Unknown Identifications Using NIST EI Hybrid Search

Význam tématu

Identifikace "známých neznámých" látek pomocí hmotnostní spektrometrie je klíčová v forenzní analýze, QA/QC a průmyslové chemii. Hybridní vyhledávání v NIST EI knihovnách umožňuje rozšířit rozsah analyzovatelných sloučenin a zvyšuje šance na úspěšné určení struktury i v případě, že standardní knihovny neobsahují odpovídající spektra.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem představené metodiky je demonstrovat princip hybridního vyhledávání spojující fragment-ion a neutral-loss matching, jeho integraci s přesnou hmotnostní analýzou, NMR, nespektrálními databázemi a jeho praktické využití na příkladu identifikace PCP-příbuzné neznámé látky.

Použitá metodika

• Standardní EI a MS/MS vyhledávání ve spektrech
• Kombinované hybridní vyhledávání fragment-ion a neutral-loss matching
• Přesná hmotnostní analýza (DART MS) pro určení sumární formule
• NMR (¹H, ¹³C, ³¹P, ¹⁹F) a IR pro potvrzení návrhů struktur
• Syntéza izotopově obohacených vzorků a derivatizace pro GC-MS
• Vyhledávání v nespektrálních databázích (ChemSpider, CAS Registry, SciFinder)

Použitá instrumentace

• GC-EI-MS se standardními knihovnami NIST
• LC-MS/MS s vysokým rozlišením
• DART MS pro přesnou hmotnostní analýzu
• Magnetová nukleární magnetická rezonance (hi-field a low-field)
• Infračervená spektrometrie (IR)
• Software NIST MS Interpreter pro podporu fragmentace

Hlavní výsledky a diskuse

Hybridní vyhledávání zvýšilo faktor shody nad 800 tam, kde standardní EI search byl pod 600. V případu PCP-příbuzné látky selhala standardní identifikace, hybridní search vrátil shodu 816 s Δmass 54. DART MS určil sumární formuli C21H29N a navrhl dodatečný dvojný index nasycení. Na základě chemických syntéz bylo testováno několik kandidátních struktur, z nichž finální struktura byla potvrzena protonu NMR. Další vyhledávání v ChemSpider a SciFinder umožnilo doplnit návrhy a omezit počet kandidátů. Analýza mechanismů fragmentace (ztráta 43 u PCP) objasnila rozdíly mezi izomery.

Přínosy a praktické využití metody

• Zvýšení úspěšnosti identifikace látek neobsažených ve standardních knihovnách
• Rychlé navržení modelových sloučenin a podpůrných spekter
• Vhodné pro forenzní, průmyslové i environmentální aplikace
• Jednoduchá integrace do rutinního workflow QA/QC laboratoří

Budoucí trendy a možnosti využití

• Automatizace a rozšíření hybridního vyhledávání na HR-MS a MS/MS spektra
• Integrace strojového učení pro zlepšení skórování a doporučování kandidátů
• Propojení spektrálních a nespektrálních databází s využitím AI
• Dynamická aktualizace korporačních knihoven a sdílení výsledků mezi uživateli

Závěr

NIST EI hybridní vyhledávání představuje robustní a univerzální nástroj pro identifikaci známých neznámých látek. V kombinaci s přesnou hmotnostní analýzou, NMR a nespektrálními databázemi umožňuje spolehlivou a rychlou identifikaci i složitých analytických vzorků. Bezplatné výcvikové kurzy NIST usnadňují implementaci metody v laboratořích.

Reference

• Moorthy A., Wallace W., Kearsley A. J., Tchekhovskoi D., Stein S. Combining Fragment-Ion and Neutral-Loss Matching during Mass Spectral Library Searching: A New General Purpose Algorithm Applicable to Illicit Drug Identification. Analytical Chemistry. 2017;89(24):13261–13268.
• Shulgin A. T., MacLean D. E. Illicit Synthesis of Phencyclidine (PCP) and Several of Its Analogs. Clinical Toxicology. 1976;9(4):553–560.