Shimadzu 5 Dimensional Comprehensive Chromatography System 5D Ultra-e

Význam tématu

V oblasti průmyslové a environmentální analytické chemie se často setkáváme s velmi složitými vzorky obsahujícími stovky až tisíce sloučenin v nízkých koncentracích. Tradiční jednorozměrná chromatografie často nestačí na dostatečné rozlišení a selektivitu. Integrovaný LC-GC×GC-MS/MS systém umožňuje rozdělení komplexních vzorků do frakcí pomocí HPLC a následnou detailní analýzu každé frakce pomocí dvourozměrné GC kombinované s tandemovou hmotnostní spektrometrií, čímž přináší pět dimenzí separace a detekce.

Cíle a přehled studie

Primárním cílem bylo vyvinout a demonstrovat platformu pro simultánní nekonečný (untargeted) i cílený (targeted) screening organických a heteroatomových sloučenin ve vysoce složitých matricích, jakými jsou uhelný dehet nebo ropné frakce. Systém byl vyvinut na Univerzitě v Messině pod vedením prof. Mondella ve spolupráci se společností Chromaleont a dále komerčně dodán firmou Shimadzu jako 5D Ultra-e.

Použitá metodika a instrumentace

Systém se skládá z těchto modulů:

• HPLC: Shimadzu Prominence pro separaci vzorku do frakcí na normální fázi
• LC-GC transfer: AOC-5000 Plus s OPTIC-4PTV pro přesné přepínání a injekci jednotlivých frakcí do GC
• Dvourozměrná GC: GC-2010 Plus s dvojitou termickou modulací ZX-2 pro GC×GC separaci
• MS/MS detektor: GCMS-TQ8040 triple kvadrupólový hmotnostní spektrometr pro Q3 Scan a MRM analýzu
• Software: 5D Solution pro centrální řízení analýzy a ChromSquare 2D-GC pro vyhodnocení konturových map

Hlavní výsledky a diskuse

Uhelný dehet analyzovaný přímou injekcí do GC×GC-MS/MS poskytl velmi složitou 2D mapu, kde byly signály zahlceny vzájemně překrývajícími se špičkami. Po frakční separaci HPLC se podařilo rozložit vzorek na tři hlavní skupiny (nearomatické uhlovodíky, aromáty, kyslíkaté sloučeniny) a každou frakci analyzovat zvlášť. Výsledné 2D mapy ukázaly výrazně zjednodušenou strukturu, což umožnilo identifikaci a kvantifikaci jednotlivých komponent. Navíc MRM analýza dibenzothiofenu v aromatické frakci potvrdila vysokou selektivitu a citlivost detekce izomerů.

Přínosy a praktické využití metody

Integrovaný LC-GC×GC-MS/MS přináší následující výhody:

• Odstranění matričních interferencí díky předfrakční HPLC separaci
• Vyšší separační kapacita a rozlišení složitých vzorků
• Možnost cílené i nekonečné analýzy v jednom běhu
• Zvýšená automatizace a propustnost pro sériovou analýzu

Budoucí trendy a možnosti využití

Dalším rozvojem se očekává integrace dalších detekčních technik, jako je vysokorozlišující MS nebo NMR, pro ještě detailnější strukturální charakterizaci. Vznikají také aplikace v oblasti metabolomiky, forenzních rozborů a sledování stopových znečišťujících látek ve vodě a půdě. Softwarové nástroje budou dále využívat strojové učení pro automatickou klasifikaci a kvantifikaci špiček.

Závěr

5D Ultra-e LC-GC×GC-MS/MS systém představuje průlomový přístup ke komplexní chromatografické analýze. Kombinace HPLC frakcionace, dvourozměrné GC a tandemového MS poskytuje pět dimenzí separace a detekce, což výrazně zvyšuje schopnost analyzovat složité vzorky s vysokou selektivitou a citlivostí.

Reference

• Data poskytnuta prof. Dr. Luigi Mondello, University of Messina a Chromaleont S.r.l., Itálie
• Shimadzu Corporation: 5D Ultra-e LC-GC×GC-MS/MS produktová dokumentace
• OPTIC-4PTV, GL Sciences Inc., Japonsko
• ZX-2 termální modulátor, Zoex Corporation, USA