Shimadzu Fundamental Guide to Liquid Chromatography Mass Spectrometry (LCMS)

Význam tématu

Liquidní chromatografie hmotnostní spektrometrie (LC-MS) představuje klíčovou analytickou techniku pro separaci, detekci a identifikaci širokého spektra organických látek s vysokou citlivostí a selektivitou. Díky kombinaci chromatografické separace kapalinou a hmotnostní spektrometrie poskytuje nejen kvalitativní informace (molekulární hmotnost, strukturální údaje), ale i přesné kvantitativní výsledky. LC-MS nachází uplatnění v oblasti klinické diagnostiky, farmacie, biotechnologií, environmentální analýze, potravinářství i průmyslové kontroly kvality.

Cíle a přehled studie / článku

Originální příručka Shimadzu přináší ucelený přehled principů LC, MS a moderních LC-MS/MS systémů. Text se postupně zabývá:

• základy chromatografie a hmotnostní spektrometrie,
• ionizačními technikami vhodnými pro LC-MS (ESI, APCI, APPI),
• konfiguracemi a principy jednotlivých analyzátorů (kvadrupól, TOF, iontová past, magnetický sektor),
• systémy tandemové MS (triple kvadrupól, Q-TOF, IT-TOF, MS_n),
• současnými výzvami LC-MS a vývojem inovací Shimadzu (UFMS, CLAM),
• perspektivami budoucího vývoje LC-MS technologií.

Použitá metodika a instrumentace

Text shrnuje základní komponenty LC-MS/MS:

• LC modul (čerpadlo, autosampler, kolona, detektor UV/VIS, fluorescenční či ELSD),
• iontová zdrojová jednotka API (elektrospray ESI, chemická APCI, fotoionizace APPI),
• iontové optiky s křivkovanými kvadrupóly (UF-Qarray, UF-Lens) pro soustředění paprsku iontů,
• velkokapacitní polynychromatický měřák nábojů – kvadrupól, TOF, iontová past,
• kolizní buňka pro CID fragmentaci,
• druhá hmotnostní analýza pro MS/MS,
• řídicí a vyhodnocovací software (LabSolutions).

Hlavní výsledky a diskuse

Autor detailně popisuje:

• rozdíly mezi technikami GC-MS a LC-MS a výhody LC-MS pro termolabilní a polární látky,
• principy ESI, APCI a APPI ionizace v atmosférickém tlaku a faktory ovlivňující citlivost (průtok, složení mobilní fáze, pH, dopanty, přídavné plyny),
• principy rozdělování iontů v magnetických sektorech, kvadrupólových filtrech, TOF tubusech a iontových pastích,
• MS/MS režimy (product-ion, precursor-ion, neutral-loss, MRM/SRM) a jejich využití pro zlepšení selektivity a potlačení šumu,
• porovnání systémů TQ-MS, Q-TOF a IT-TOF z hlediska citlivosti, rozlišení, dynamického rozsahu a využití v cílených či neřízených analýzách,
• současné výzvy: potlačení dopadů matric, minimalizace carry-over, rychlost a stabilita měření,
• klíčové inovace Shimadzu: Ultra-Fast Mass Spectrometry (UFMS) s technologiemi UF-scanning (až 30 000 u/s), UF-switching (5 ms), UF-MRM (555 přechodů/s), zlepšenou iontovou optikou a kolizními buňkami (UF-sweeper) pro zvýšení citlivosti a throughput,
• Clinical Laboratory Automation Module (CLAM) pro plně automatizovanou přípravu vzorků a LC-MS/MS měření v klinickém prostředí.

Přínosy a praktické využití metody

LC-MS/MS umožňuje:

• simultánní analýzu stovek až tisíců cílových sloučenin (drogy, pesticidy, mykotoxiny, biomarkery),
• analýzu stopových až nízkopmolárních koncentrací ve složitých matricích (biologické tekutiny, potraviny, voda, půda),
• spolehlivou kvantifikaci (MRM mode, interní standardy) s nízkými meze detekce,
• identifikaci a strukturální charakterizaci neznámých látek (MS_n, vysoké rozlišení TOF, accurate mass),
• zrychlení a automatizaci workflow (UFMS, CLAM),
• zvýšení reproducibility a kapacity laboratoře.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávaný další rozvoj zahrnuje:

• rozšíření 2D-LC a nano/mikro-flow LC-MS pro komplexní separace a vyšší citlivost,
• integraci více chromatografických módu (HILIC, IEC, SEC) a on-line či off-line multidimenzionálních uspořádání,
• další miniaturizaci a „zelené“ chromatografické systémy s úsporou spotřebního materiálu a rozpouštědel,
• pokročilé softwarové nástroje pro paralelní zpracování dat, multiplex analýzu a „big data“ ve spojení s umělou inteligencí,
• snížení potřebné práce na přípravě vzorků (Quick & Easy sample prep) a rozšířenou automatizaci,
• pokračující zvyšování rychlosti skenování i stability měření pro vysokopropustná provozní prostředí,
• další vylepšení hmotnostních analyzátorů, kolizních buněk a iontových zdrojů pro maximální dosah ve vybraných oborech (klinika, farmacie, environmentální monitoring, potraviny, forenzní analýza).

Závěr

Tato publikace poskytuje hluboký technický přehled LC-MS/MS metod a systémů od základních chromatografických a ionizačních principů až po nejmodernější tandemové hmotnostní spektrometry. Shrnuje klíčová řešení pro zlepšení citlivosti, selektivity, rychlosti a automatizace analýz a načrtává budoucí evoluci technologií směrem k vyšší propustnosti, miniaturizaci a umělé inteligenci v datové analýze. Pro uživatele i vývojáře představuje cenný zdroj pro efektivní nasazení LC-MS/MS metod v aplikacích napříč vědou i průmyslem.

Reference

Neuvedeno.