On-line LC-GC×GC-MS/MS: A Powerful Unified Separation-science Tool

Význam tématu

Analýza velmi složitých směsí organických sloučenin představuje zásadní výzvu v analytické chemii. Složené vzorky, jako je uhelný dehet, obsahují stovky až tisíce molekul různých chemických tříd a koncentrací od stopových po vysoké hladiny. Pro spolehlivé kvalitativní a kvantitativní stanovení je nutné dosáhnout vysokého dělicího výkonu, selektivity, citlivosti a širokého dynamického rozsahu.

Cíle a přehled studie

Cílem technické studie bylo demonstrovat on-line kombinaci kapalinové chromatografie (HPLC), kryogenně modulované komplexní dvoudimenzionální plynové chromatografie (GC×GC) a trojitého kvadrupólového hmotnostního spektrometru (MS/MS). Modelovým matriálem byl uhelný dehet, jehož složky byly rozděleny na tři frakce pomocí normální fáze HPLC a následně podrobeny buď cílené (MRM), nebo necílené (full scan) analýze GC×GC-MS/MS.

Použitá metodika

Výzkum zahrnoval tyto kroky:

• Příprava vzorku: ředění dehtové směsi dichlormethanem (1:200) a oddělení na silica kolóně.
• Frakcionace HPLC: tři časově specifikované odběry frakcí – I) nearomatické uhlovodíky, II) aromatické sloučeniny (s a bez síry), III) oxygenované komponenty.
• On-line přenos: použití injektoru AOC-5000 s dvouportovou stříkačkou pro transfer frakcí na GC×GC.
• GC×GC-MS/MS: podmínky modulace (5s, 300 ms horký pulz), programované peletace pevným rozpětím teplot, režimy detekce full scan a Multiple Reaction Monitoring (MRM).

Použitá instrumentace

• Kapalinová chromatografie: Shimadzu LC-30AD, DGU-20A, CTO-20A, SPD-M20A, SIL-30AC, AOC-5000.
• Plynová chromatografie: dvě GC-2010 s Optic-4 injectorem, Zoex kryogenní modulator.
• Detekce: Shimadzu GCMS-TQ8040 trojitý kvadrupól MS/MS.
• Softwarové prostředky: 5D Solution, GCMSsolution, LCsolution, Chromsquare.

Hlavní výsledky a diskuse

Frakce I (nearomatické uhlovodíky) odhalila řadu lineárních, rozvětvených a cyklických uhlovodíků v řadě C12–C28.
Frakce II (aromatiky) umožnila separaci 1–4 kruhových arenů a cílenou MRM analýzu 129 sloučenin síry rozdělených do 14 podtříd; optimalizovaný teplotní offset zajistil maximální využití 2D chromatografického prostoru.
Frakce III (oxygenované látky) identifikovala skupiny furanu, fenolu, indenolu a naftolu s dostatečnou chromatografickou separací a bez významného rozmazání pásů.

Přínosy a praktické využití

Metoda poskytuje výrazně vyšší selektivitu a kapacitu dělení než konvenční GC nebo jednorozměrné řešení. Umožňuje jak necílené profilování složitých vzorků, tak vysoce citlivé cílené stanovení vybraných látek (např. sírových derivátů). V praxi nachází uplatnění v petrochemii, environmentálních studiích, potravinářské a farmaceutické analytice.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s vysokorozlišovacími hmotnostními spektrometry pro přesnější identifikaci neznámých komponent.
• Automatizace a miniaturizace on-line přenosu pro vyšší robustnost a nižší spotřebu rozpouštědel.
• Rozšíření aplikací do metabolomiky, forenzní analýzy a sledování kontaminantů v životním prostředí.
• Vývoj modulů pro ještě rychlejší frakcionaci a adaptivní programování teplotních gradientů.

Závěr

On-line LC-GC×GC-MS/MS představuje výkonnou čtyřrozměrnou techniku dosahující vysoké selektivity, citlivosti a dynamického rozsahu. Umožňuje komplexní necílené i cílené analýzy složitých matric, jako je uhelný dehet, a otevírá nové možnosti v průmyslové i výzkumné praxi.

Reference

• Zoccali M., Tranchida P.Q., Dugo P., Mondello L. On-line LC-GC×GC-MS/MS: A Powerful Unified Separation-science Tool. Shimadzu Technical Report C146-E271, 2014.