24 czerwca 2019

ASMS w recenzjach: Frank Dorman, Penn State

Frank Dorman, profesor nadzwyczajny biochemii i biologii molekularnej na Penn State University, mówił podczas naszego porannego seminarium ASMS o swoich doświadczeniach z korzystaniem z naszego laboratoryjnego stołowego spektrometru Pegasus BT 4D GC×GC-TOFMS do analiz zanieczyszczenia środowiska w rzece Susquehanna.

Ze względu na rosnącą złożoność chemiczną środowiska GC×GC-TOFMS z niecelowaną analizą związków jest idealną technologią dla tych skomplikowanych próbek.

W swojej prezentacji Analiza zanieczyszczenia środowiska w rzece Susquehanna, Frank szczegółowo opisuje zanieczyszczenie zlewni. Jego badania koncentrują się na narażeniu środowiskowym i cząsteczkach, które powstają podczas interakcji materiałów wytworzonych przez człowieka. Jak możemy proaktywnie „odkrywać” kwestie narażenia? Zanieczyszczenie ryb jest wskaźnikiem odniesienia dla tej analizy i monitorowania mutacji lub chorób makro- i mikroskopowych. Nie tylko pomaga ustalić, jakie elementy należy winić, ale także jak rozwiązać ten problem, zanim wpłynie negatywnie na zdrowie człowieka. Ciągłe prace zespołu z wykorzystaniem dwuwymiarowej chromatografii gazowej i spektrometrii mas czasu przelotu są istotnym narzędziem w pełnym zbadaniu tego zjawiska.

Frank wyjaśnia powody, dla których wybrał technologię GC×GC do analizy tych próbek w porównaniu z technologiami LC lub GC: „Te wyciągi z próbek będą bardzo złożone chemicznie, więc wykorzystam technologię GC×GC. Dlaczego? Ponieważ jest to najlepsze narzędzie do separacji w laboratorium. Charakteryzuje się znacznie, ZNACZNIE większą pojemnością szczytową niż 1D GC, a cała GC charakteryzuje się znacznie większą pojemnością szczytową niż chromatografia cieczowa.”

Oznacza to, że nie tylko jest w stanie zidentyfikować znane właściwości, ale także odkryć nieznane właściwości próbki, co jest działaniem, którego inne technologie nie robią na tym samym poziomie. Separacja, dokładność, moc rozdzielcza, dekonwolucja i szybkość są niezbędne do scharakteryzowania złożonych próbek; Frank zaangażował nasz stołowy system Pegasus BT 4D GC×GC-TOFMS, aby osiągnąć ten cel.

„BT ma naprawdę wysoką czułość. Jedno z naszych początkowych pytań brzmiało: „No dobrze, BT, jak sobie poradzisz, gdy rzucimy w ciebie paskudnym wyciągiem z ryb?”. I z radością mogę powiedzieć, że radzi sobie całkiem dobrze. Ma zdolność (ponieważ jest to standardowe źródło jonizacji elektronowej) do obsługi dużych ilości zanieczyszczeń w wyciągach.”

Ilustracja 1 Ilustracja 2
 Ilustracja 1  Ilustracja 2

Posiadanie czułości potrzebnej do tych złożonych próbek ma ogromne znaczenie, ponieważ nie ma czegoś takiego jak „czyste” ryby. Ponadto oprogramowanie marki ChromaTOF® spektrometru Pegasus BT 4D przeznaczone jest do zaawansowanego przetwarzania danych chromatograficznych, takich jak te. Zawiera narzędzia takie jak NonTarget Deconvolution®, Target Analyte Find, wyszukiwanie w bibliotece i wiele innych służące identyfikowaniu większej liczby analitów niż kiedykolwiek wcześniej. Jeśli chodzi o granice wykrywalności, Frank wyjaśnia, że system BT 4D przewyższa szereg bardziej tradycyjnych typów spektrometrów mas, ponieważ są one o kilka rzędów wielkości gorsze pod względem granic wykrywalności. Dodatkowo, gdyby próbowano przeprowadzić tę samą analizę na pojedynczym kwadrupolu, granice wykrywalności wypadłyby jeszcze gorzej. Dla porównania potrójny kwadrupol może dawać dość dobre granice wykrywalności, ale nie pozwala na wyszukiwanie elementów niecelowanych. W tym miejscu system BT 4D naprawdę pokazuje swoją siłę w zakresie danych (ilustracja 1).

Patrząc na te dane, po pierwsze jasne jest, że udało im się osiągnąć granice wykrywalności metody w zakresie dziesiątych nanogramów na gram, nawet bez wstępnego stężania próbki. Po drugie Frank przypomina nam, że pomimo przyzwyczajenia do nieco lepszych granic wykrywalności, są to bardzo dobre wyniki, biorąc pod uwagę brak przygotowywania próbki. Jest to bezpośredni ukłon w stronę mocy chromatograficznej systemu Pegasus BT 4D. Frank i jego zespół nie muszą stężać próbek, nawet jeśli mają do czynienia z wyjątkowo skomplikowaną matrycą całej ryby. Wszystko, czego potrzeba, to prosta jednominutowa ekstrakcja, a następnie odciągnięcie rozpuszczalnika. To nie tylko oszczędza czas jego zespołu i zwiększa jego wydajność, ale także oszczędza cenne zasoby laboratoryjne.

Wykorzystanie narzędzi do przetwarzania danych oprogramowania ChromaTOF pozwoliło na porównanie 50 najlepszych funkcji opartych na współczynnikach Fischera po porównaniu statystyk w próbkach wykonanych z próbkami kontrolnymi (ilustracja 2). Jak widać na poprzedniej ilustracji, pokazuje to bardzo ładną, wyraźną separację między trzema grupami ryb: próbki kontrolne, chore próbki z rzeki Juniata i chore próbki z rzeki West Branch. System Pegasus BT 4D pozwala na te poprawione granice wykrywalności i jest niezłym początkiem w identyfikacji tych celów i niecelowanych nieznanych właściwości bez konieczności stężania próbki i z uwzględnieniem faktu, że matryca próbki jest bardzo trudna.

Ale co dalej? Aby pójść o krok dalej w swoich badaniach, Frank wykorzystał analizę GC×GC HR-TOFMS (Pegasus GC-HRT + 4D), aby odkryć jeszcze WIĘCEJ znanych nieznanych związków. Frank i jego zespół chcą być w stanie zidentyfikować, czym są te cząsteczki, ale dzięki technologii GC×GC-TOFMS znajdują tylko garść celów u chorych ryb. To wprawia w zakłopotanie, ale Frank przypomina, że centralnym punktem głównego obszaru zainteresowania jest ogromna, skomplikowana matryca ryb. Frank wyjaśnia, że wysoka rozdzielczość pomaga jeszcze lepiej rozwiązać tę koelucję, a jej specyfika pozwala użytkownikowi rozdzielić więcej cząsteczek, patrząc na alternatywną jonizację i jonizację chemiczną (ilustracja 3).  

artykuł asms 03 artykuł asms 04
 Ilustracja 3
 Ilustracja 4

Ponadto system HRT był w stanie zidentyfikować dziesiątki związków halogenoorganicznych za pomocą ujemnej jonizacji chemicznej (negative chemical ionization, NCI). Wykorzystanie tego trybu NCI przyniosło miękką jonizację (mniejszą fragmentację), selektywne (elektrofilowe) związki, prawie idealną (991/1000) wierność i ogólną poprawę czułości (ilustracja 4).

„Patrzysz na to okiem chemika analitycznego i jest to naprawdę fajnie… kiedy zobaczyłem to szkiełko, uśmiechnąłem się od ucha do ucha… to nie jest podręcznik, to jest RZECZYWISTOŚĆ.”

Frank i jego grupa badawcza na Penn State nadal mocno zagłębiają się w tajemnicę otaczającą zanieczyszczenie ryb i czynników zewnętrznych, które je powodują. Posiadanie mocy analitycznej zapewnianej przez technologię GC×GC-TOFMS jest kluczem do lepszego poznania tego złożonego problemu środowiskowego.

Ogólnie system GC×GC-TOFMS i TOFMS o wysokiej rozdzielczości to cenne narzędzia przy poszukiwaniu odpowiedzi na pytanie „Co jeszcze jest w mojej próbce?”. Z badań Franka jasno wynika, że związki niecelowane nadal mają większy wpływ na korelację chorób niż celowane, a technologie te torują drogę nowej metodologii.

Powered by Translations.com GlobalLink OneLink Software