17th Multidimensional Chromatography Workshop Abstract book

Význam tématu

Multidimenzionální chromatografie, především komplexní dvourozměrná plynová chromatografie (GC×GC) a dvourozměrná kapalinová chromatografie (2D-LC), se stává klíčovou technologií pro analýzu složitých směsí v ropném, farmaceutickém, polymerním i forenzním průmyslu. Zvýšená kapacita separace a selektivita umožňují detekci tisíců sloučenin, které tradiční jednorozměrné metody nerozliší. Rychlé a spolehlivé získání detailních chemických profilů podporuje vývoj nových materiálů, optimalizaci výrobních procesů, monitorování znečištění a včasné odhalování kontaminant.

Cíle a přehled programu

Soubor přednášek a posterů představil současné trendy a vybrané aplikace multidimenzionální chromatografie. Program zahrnoval:

• Transformační využití GC×GC v ropném průmyslu a v analýze plastové pyrolyzní oleje.
• 2D-LC metody pro komplexní separaci malých molekul, biologik a polymerních surfaktantů.
• Kombinaci nových modulátorů (kryogenních i plyn-modulovaných) s různými detektory (FID, TOF-MS, QMS, HRMS).
• Pokročilé datové zpracování: chemometrické nástroje (alteration analysis, Fisher-ratio, PARAFAC/PARAFAC2), strojové učení pro predikci EI-spektrem a softwarové platformy pro automatizovaný workflow.
• Konkrétní aplikace: forenzní analýza VOC v lidských ostatcích, detekce PFAS v spotřebním zboží, aroma profiling, glykanová analýza, biomarkerové studie v lidském dechu.

Použitá metodika

Ve všech příspěvcích se opakovaly klíčové metodické přístupy:

• Vzorkování: SPME (včetně Arrow), termická desorpce (TD), mikrofluidní EME-SPME, pyrolytická desorpce/pyr.
• Kapotitné separace v 1. dimenzi a orthogonální fáze v 2. dimenzi: RP×RPLC, HILIC×RP, SEC×RPLC, GC×GC se strip-flow a kryogenními modulátory.
• Detekce: FID, EI-MS, CI-MS (pozitivní i negativní chemická ionizace), vysokorozlišovací TOF-MS, kvadruplový QMS, VUV, GC–Olfaktometrie.
• Datové zpracování: chromatogramová subtrakce, alignment-free modulátorové nástroje, tile-based Fisher-ratio, UMAP/PCA, AI-predikce spekter, PARAFAC2.

Použitá instrumentace

Nejčastěji zmiňované přístrojové platformy a komponenty:

• Komplexní GC×GC–TOFMS (Gerstel MPS, Pegasus 4D, SepSolve BenchTOF, LECO GCxGC-HRTOFMS, JEOL JMS-T2000GC).
• Flow-modulátory a kryogenní modulační systémy (Van Deemter free, loop-delay, quad-jet, dual-stage modulace).
• Dvourozměrná LC se srdcovým „heart-cutting“ i plně comprehensive 2D-LC systémy (SEC, RPLC, HILIC, chiralní fáze).
• Microfluidní moduly pro EME-SPME, kapilární kolony pro vysokou citlivost a nízké průtoky.

Hlavní výsledky a diskuse

Program ukázal, že multidimenzionální chromatografie:

• Signifikantně zvyšuje rozlišení i detekční limity pro složité matrixy (ropné směsi, PFAS, aromata, glykanové standardy).
• Umožňuje simultánní achirální i chirální analýzu ve farmaceutických produktech, biomarkerových studiích a QC metodách biologik.
• Odhaluje až pětinásobně více komponent v pyrolyzních olejích a pokročile analyzuje mechanismy směšování LDPE/PET ve spalování plastů.
• Kombinace strojového učení a chemometrie (2D-correlation, alteration analysis, tile-based Fisher-ratio, PARAFAC2) usnadňuje odhalení statisticky významných změn.
• Softwarové nástroje (GcDUO, Chromatof Sync 2D, UMAP) zefektivňují generování master peak tables a porovnání chromatogramů bez nutnosti manuálního alignmentu.

Přínosy a praktické využití metody

Výstupy z multidimenzionálních technik jsou využitelné v praxi pro:

• Vznik spolehlivějších analytických metod pro QC a regulatorní testy (pharma, potraviny, kosmetika).
• Optimální navrhování recyklačních a pyrolytických procesů pro plastovou ekonomiku.
• Forenzní vyšetřování – přesnější profiling VOC u lidských ostatků, GSR, požárních zbytků.
• Monitorování kontaminantů v životním prostředí a spotřebním zboží (PFAS, toxické uhlovodíky).
• Vědeckou exploraci biomolekulárních markerů v dechu, výměšcích mikroorganismů a metabolomu buněk.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané vývojové směry:

• Zavádění bezkryogenních modulátorů a plné softwarové kontroly pro vyšší robustnost a úsporu nákladů na chlazení.
• Prohlubující se integrace umělé inteligence pro predikci spekter, automatizované šablony a standardizaci metod.
• Rozšíření kapilárních a microfluidních 2D-LC platforem pro ultra-nízké průtoky a přímou integraci s MS.
• Pokročilé chemometrické a datově-vědní přístupy (strojové učení, hluboké učení) pro rychlé zpracování terabajtů dat GC×GC-MS.
• Rozvoj lokálních knihoven neznámých sloučenin a vlastních HPLC/GC standardů pro přesnou identifikaci složitých směsí.

Závěr

Komplexní dvourozměrné chromatografické přístupy představují nepostradatelný nástroj pro analýzu stále složitějších vzorků v nejrůznějších oblastech vědy a průmyslu. Díky kombinaci pokročilých modulátorů, detektorů a moderních softwarových a chemometrických řešení se tyto metody přibližují ke statusu rutinních laboratorních technik, přičemž jejich plný potenciál je teprve na začátku svého využití.

Reference

[1] Lai Z. a kol. Identifying metabolites by integrating metabolome databases with mass spectrometry cheminformatics, Nat. Methods, 15(1):53–60 (2017).