The solution behind great science Volume 1

Význam tématu

Pokrok v analytické chemii směřuje k detekci stále nižších koncentrací látek, což je klíčové pro ochranu životního prostředí, medicínu, potravinářskou a farmaceutickou kvalitu i forenzní aplikace. Vysoce citlivé metody umožňují zachytit nanočástice ve vodě, přírodní i syntetické bioaktivní sloučeniny ve dřevě či lidské expozimetry a odhalit nelegální „designer drugs“, přičemž úspěch závisí na kvalitě instrumentace i použitých reagencií, zejména ultrapure vody.

Cíle a přehled studie / článku

Tento odborný přehled představuje čtyři klíčové aplikace moderních analytických technik:

• Detekce nanočástic v životním prostředí (ZnO NPs).
• Izolace a kvantifikace přírodních statinů ve dřevě po fermentaci.
• Primární screening nelegálních designer drog pomocí kombinovaných chromatografických metod.
• Vysoce citlivé stanovení bisfenolu A a jeho konjugátu v moči.

V závěru je diskutována role ultrapure vody dle kategorií čistoty (Type I, II, III) jako zásadního faktoru pro dosažení nejnižšího limitu detekce.

Použitá metodika a instrumentace

• Dynamic Light Scattering (DLS) pro sledování agregace a rozpuštění nanočástic.
• GC–MS s režimy TIC a MRM pro identifikaci statinů ze dřevních matric.
• HPLC–PDA a UHPLC–PDA/UV–MS pro rychlý screening psychoaktivních derivátů.
• LC–MS/MS pro kvantifikaci bisfenolu A a BPA-glukuronidu v lidské moči.
• ICP-MS, ICP-AES, GFAAS, FAAS pro stopové analýzy prvků (příklady limitů detekce).
• Systémy pro výrobu ultrapure vody (resistivita > 18 MΩ·cm, TOC < 10 ppb, bakterie < 1 CFU/ml).

Hlavní výsledky a diskuse

• Studie na ZnO NPs prokázala, že pH a koncentrace organických kyselin ovlivňují agregaci, zatímco elektrolyty regulují rychlost rozpouštění a tím i toxicitu nanočástic.
• Ve dřevních vzorcích fermentovaných Pleurotus ostreatus byl v kůře detekován pouze pravastatin, zatímco ve lýku i další statiny a jejich estery v rozsahu 50–1000 ppb.
• Duální systém UHPLC–PDA/UV–MS umožnil rychlou a spolehlivou detekci i termálně labilních a strukturálně posunutých isomerů nelegálních drog.
• Optimalizovaná LC–MS/MS metoda dosáhla detekčních limitů 0,03 ng/ml pro BPA a 0,10 ng/ml pro BPA-gluk, s RSD < 5 %.

Přínosy a praktické využití metody

Multiparametrické modely pro predikci chování nanočástic v reálných podmínkách přispívají k lepší regulaci rizik a tvorbě environmentálních standardů. Efektivní izolace statinů nabízí alternativní zdroje bioaktivních látek. Rychlý screening designer drog posiluje kapacitu stíhání nových psychoaktivních látek. Přesné stanovení BPA ve vzorcích z lidské expozice podporuje epidemiologická šetření a tvorbu veřejné politiky.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozvoj pokročilých QSAR/QSPR modelů zaměřených na návrh nových bioaktivních sloučenin a jejich mechanismů účinku. Rozšíří se aplikace mikrofluidních a online hyphenovaných metod pro okamžité sledování chemických procesů. Důležité bude i propojování dat z vysokocitlivých analýz s epidemiologickými studiemi pro hlubší pochopení dlouhodobých subchronických účinků EDC a nanočástic na zdraví.

Závěr

Pokrok v přesné detekci stopových látek je možný díky pokročilé instrumentaci a použití vysoce čistých reagentních vod. Ultrapure voda je nezbytným prvkem workflow pro dosažení limitů detekce v řádu ppt–ppb. Spolupráce mezi výzkumníky, výrobci analytických přístrojů a dodavateli čisté vody zajistí další posun hranic detekce v analytické chemii.

Reference

1. The Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks (SCENIHR). Opinion on the effects of nanomaterials. 2006.
2. Shaw B.J., Handy R.D. Physiological effects of nanoparticles on fish: a comparison of nanometals versus metal ions. Environ. Int. 2011;37:1083–1097.
3. Majedi S.M., Kelly B.C., Lee H.K. Role of combinatorial environmental factors in the behavior and fate of ZnO nanoparticles in aqueous systems: a multiparametric analysis. J. Hazard. Mater. 2014;264:370–379.
4. Li M., Zhu L., Lin D. Toxicity of ZnO nanoparticles to Escherichia coli: Mechanism and the influence of medium components. Environ. Sci. Technol. 2011;45:1977–1983.
5. Miao A.J. et al. Zinc oxide-engineered nanoparticles: dissolution and toxicity to marine phytoplankton. Environ. Toxicol. Chem. 2010;29:2814–2822.
6. Endo A. A historical perspective on the discovery of statins. Proc. Jpn. Acad. Ser. B. Phys. Biol. Sci. 2010;86:484–493.
7. Tobert J.A. Lovastatin and beyond: the history of HMG-CoA reductase inhibitors. Nat Rev Drug Discov. 2003;2:517–526.
8. Cohen R., Persky L., Hadar Y. Biotechnological applications and potential of wood-degrading mushrooms of the genus Pleurotus. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2002;58:582–594.
9. Sirén H. et al. Determination of statins by gas chromatography–EI/MRM tandem mass spectrometry: fermentation of pine samples with Pleurotus ostreatus. J. Pharm. Biomed. Anal. 2014;94:196–202.
10. Takahashi M. et al. Creation and application of psychoactive designer drugs data library using liquid chromatography with photodiode array detector and gas chromatography–mass spectrometry. Talanta. 2009;77:1245–1272.
11. Li L., Lurie I.S. Screening of seized emerging drugs by ultra-high performance liquid chromatography with photodiode array ultraviolet and mass spectrometric detection. Forensic Sci. Int. 2014;237:100–111.
12. Battal D. et al. Development and validation of an LC–MS/MS method for simultaneous quantitative analysis of free and conjugated bisphenol A in human urine. Biomed. Chromatogr. 2014;28:686–693.
13. Health costs in the EU: How much is related to Endocrine Disrupting Chemicals? HEAL report. 2014.