chimiak L, Dallas B, Griep‐Raming J, Juchelka D, Makarov A, Schwieters J, Eiler JM. Int J Mass Spectrom. 2020;457:116410.
10. Gorshkov MV, Fornelli L, Tsybin YO. Rapid Commun Mass Spectrom. 2021;26(15):1711–1717.