Negative Ion Chemical Ionization (NCI) studies using the Thermo Scientific ISQ 7000 single quadrupole GC-MS system

Význam tématu

Negative ion chemical ionization (NCI) představuje měkkou ionizační techniku v plynové chromatografii s hmotnostní spektrometrií (GC-MS), která vyniká vysokou citlivostí a selektivitou vůči elektrofilním látkám. Díky principu záchytu nízkoenergetických elektronů poskytuje NCI spektra s minimálním štěpením molekul, což usnadňuje detekci environmentálních kontaminantů, derivatizovaných steroidů nebo farmakologických metabolitů i v komplikovaných matricích.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo demonstrovat schopnosti systému Thermo Scientific ISQ 7000 single quadrupole GC-MS v režimu methane-NCI. Autoři stanovili typické instrumentální detekční limity (IDL) pomocí octafluoronafthalenu (OFN) a zkoumali vliv teploty iontového zdroje a průtoku metanu na hmotnostní spektra a tvar chromatografických peaků derivátů benzo[a]pyren-7,8,9,10-tetrolu (4TMS-BaPT) a 11-nor-9-karboxy-Δ9-THC derivatizovaného perfluoropropionanhydridem a hexafluoroisopropanolem.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky a příprava:

• OFN: 1 fg/µL v iso-oktanu pro stanovení IDL.
• BaPT: derivatizace MSTFA+1 % TMCS, 60 °C, 40 h, přímá injekce 4TMS-derivátu.
• 11-nor-9-karboxy-Δ9-THC: derivatizováno PFPA+HFIP, uzavřená reakce pro vznik vysoce fluorovaných derivátů.

Instrumentace:

• Autosampler AI/AS 1310, injekce 1 µL, splitless režim.
• TRACE 1310 GC s kolonkou TG-SQC 15 m × 0,25 mm × 0,25 µm.
• ISQ 7000 single quadrupole GC-MS, negative CI, Methane, iontový zdroj ExtractaBrite™, elektronový filament 70 eV.
• Software Chromeleon 7.2 pro akvizici a analýzu s Cobra algoritmem.

Hlavní výsledky a diskuse

Detekční limity: Ve vybraném iontovém monitorovacím režimu (SIM m/z 272) dosáhl systém IDL pro OFN 0,1 fg on-column (≈200 000 molekul). Reprodukce nad 100 injekcemi prokázala %RSD 4 %.
Vliv iontového zdroje:

• S nižší teplotou (150–200 °C) se zvyšuje relativní intenzita vysoce hmotnostních iontů (např. M–HF u THC derivátu), zlepšuje se selektivita, ale může se zhoršit tvar peaku (tailyng u silylovaných sloučenin).
• Při extrémně nízkých teplotách (< 150 °C) klesá robustnost vlivem adsorpce matrice.

Vliv proudu metanu:

• Vyšší průtok → větší koncentrace tepelných elektronů → více disociačního záchytu elektronů a nežádoucí fragmentace (pokles M-iontů u 4TMS-BaPT při 3 mL/min).

Přínosy a praktické využití metody

NCI na ISQ 7000 umožňuje ultra­senzitivní stanovení stopových elektrofilních látek v prostředích životního prostředí, biochemických vzorcích a bezpečnostních aplikacích. Díky snadno identifikovatelným pseudo­molekulárním iontům se zjednodušuje kvantifikace a potvrzování struktury i v komplexních matricích.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření spektra reagentních plynů a optimalizace filamentových geometrií pro vyšší stabilitu signálu.
• Integrace s vícerozměrnou chromatografií a HR-MS pro vylepšenou identifikaci neznámých kontaminantů.
• Automatizace derivatizace a přípravy vzorků pro rutinní toxikologii, forenzní analýzy a biomonitoring.

Závěr

Studie potvrdila vynikající NCI vlastnosti sestavy Thermo Scientific ISQ 7000, která dosahuje detekce v atto­gramové oblasti. Výběr teploty iontového zdroje a průtoku reagentního plynu je klíčový pro optimální poměr citlivosti, selektivity a tvaru chromatografických stop. Pro většinu aplikací jsou doporučeny teploty 200–250 °C a průtok metanu 1–2 mL/min.

Reference

1. Rosenfelder N., Vetter W. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2009, 23, 3807–3812.
2. Tagami T. et al. Yakugaku Zasshi 2007, 127(7), 1167–1171.
3. Xiao X.-Y., McCalley D., McEvoy J. J. Chromatogr. A 2001, 923, 195–204.
4. Sparkman O.D., Penton Z.E., Kitson F.G. Gas Chromatography and Mass Spectrometry – A Practical Guide, 2011.
5. Day B. et al. Cancer Research 1990, 50, 4611–4618.
6. Huestis M.A. et al. Clinical Chemistry 2005, 51(12), 2289–2295.
7. Ciceri E., Albertini T., Caruso A. AN 10493, Thermo Fisher Scientific.
8. Harrison A.G. Chemical Ionization Mass Spectrometry, CRC Press, 1992.
9. McLafferty F.W., Tureček F. Interpretation of Mass Spectra, University Science Books, 1993.
10. Gujar A. et al. TN 10597, Thermo Fisher Scientific.