The Use of a Multipurpose Sampler for Headspace GC-MS Analysis of Volatile Organic Compounds in Human Urine and Plasma

Význam tématu

Odhalování a kvantifikace těkavých organických látek v biologických matricích, zejména lidské moči a plazmě, je zásadní pro diagnostiku, sledování a výzkum metabolických a environmentálních vlivů. Profilování těchto sloučenin může odhalit změny spojené s onemocněními, detoxikací a expozicí xenobiotik.

Cíle a přehled studie

Studie představuje využití automatizovaného multiúčelového vzorkovače Gerstel MPS pro headspace GC-MS analýzu těkavých organických sloučenin v lidské moči a plazmě. Hlavním cílem bylo optimalizovat a validovat metodu pro detekci a kvantifikaci biomarkéru 4-heptanonu u pacientů s diabetes mellitus a kontrolních osob.

Použitá instrumentace

• Gerstel Multi Purpose Sampler (MPS) v headspace režimu s 1000µl plynotěsnou stříkačkou
• Předehřívací modul pro 5 vial s regulací teploty a času
• Cold Injection System CIS-3 (Gerstel) pro ochlazení a ozařování vzorku
• GC-MSD systém HP 5890/5972 s kolonkou DB-5 (60m×0,25mm×0,25µm)

Použitá metodika

Vzorky moči (1ml kyselé moči v 2ml vial) a plazmy byly analyzovány v duplikátech. Vialy se předehřívaly na 70°C po dobu 10 min. Headspace byl odebírán 1ml plynu a injikován do ochlazeného CIS-3 na –150°C pro obohacení a zaostření analytů. GC program zahrnoval milníkovou teplotní rampu (60→100°C; 5°C/min a dále na 240°C 25°C/min). Detekce probíhala hmotnostním spektrometrem v režimu scan (10–260 amu). Pro kvantifikaci 4-heptanonu se sledoval ion m/z 71, kvalifikátory m/z 43 a 114; kalibrace pokrývala 40–800 ng/ml.

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda umožnila identifikovat více než 20 těkavých sloučenin (ketony, alkoholy, sulfidy, aromáty). Kalibrační křivka 4-heptanonu byla lineární (r=0,998) a metoda dosahovala CV 3,0–3,4 %. V pilotní studii (92 diabetiků, 51 kontrol) byly mediánové koncentrace 179 ng/ml a 188 ng/ml bez statisticky významného rozdílu. Vyšší hodnoty u několika kontrolních osob nasvědčují environmentálnímu původu 4-heptanonu, pravděpodobně z plastifikátoru DEHP. Infuzní experiment potvrdil nárůst exkrece 4-heptanonu po podání DEHP obsahujícího roztoku. U kriticky nemocných a dialyzovaných pacientů byly také zjištěny zvýšené hladiny 4-heptanonu a 2-ethylhexanolu v plazmě.

Přínosy a praktické využití metody

Automatizovaný vzorkovač zkracuje čas přípravy, zvyšuje reprodukovatelnost a snižuje riziko kontaminace. Metoda poskytuje vysokou citlivost a přesnost, což umožňuje rutinní klinické a toxikologické aplikace v diagnostice metabolických poruch a monitoringu expozice.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další výzkum se zaměří na potvrzení vztahu mezi 4-heptanonem a diabetem, rozšíření analýzy na jiné biologické matrixy (sérum, CSF) a využití pattern recognition pro komplexní metabolické profily. V budoucnu lze kombinovat více detektorů pro selektivní sledování heteroatomových sloučenin.

Závěr

Gerstel MPS v kombinaci s CIS-3 a GC-MS představuje robustní, citlivou a vysoce automatizovanou metodu pro analýzu těkavých organických sloučenin v lidské moči a plazmě. Metoda je vhodná pro klinickou praxi a environmentální toxikologii. Identifikace DEHP jako zdroje 4-heptanonu upozorňuje na nutnost pečlivé interpretace výsledků.

Reference

1. E. Jellum, O. Stokke, L. Eldjarn, Clin Chem 18 (1972) 800-809
2. E. Jellum, J Chromatogr 143 (1977) 427-462
3. H.M. Liebich, J Chromatogr Biomed Appl 146 (1978) 185-196
4. A. Zlatkis, H.M. Liebich, Clin Chem 17 (1971) 592-594
5. G. Rhodes et al., Clin Chem 27/4 (1981) 580-585
6. M.L. Holland et al., J Chromatogr 306 (1984) 23-37
7. A. Zlatkis et al., Anal Chem 45 (1973) 763-767
8. H.M. Liebich, O. Al-Babbili, J Chromatogr 112 (1975) 539-550
9. A.G. Baker et al., Fifteenth Int. Symp. Capillary Chromatogr. (1993) 1731
10. A. Zlatkis et al., Clin Chem 27/6 (1981) 789-797
11. G. Rhodes et al., J Chromatogr 228 (1982) 33-42
12. H.M. Liebich, G. Huesgen, J Chromatogr 126 (1976) 465-474
13. G.D. DiVincenzo et al., Toxicol Appl Pharmacol 36 (1976) 511-522
14. G. Rhodes et al., Experentia 38 (1982) 75-77
15. T. Niwa et al., Clin Chim Acta 110 (1981) 51-57
16. A.B. Robinson et al., J Chromatogr 85 (1973) 19-29
17. M.L. McConnell, M. Novotny, J Chromatogr 112 (1975) 559-571
18. A. Zlatkis et al., J Chromatogr Sci 11 (1973) 299-302
19. A. Zlatkis, K. Kim, J Chromatogr 126 (1976) 475-485
20. K.Y. Lee et al., J Chromatogr 158 (1978) 377-386
21. A. Zlatkis et al., J Chromatogr Biomed Appl 182 (1980) 137-145
22. Z. Penton, Fifteenth Int. Symp. Capillary Chromatogr. (1993) 373
23. R. Barcarolo et al., Fifteenth Int. Symp. Capillary Chromatogr. (1993) 365
24. B.V. Ioffe, A.G. Vitenberg, Head-Space Analysis… (1983) 215
25. C.P. Bicchi et al., J Agric Food Chem 41/12 (1993) 2324-2328