Enhancing of a Powerful Discovery Tool with a Novel Multi-Mode Ion Source

Význam tématu

Vysoce rozlišovací časově-of-flightová hmotnostní spektrometrie (GC-HRT) spojená s více­režimovým iontovým zdrojem (MMS) představuje klíčový nástroj pro spolehlivou a citlivou analýzu složitých vzorků v oblastech forenzní chemie, environmentálního monitoringu, metabolomiky, potravinářské a petrochemické analýzy. Kombinace univerzálního fragmentačního EI režimu se „měkkými“ ionizačními režimy PCI a ECNI umožňuje získat doplňující informace o molekulových iontech, zvýšit selektivitu, citlivost a umožnit spolehlivou identifikaci neznámých látek.

Cíle a přehled studie / článku

Autoři předvedli aplikaci GC-HRT+ vybaveného MMS iontovým zdrojem na standardní směsi EPA 8270 MegaMix a pesticidech EPA 525.3. Studie demonstruje dosažení vysoké přesnosti hmotnosti (<1 ppm), vynikající izotopové věrnosti a automatizované přepínání mezi ionizačními režimy pro komplexní charakterizaci analytů.

Použitá metodika a instrumentace

Směs standardů byla připravena v dichlormethanu (2 ng/µl). Analytická soustava:

• GC: Agilent 7890B, injekce 1 µl splitless při 250 °C, nosný plyn He 1,0 ml/min
• Kolona: Rxi-5ms, 30 m × 0,25 mm × 0,25 µm
• Program teplot: 40 °C (1 min) → 300 °C @10 °C/min, držení 10 min
• MS: LECO Pegasus GC-HRT+ s Multi-Mode Source™
• Ionizační režimy a parametry:
  
  1. EI: teplota zdroje 250 °C, elektronová energie 70 eV, emise 0,5 mA
  2. PCI: zdroj 165 °C, 140 eV, 0,1 mA, CH₄ 1,2 ml/min
  3. ECNI: zdroj 165 °C, 130 eV, 0,05 mA, CH₄ 2,9 ml/min
• Sběr dat: 45–1000 m/z (EI), 60–1000 m/z (PCI), 30–1000 m/z (ECNI); rychlost 12 Hz

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza 2-nitrofenolu ukázala:

• EI režim: bohatá fragmentace, podobnost se spektrem NIST 879/1000, molekulový ion přesný na 0,10 ppm
• PCI: detekce aduktů [M+H]+, [M+C₂H₅]+, [M+C₃H₅]+ s <1 ppm odchylkou, izotopová věrnost 958/1000
• ECNI: intenzivní molekulový anion [M]⁻ s izotopovou věrností 990/1000, nízká fragmentace

Pesticid lindan ionizoval v ECNI dominujícím [M-Cl]⁻ fragmentem (dissociativní rezonance), izotopová věrnost 987/1000, přesnost 0,03 ppm. Elektronově bohatý 2,4-dimetylfenol neionizoval v ECNI, ale vykázal vysokou kvalitu spekter v EI (941/1000) a PCI (izotopová věrnost 982/1000). 2-methyl-1,3-dinitrobenzen byl bez molekulového iontu v EI, ale PCI i ECNI přinesly silné molekulové ionty s vysokou citlivostí (>100×).
U polyhalogenovaných organických látek (endosulfan sulfát, chlordan, α-endosulfan) přechod z EI na ECNI snížil fragmentaci a výrazně zvýšil citlivost na molekulové aniony, izotopové věrnosti dosahovaly 962–996/1000, odchylky <1 ppm.

Přínosy a praktické využití metody

Výsledkem je jedna univerzální pracovní stanice umožňující:

• Spolehlivou identifikaci pomocí knihovních vyhledávání EI spekter a přesných hmotností
• Komplementární PCI a ECNI spektra poskytující molekulové ionty i pro látky, které v EI netvoří molekulový ion
• Zvýšení citlivosti a selektivity zejména pro elektronově chudé a halogenované sloučeniny
• Automatizované přepínání ionizačních režimů a snadné zpracování v ChromaTOF softwaru

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření multifunkční GC-HRT+ analýzy v oblastech non-target screeningů, metabolomiky, environmentálního průzkumu a potravinářské kontroly. Integrace se strojovým učením a pokročilými algoritmy zpracování spekter dále zvýší rychlost a kvalitu detekce neznámých látek. Rozvoj nových reagentů pro PCI či modulární zdroje pro další ionizační režimy může dále rozšířit spektrální pokrytí.

Závěr

GC-HRT+ s MMS iontovým zdrojem představuje špičkový nástroj pro komplexní charakterizaci širokého spektra analytů. Kombinace EI, PCI a ECNI poskytuje vysokou spolehlivost, přesnost hmotnosti i izotopovou věrnost a zefektivňuje workflow ve výzkumu i rutinní analytice.

Reference

1. Anstett A. et al., Forensic Chemistry, 2018, 7, 47–55.
2. Dubois L.M. et al., Forensic Chemistry, 2018, 8, 11–20.
3. Veenaas C. et al., Science of the Total Environment, 2020.
4. Mazur D.M. et al., Science of the Total Environment, 2021, 761, 144506.
5. Lebedev A.T. et al., Environmental Chemistry Letters, 2020, 18, 1753–1760.
6. Daygon V.D. et al., Scientific Reports, 2017, 8, 8767.
7. Di Giovanni N. et al., J. Proteome Res., 2020, 19(3), 1013–1028.
8. Ncube S. et al., Current Research in Food Science, 2020, 3, 256–267.
9. Vyviurska O. and Spanik I., Microchemical Journal, 2020, 152, 104385.
10. Alisi I. et al., Separations, 2020, 7, 26.
11. Gross J.H., Mass Spectrometry – A Textbook, Springer, 2004, Chp. 7.