Various Analysis Techniques for Organic Acids and Examples of Their Application

Význam tématu

Organické kyseliny hrají klíčovou roli v široké škále odvětví: od výroby potravin a nápojů, přes farmaceutické a biotechnologické procesy, až po analýzu životního prostředí a výzkum obnovitelné energie. Jejich měření je zásadní pro kontrolu kvality produktů, optimalizaci průmyslových fermentací, monitorování biosyntézy a detekci znečištění.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem textu je přehledně představit hlavní chromatografické a hmotnostně-spektrometrické techniky pro analýzu organických kyselin a ilustrovat jejich uplatnění na skutečných vzorcích z různých oblastí (farmacie, potravinářství, životní prostředí, bioenergie, metabolomika).

Použitá metodika a instrumentace

Hlavní techniky:

• HPLC
  
  • Reversed-phase (UV detekce na 210 nm)
  • Ion-exclusion (post-column pH buffering + elektrochemická detekce)
  • Ion-exchange (ion chromatography s potlačovačem / bez potlačovače)
• LC–MS(/MS)
  
  • Přímá detekce v ESI negative módu
  • Pre-column derivatizace NPH (3-nitrophenylhydrazin)
• GC–MS(/MS)
  
  • TMS derivatizace (trimethylsilylační činidla)
  • Kondenzace DMT-MM pro krátké mastné kyseliny
• Thermal desorption GC–MS (barrier discharge ionization detector, BID)
• Metabolomika
  
  • LC–MS ion pairing vs. non-ion pairing (PFPP kolony)
  • Smart Metabolites Database™ a GC–MS/MS Smart metabolity

Klíčové přístroje: Shim-pack GIST C18-AQ, Fast-OA, SCR-102H, SPR-H, Nexera™ UPLC, LCMS-8060, GCMS-TQ8040 NX, Nexis™ GC-2030, ICDS-40A potlačovač, HIC-ESP, Smart Metabolites Database™.

Hlavní výsledky a diskuse

Metody se liší citlivostí, selektivitou a vhodností pro různé matice:

• UV detekce je rychlá, ale náchylná k rušení souběžně elujících látek.
• Elektrická vodivost (ion exclusion/exchange) při potlačení backgroundu pH bufferingem či potlačovačem dosahuje vysoké selektivity pro organické kyseliny.
• LC–MS umožňuje přímou i derivatizační detekci (>20–100 sloučenin) včetně krátkých mastných kyselin.
• GC–MS(TQ) s TMS/DMT-MM derivatizací detekuje stovky metabolitů (mastné kyseliny, cukry, organické kyseliny).
• TD-GC–MS s BID detekcí umožňuje rychlou analýzu těkavých kyselin (bioenergie, senzorika).
• Metabolomika (LC–MS/MS + GC–MS/MS) poskytuje komplexní profil až 400–500 metabolitů.

Praktické příklady: měření protiiontů v léčivech, analýza kyselin ve víně, kávě, kulturách pro biotechnologii, biosyntéza v umělé fotosyntéze, kontrola fermentačních procesů, detekce zápachových látek v odpadních vodách a senzorika v potravinářském průmyslu.

Přínosy a praktické využití metody

• Optimalizace fermentací a bioprodukcí (bioethanol, suroviny pro polymery, farmaceutika).
• Kontrola kvality surovin i finálních produktů ve farmacii, potravinářství, energetice.
• Detekce a odstranění odpadních či toxických kyselin ve vodě a palivech.
• Podpora výzkumu střevní mikrobioty, metabolomické mapy pro vývoj funkčních potravin.
• Využití v potravinářské senzorice – modelování chutí pomocí dat z GC–MS a LC–MS.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace UHPLC-MS a rychlých potlačovacích technik pro vyšší propustnost.
• Nové derivatizační postupy pro těkavé i nepolární kyseliny.
• Pokročilá data science a AI pro interpretaci komplexních metabolomických dat.
• On-line monitorování fermentačních procesů a umělé fotosyntézy v reálném čase.
• Rozvoj imaging metabolomiky (MALDI-MSI, DESI-MSI) pro prostorovou distribuci kyselin v biologických tkáních.

Závěr

Studie ukazuje, že volba analytické techniky musí vždy odpovídat povaze vzorku, cílovým sloučeninám a požadované citlivosti či propustnosti. Kombinace HPLC, IC, GC–MS a LC–MS technik spolu s vhodným vzorkováním a předúpravou umožňuje komplexní a spolehlivou analýzu organických kyselin v nejrůznějších oborech.

Reference

• Hirao Y., Nakashima M., Takemori Y. et al., Application Note No. 61, Shimadzu Corp.
• Shimadzu Application News (L352A, L4442, L457A, L485, L490, L516, L548, L555).
• Shimadzu Application Data Sheet (No.59, No.94, No.136).
• Shimadzu Technical Reports (C146-0356, C168, C190-0489).