Počátky a historie Československé hmotnostní spektrometrie

Význam tématu
Analytická chemie maturovala s hmotnostní spektrometrií, jež zprostředkovává strukturní informace o gas-phase iontech organických látek. Převratným krokem bylo spárování GC s MS a později rozvoj měkkých ionizačních technik (FAB, MALDI, ESI či různé atmosférické plazmy), jež rozšířily záběr na málo těkavé, biomolekuly a vysokomolekulární sloučeniny. Hmotová spektrometrie se uplatňuje v průmyslu (ropa, potraviny, bezpečnost), biochemii (proteomika, metabolomika) i medicíně (nástroje pro screening dědičných onemocnění, identifikace metabolitů, toxikologie).

Cíle a přehled studie / článku
Text popisuje historický vývoj metod a instrumentace hmotové spektrometrie v bývalém Československu na pracovištích ČSAV i univerzitách. Sleduje vznik prvních přístrojů padesátých let, jejich technická vylepšení, rozšíření nových ionizačních technik a zavádění GC-MS. Autor uvádí hlavní postavy (Hanuš, Čermák, Dolejšek, Herman a další) a jejich přínos v instrumentálních i podpůrných rolích. Ilustruje vývoj přístrojů, odečtu spekter a postupy analýzy, i omezení té doby (papírové záznamy, ruční škálování).

Použitá metodika a instrumentace
O autorovi se dozvídáme, že ukončil aspiranturu u prof. Brdičky a působil v ÚFCH ČSAV. První přístroj byl Nierův sektorový stroj r.1953 vlastní konstrukce (difuzní pumpy, 60° magnet, zdroj elektronový, rtuťový záznam). V 60. letech se objevuje experiment pro studium přenosu náboje nerezonantně i reaktivně (cuš „Čermákův-Hermanův experiment“). Roku 1962 byl dokoupen komerční stroj SKB MČ 1303 (s povrchovou kapilárou pro přímé dávkování pevných látek, zdrojem Bernhard–Schütze). Roku 1973 přichází první JEOL JMS-D100 (dvojí fokusace, počítačový datasystém). Laboratoř později rozšířila VG 7070E, ZAB s dvojí fokusací a analyzátorem MS2/RF (1984). V 90. letech se VÚCHET připojil k Jemol orbitrap FTMS.

Hlavní výsledky a diskuse
- Experimenty s přenosem náboje dokázaly klíčovou roli elektronické excitace v reakci iont+molekula, ověřily kvazi-rovnovážnou teorii QET (Eyring-Rosenstock).
- Měření elektronové spektroskopie Penningovy ionizace (PIES) založil Čermák, studující rozšířené spektrum uvolněného elektronu.
- Vývoj metod pro studium dynamiky chemických reakcí v křížených paprscích (EVA I, EVA II), benchmarking kolizních procesů, semikvantitativní vyhodnocení energie translační i úhlového rozdělení.
- Vývoj unikátních zdrojů (Lozierova trubice, Jouleovy sondy, přeprskávací komory) pro speciální aplikace – prahová ionizace, Penning/associativní ionizace. Experimenty s supravodivými tryskami.
- Pokusy o GC-MS pro složité směsi: kalibrace, odstraňování nosného plynu, přímé vstupy, detekce píků i>CCD.

Přínosy a praktické využití metody
- Organická analýza: odhady molekulárních hmot, skupinové stanovení prvků a izotopů, konstituční analýza substituentů.
- Biochemie a proteomika: identifikace a sledování biotransformačních metabolitů, stanovení disociačních konstant a vazebných děr, izotopická značení.
- Průmyslová analytika: kvalita vzácných a technických plynů, detekce příměsí v pryskyřicích, stopové analýzy pesticidů a toxických vedlejších produktů. Důlní plynolypump.
- Forenzní a environmentální: analýza dopingových látek, jedovatých organických znečišťovatelů (DDT, PCBs, HCB) a jejich biomonitoring.
- Rozvoj hmotové spektrometrie vedl k založení vlastních firem (Quinta-Analytica, HighChem), které na bázi orbitrapu, TOF-TOF či triple-quad MS/MS povýšily kvalitativu a kvantitativu na úroveň lékoprouzkumu i environmentálních standardů.

Budoucí trendy a možnosti využití
- Metabolomika a lipidomika: komplexní profilování malých a středně velkých metabolitů ve směsích, biomarker discovery, mapování biochemických drah.
- Imaging MS: lokalizace metabolitů a drog v tkáních (MALDI, DESI, nano-DESI), integrace s histologií, intraoperativní diagnostika.
- Ultrahigh-Resolution MS: užití FTMS, Orbitrapů nad 200k Resol., izobarická separace a nové izotopické a strukturální metody.
- Ion Mobility MS: 3D odlišení izomerů, rapid peak deconvolution, barikádování struktur.
- In-silico chemoinformatika: inteligentní databáze tandemových MS spekter, prediktory fragmentace, Machine Learning pro identifikaci neznámých látek pro kliniku i environment.

Závěr
Československá a později česká hmotnostní spektrometrie vykázala během 50 let nadšenou a organizovanou aktivitu. Z počátečního ručního měření na jediné “brigádní“ jednotce se vyvinulo několik stovek GC-MS, LC-MS a MS/MS přístrojů na více univerzitách, AV ČR a v komerční sféře. Výzkum předběhl mnohé světové pracoviště v oblasti prototypových zdrojů pro netekavé látky, elektronové spektroskopie PI, reaktivních křížených paprsků či zdrojů migrace náboje, které se zčásti rozšířily v Evropě i v USA. Vznikaly dceřiné obory (proteonomie, metabolomika, ambientní MS, MS imaging) a vznikají i firmy vyrábějící vlastní přístrojovou či softwarovou techniku (např. MS Interpreter, Mass Frontier, m/z Cloud). Hmotová spektrometrie zůstává naším klíčovým nástrojem pro výzkum struktury a bokem nezůstává ani analytická aplikace. Sektor byly zřejmě rozhodující podněty, které generoval dynamický tým laboratoře ÚFCH JH ČSAV prof. Hanuše. Ačkoliv patrně neměla československá hmotová spektrometrie výrazného politického zastánce, podařilo se jí vytvořit užitečnou skupinu metod a institucí, které výrazně přispívají k poznání biomedicínskému, environmentálnímu a průmyslovému.