Interview with Prof. Kevin A. Schug

Význam tématu

Analytická chemie v oblasti sledování stopových bioaktivních látek a environmentálního monitoringu hraje klíčovou roli v ochraně lidského zdraví i životního prostředí.
Klinické aplikace vyžadují vysoce citlivé metody pro kvantifikaci hormonů v krevních a mozkomíšních tekutinách. Environmentální analýzy přinášejí objektivní data o vlivu těžebních technik na kvalitu vody.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem spolupráce mezi laboratoří prof. Kevin A. Schuga na UT Arlington a společností Shimadzu je:

• Vyvinout ultracitlivé metody pro stanovení stopových estrogenních sloučenin v biologických tekutinách.
• Monitorovat kvalitu podzemních vod v oblastech s netradiční těžbou ropy a plynu.
• Vytvořit Šimadzův centrální analytický výzkumný hub pro pokročilé technologie.

Použitá metodika a instrumentace

V klinické části se uplatnila kombinace kapalné chromatografie s on-line úpravou vzorku pomocí omezeného přístupu na média (trap-and-elute) a vysoce citlivé triple quadrupole hmotnostní spektrometrie s derivačními postupy.
Environmentální monitoring využívá soubor technik:

• GC-MS a headspace GC-FID/BID pro organické kontaminanty.
• ICP-OES a TOC/TN analýzy pro anorganické složky a celkový organický a dusíkatý obsah.
• LCMS-IT-TOF a QP8000α pro studium aduktů v ESI a kinetickou degradaci látek.

Hlavní výsledky a diskuse

Laboratoř dosáhla detekčních limitů v řádu částic na bilion (ppt) pro estrogenní sloučeniny v mozkomíšním moku i plazmě. Optimalizace zachycovací účinnosti na trap médiu značně zkrátila dobu analýzy a zvýšila propustnost vzorků.
V environmentálním výzkumu bylo odebráno a analyzováno více než 800 vzorků podzemní vody. První studie prokázala nepřímé dopady netradiční těžby na kvalitu vody v severním Texasu. Následující práce se věnují širšímu regionálnímu průzkumu a časovým řadám před, během a po těžbě.

Přínosy a praktické využití metody

Vývoj efektivních a citlivých metod umožňuje klinickým výzkumníkům validovat nové terapeutické přístupy a poskytuje úřadům i komunitám nezávislá data pro rozhodování o dopadech těžebních aktivit.
Studenti získávají praxi s unikátními přístroji, což posiluje jejich kompetence v analytické chemii a zvyšuje konkurenceschopnost laboratoře.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření cílených a necílených analytických strategií, integrace strojového učení pro vyhodnocení komplexních dat a další vývoj přizpůsobitelných instrumentálních řešení.
Prohlubování spolupráce mezi akademií a výrobci přístrojů povede k novým aplikacím v environmentálním i klinickém sektoru, podpoří vznik nových trhů a nastavení vyšších standardů výzkumu.

Závěr

Partnerství UT Arlington a Shimadzu se ukázalo jako vzorová spolupráce, která přinesla významné pokroky v ultrasensitivních analýzách a environmentálním monitoringu. Klíčovým faktorem je kvalitní podpora od výrobce, odborné know-how a dostupnost širokého portfolia přístrojů.

Reference

• Beinhauer J.; et al. Bulk derivatization and cation exchange restricted access media-based trap-and-elute LC-MS method for trace estrogens in serum. Anal. Chim. Acta 2015, 858, 74–81.
• Schug K.A.; et al. A vacuum ultraviolet detector for gas chromatography. Anal. Chem. 2014, 86, 8329–8335.
• Papouskova B.; et al. Aspects of trapping efficiency and matrix effects in RAM-based trap-and-elute LC-MS. J. Sep. Sci. 2014, 37, 2192–2199.
• Fan H.; et al. Bulk derivatization and direct injection of CSF for trace estrogen quantification using trap-and-elute LC-MS/MS. J. Sep. Sci. 2014, 37, 2010–2017.
• Barnes J.S.; Schug K.A. Oxidative degradation of quercetin with H2O2 using continuous flow kinetic ESI-IT-TOF MS. J. Agric. Food Chem. 2014, 62, 4322–4331.
• Nguyen H.P.; et al. HILIC-MS/MS for dicarboxyethyl glutathione as biomarker of fumarate hydratase-deficient cancer cells. J. Sep. Sci. 2013, 36, 3303–3309.
• Fontenot B.E.; et al. Water quality evaluation near gas extraction sites in Barnett Shale. Environ. Sci. Technol. 2013, 47, 10032–10040.
• Barnes J.S.; Foss F.W.; Schug K.A. Thermal oxidative degradation of quercetin using continuous flow kinetic ESI-IT-TOF MS. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2013, 24, 1513–1522.
• Yang S.H.; et al. Affinity mesh screen materials for selective extraction and analysis of antibiotics via transmission mode DESI-MS. Langmuir 2013, 29, 8046–8053.
• Tedmon L.; et al. Differentiating isobaric steroid hormone metabolites using multi-stage tandem MS. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2013, 24, 399–409.