Eastern Analytical Symposium & Exposition 2023 Abstract Book

Shrnutí sborníku abstraktů Eastern Analytical Symposium & Exposition 2023

Význam tématu

V odborném programu EAS 2023 dominovaly aplikace moderních analytických metod pro řešení reálných problémů v chemii, farmacii, potravinářství, forenzní vědě a environmentální analytice. Hlavní význam spočívá v posunu od izolovaných, laboratorních metod k robustním, kvantitativním a vysokoprůtokovým postupům (PAT, on‑line/ in‑line monitoring, automatizace, high‑throughput MS), které umožňují rychlé rozhodování v průmyslových i regulačních kontextech. Důraz na problematiku PFAS, mikro‑/nanoplastů, nitrosaminů, proteomiky pro biomarkery a vícerozměrné separace odráží potřebu citlivých, selektivních a reprodukovatelných analytických postupů pro stopová a komplexní vyšetření vzorků.

Cíle a přehled konference / sborníku

• Prezentovat nejnovější metody separace (2D‑LC, GC×GC, SFC, MD‑LC) a jejich integraci s různými MS technikami (qMS, QqQ, QTOF, HRMS).
• Ukázat pokrok v zobrazovacích a vibračních metodách (Raman, SRS, FTIR‑ATR, konfokální Raman) pro analýzu povrchů, nanoplastů a interakcí na rozhraních.
• Ilustrovat aplikace vysoce citlivých technik pro environmentální analyty (PFAS), potravinářské kontaminanty (pesticidy, mykotoxiny, nelegální barviva), forenzní stopy (GSR, krevní skvrny) a proteomiku/těkavé analytické výzvy.
• Diskutovat instrumentální a metodické výzvy: interference (např. NDMA vs DMF), nízké LOQ v rámci legislativy, stabilita vzorků, automatizace a datová integrita (DI).

Použitá metodika a přístupy (souhrn)

• Chromatografie: jedno‑ a vícerozměrná LC (2D‑LC, LCxMSy, trapping 2D‑LC), GC, GC×GC, SFC; ion‑pair, HILIC, reversed‑phase, Ag+ separace pro lipidy, SEC pro makromolekuly.
• Hmotnostní spektrometrie: ESI, APCI, APPI, APGC, MALDI, QqQ‑MS/MS pro kvantifikaci stopových látek, QTOF/HRMS pro nontarget screening a strukturální identifikaci, IMS pro rozlišení izomerů.
• Vibrační a zobrazovací metody: konfokální Raman, SRS hyperspektrální zobrazení, FTIR‑ATR, SHG/SHLS (second harmonic light scattering) pro membránové interakce, low‑frequency Raman pro polymorfy.
• Speciální techniky: pyrolytická GC‑MS pro analýzu mikroplastů, pasivní a kinetické pasivní vzorkovače pro PFAS, TAP reaktor pro přechodnou kinetiku, kapilární elektroforéza (CE) pro fractionation/SELEX, ionová chromatografie (IC) pro anionty.
• Data a AI: chemometrie (PLSR, PCA, LDA), strojové učení (XGBR, DNN), modelování retencí a simulace (LC Simulator), databáze retencí, snahy o FAIR ukládání spektrálních dat.
• Procesní a laboratorní přístupy: PAT (in‑line/ on‑line FTIR/Raman), A‑TEEM spektroskopie, automatizovaná extrakce a QuEChERS, robusní validace dle ICH/USP.

Použitá instrumentace

• LC systémy: UHPLC/nanoLC, UPLC se separačními moduly (BEH C18, MaxPeak Premier HPS), 2D‑LC konfigurace, SEC kolony.
• MS detektory: triple quadrupole (QqQ), quadrupole‑time‑of‑flight (QTOF), vysokorozlišovací Orbitrap/Q‑TOF platformy, MALDI‑MS.
• GC vybavení: GC‑MS/MS, pyrolytická GC‑MS, APGC (atmospheric pressure GC ionization), GC‑FID s headspace pro těkavé PFAA/alkylaminy.
• Vibrační/optika: konfokální Raman mikroskopy, hyperspektrální SRS mikroskopie, FTIR‑ATR, sum‑frequency generation (SFG) a second harmonic generation (SHG) instrumenty.
• Elementární analýza: ICP‑MS pro stopové kovy v potravinách a matricích.
• Podpůrné: ion chromatografy s potlačenou vodivostní detekcí, DLS, FFF, kapilární elektroforéza, pasivní vzorkovače, PAT senzory a mikrofluidické systémy.

Hlavní výsledky a diskuse (klíčové výstupy)

• PFAS a jejich ekologická stopa: regionální mapování PFAS v dešti, sedimentu a mořských organismech; potřeba rozšiřovat analytické metody přes cílené seznamy (včetně emergentních PFAS) a pasivních vzorkovačů pro časově vážené koncentrace.
• Nitrosaminy a analytické interferencemi: chromatografická separace (výběr stacionární fáze, částic) se ukázala jako kritická pro zabránění falešných pozitiv (NDMA vs DMF); vhodná selektivita zlepšuje kvantifikaci v API.
• Mikro‑ a nanoplasty: SRS hyperspektrální zobrazování s datově řízeným spectral matching algoritmem umožňuje detekci a identifikaci jednotlivých nanočástic <100 nm v nápojích (např. balená voda) a ukazuje vysokou heterogenitu částic.
• Proteomika a biomarkery: rozsáhlé proteomické studie mléka a séra pro ranou detekci rakoviny prsu (různé podtypy včetně TNBC) pomocí nanoLC‑MS/MS identifikovaly soubory dysregulovaných proteinů (apolipoproteiny, serpiny, alfa‑1‑antitrypsin aj.) k následné validaci.
• Více‑rozměrné separace: GC×GC, 2D‑LC a LCxMSy (vícenásobné paralelní MS) pro nontarget i target analýzy prokázaly výrazné zlepšení rozlišení ve složitých matricích (oleje, polymerní směsi, terapeutické oligonukleotidy) a umožnily kvantifikaci nízkých impurit.
• Rychlá syntéza a screening: ESI mikrokapičkové reakce a intenzivní mezifa‑zová chemie (microdroplets) zrychlují organické reakce (~10^4 vs bulk) a umožňují vysokopropustné skríningy a malé‑množstevní syntézy pro discover‑drug pipelines.
• Forenzní aplikace: GC‑QqQ‑MS pro organické složky GSR dosahuje vysokého true‑positive/negative poměru; PCRS a particle‑correlated Raman se uplatní v analýze půd a stopových minerálů pro případové rekonstrukce.
• Instrumentální a praktické inovace: nové povrchové úpravy (MaxPeak HPS, CVD silikonové vrstvy) a alternativy k elektropolírovanému kovovému rozvodu zvyšují inertnost, snižují kontaminaci kovovými ionty a zlepšují výsledky pro citlivé analytiky (oligonukleotidy, proteiny, VOC).
• Důraz na data: vývoj databází retencí, modelování a model‑transfer pro Raman/FTIR, nasazení AI/ML pro zlepšení interpretace a robustnosti modelů (varování před Rashomon efektem — více modelů s podobnou predikcí, obtížná interpretovatelnost).

Přínosy a praktické využití metody

• Regulační soulad: metody byly optimalizovány pro splnění nízkých LOQ požadovaných regulačními orgány (např. PFAS, nitrosaminy) a pro aplikace v kontrolách kvality léčiv a potravin.
• Forenzní vyšetření: nové přístupy (Raman, PCRS, GC‑QqQ) zvyšují citlivost a selektivitu pro identifikaci stopových důkazů (GSR, krevní TSD, půdy).
• Vývoj léčiv: 2D‑LC, LCxMSy a rychlý MS screening umožňují lepší charakterizaci oligonukleotidů, peptidů a degradantů, zrychlují screening a zmenšují počet opakování v QC.
• Environmentální monitoring: pasivní vzorkovače, pasivní/enrichment metody pro PFAS a senzory pro time‑weighted monitoring poskytují praktická data pro expozici a zdrojové sledování.
• Průmyslová udržitelnost: PAT, in‑line spektroskopie a automatizace snižují spotřebu rozpouštědel, čas a odpad, zkracují dobu vývoje a zvyšují konzistenci procesů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace AI/ML do zdrojové identifikace a prediktivní analytiky: lepší modely pro nontarget screening a interpretaci komplexních spekter; pozor na Rashomon efekt a potřebu vysvětlitelných modelů.
• Standardizace a FAIR data: potřeba sdílených databází (retence, spektra, collision cross sections) a jednotných protokolů pro přenos modelů mezi laboratořemi a přístroji.
• Větší důraz na on‑line/at‑line PAT a mikrofluidiku pro vysokoprodukční screening a reálné časové rozhodování v průmyslových provozech.
• Rozšíření pasivních a nano‑enrichment technik pro ultranízké LOQ v PVAS a PFAS analýzách; rozvoj standardů pro nové PFAS a jejich isomery.
• Rozvoj multimodálních analytických platforem (IMS‑LC‑HRMS, SRS+MS) pro jednoznačnou identifikaci a kvantifikaci složitých směsí v potravinách, biologii a životním prostředí.
• Pokrok ve vícerozměrných separacích a paralelním MS (LCxMSy) s cílem zvýšit kapacitu pro nontarget analýzy a robustnost kvantifikace nízkoúrovňových impurit.

Závěr

Sborník EAS 2023 dokumentuje široký a rychle se rozvíjející zásah analytické chemie do řešení praktických a regulačních výzev. Kombinace pokročilých separací, citlivé hmotnostní spektrometrie, vibračních zobrazovacích metod a moderního datového zpracování (včetně AI) umožňuje řešit problémy od stopových environmentálních kontaminantů přes forenzní stopy až po komplexní biologické matricie. Hlavní výzvy zůstávají v oblasti standardizace postupů, sdílení dat, validace nontarget metod a řízení interpretovatelnosti modelů. Další rozvoj bude směřovat k robustnímu nasazení metod v režimu PAT, k rozšíření monitoringu PFAS a nanoplastů a k hlubší integraci datových věd s instrumentálními postupy.

Reference

• Bang, J.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 4448–4451.
• Villarreal, et al. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 11973–11980.
• Porter, A.; et al. Chem 2019, 5, 2264–2278.
• Cooks, R. G.; Xin Yan et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 12960–12972.
• Nicolás M. Morato et al. SLAS Technology 2021, 26, 555–571.
• Davis, et al. ACS Nano 2021, 15, 1426–1438.