A Strategy for an Unknown Screening Approach on Environmental Samples Using HRAM Mass Spectrometry

Význam tématu

Analýza neznámých kontaminantů v životním prostředí pomocí vysokorozlišující hmotnostní spektrometrie umožňuje komplexní mapování stopových látek bez předchozího omezení cílovým seznamem. To je zásadní pro včasné odhalení nových nebo neočekávaných znečišťujících sloučenin ve vodách a podporuje ochranu ekosystémů i lidského zdraví.

Cíle a přehled studie

Cílem práce bylo navrhnout plně automatizovaný postup pro „unknown screening“ (nerozpoznanou analýzu) povrchových vod z Berlína. Jedna měřená sekvence měla sloužit současně pro tradiční kvantitativní analýzu a pro neomezené vyhledávání neočekávaných komponent.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky: čtyři vzorky povrchové vody, jedno kohoutková voda a jeden standardní roztok jako kontrola, bez dalšího chemického zpracování.

Separace a extrakce:

• LC systém Thermo Scientific EQuan LC-MS s online SPE trapem Hypersil GOLD (20×2,1 mm)
• Analytický sloupec Accucore RP-MS 18 (2,6 µm, 50×2,1 mm)
• Gradient trvající 6,7 min, celkový cyklus 15 min

Hmotnostní spektrometrie:

• Orbitrap Exactive Plus v režimu Full Scan / All Ion Fragmentation (AIF)
• Rozlišení 70 000 (FWHM @ m/z 200) pro full scan, 35 000 pro AIF, rozsah m/z 103–900
• Automatická kalibrace před měřením, bez dalšího ladění

Software a workflow:

• Thermo Scientific TraceFinder 3.1 pro cílovou analýzu
• Thermo Scientific SIEVE 2.1 pro neomezenou detekci komponent
• Automatizovaná obousměrná výměna dat mezi TraceFinderem a SIEVE

Hlavní výsledky a diskuse

Suspektní screening s databází ~1 000 komponent a HRAM MS2 spektrem identifikoval řadu známých kontaminantů, avšak ne pokrýval všechny přítomné látky. V rámci neznámého screeningu bylo detekováno 5 000 rysů, filtrováním proti kohoutkové vodě a následnou PCA bylo vybráno 1 829 významných komponent. Dále bylo omezeno na 1 671 položek a jejich vyhledání v ChemSpideru přineslo 1 529 potenciálních identifikací. Vysoké rozlišení umožnilo oddělit nízko intenzivní signály od matrice (např. loxoprofen).

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí:

• Plně integrovanou platformu pro cílové i necílové analýzy
• Vysokou automatizaci a zkrácení času datového zpracování
• Široké možnosti uplatnění v monitoringu pitných i povrchových vod
• Robustní odhalení stopových kontaminantů bez nutnosti speciálních analytických standardů

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšiřování databází a spektrálních knihoven pro širší pokrytí látek
• Nasazení strojového učení pro rychlejší klasifikaci a prioritizaci nálezů
• Adaptace na další matrice (potraviny, biologické vzorky)
• Vývoj on-line a real-time monitorovacích systémů

Závěr

Popsaný přístup pro kombinaci cílové, suspektní a neznámé analýzy v jediném vysoce automatizovaném workflow prokázal efektivitu v detekci a identifikaci stopových polutantů ve vodách. Klíčová je vysoká rozlišovací schopnost Orbitrapu pro spolehlivé oddělení analytu od matrice.

Reference