Rapid identification and confirmation of unknown substances using Direct Insertion Probe – Exactive GC Orbitrap mass spectrometry

Význam tématu

Detekce a identifikace neznámých či podezřelých látek je klíčová nejen v forenzní chemii, ale i v průmyslové a environmentální analytice. Tradiční chromatografické postupy často vyžadují složitou přípravu vzorku a časově náročné separace, což zpožďuje výsledky nutné pro rychlé rozhodování. Využití přímé inserční sondy (DIP) v kombinaci s vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrií (Orbitrap) nabízí rychlou a robustní cestu k identifikaci termicky nestabilních či polárních látek bez nutnosti chromatografie.

Cíle a přehled studie

Cílem popsané studie bylo ověřit jednoduchý a rychlý analytický postup pro identifikaci neznámých látek v suspiciích zajištěných orgány činnými v trestním řízení. Metoda kombinuje přímé zavedení vzorku do iontového zdroje pomocí DIP sondy a měření na Exactive GC Orbitrap hmotnostním analyzátoru s vysokým rozlišením.

Použitá metodika a instrumentace

Pro přímou analýzu byly použity pevné standardy morfinu a methadonu (1 mg/mL v methanolu). Roztoky byly naneseny (0,5 µL) do skleněné kádinky DIP sondy, nechány odpařit a vloženy do vakuového vstupu VPI.

• Instrumentace:
  
  • Hmotnostní spektrometr: Thermo Scientific Exactive GC Orbitrap (60 000 FWHM při m/z 200)
  • Vstup vzorku: Thermo Scientific Direct Insertion Probe (DIP)
  • Ionizace: Elektronová ionizace (EI, 70 eV), pozitivní chemická ionizace (PCI, methan), negativní chemická ionizace (NCI, methan)
  • Řízení teploty DIP: 80 °C (20 s) → 350 °C při 100 °C/min (držení 40 s)
  • Rozsah analýzy: m/z 50–700, plný sken
  • Software: Thermo Scientific TraceFinder

Hlavní výsledky a diskuse

EI spektra umožnila okamžitou identifikaci pomocí porovnání s NIST 2017 knihovnou, přičemž morfin a methadon dosáhly SI skóre >830 a pravděpodobnosti >87 %. Následné vyhodnocení přesných m/z signálů s odchylkou pod 0,1 ppm a porovnání izotopického vzorce potvrdilo elementární složení (C17H19O3N) s 100 % shodou teoretického vzorce.

Použití PCI a NCI výrazně usnadnilo detekci molekulárních iontů, například [M+H]+, [M+C2H5]+ nebo [M]–, a poskytlo dodatečné body potvrzení tam, kde samotné EI neumožňuje spolehlivé určení molekulární hmotnosti.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda přímé inserční sondy s Orbitrap hmotnostním analyzátorem umožňuje:

• Rychlou a přímou analýzu vzorků bez chromatografického dělení
• Vysokou selektivitu díky sub-ppm hmotnostní přesnosti
• Identifikaci polárních a termicky labilních látek
• Snížení spotřeby chemikálií a pracovního času

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se širší integrace s kybernetickými databázemi a umělou inteligencí pro automatizované zpracování a identifikaci spekter. Další vývoj může zahrnovat miniaturizované sondy a multiplatformní workflows kombinující GC, LC a DIP, stejně jako rozšíření na sledování biologických a environmentálních vzorků.

Závěr

Studie prokázala, že kombinace přímé inserční sondy a Orbitrap vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie umožňuje rychlou, spolehlivou a vysoce selektivní identifikaci neznámých substancí. Spojení EI s chemickou ionizací (PCI/NCI) poskytuje robustní body potvrzení i bez chromatografické separace.

Reference

1. Baron M.; Elie M.; Elie L. Analysis of legal highs—do they contain what it says on the tin? Drug Testing and Analysis 2011, 3, 576–581.
2. Thermo Fisher Scientific. The Power of High Resolution Accurate Mass Using Orbitrap Based GC-MS, White Paper WP10456, 2017.
3. Thermo Fisher Scientific. DEP/DIP User Guide, direct probe and inserční sonda, 2019.