Discovery-based analysis for chromatographic trends using alteration analysis (ALA) and two-dimensional correlation analysis (2DCOR)
Prezentace | 2026 | Los Alamos National Laboratory | MDCWInstrumentace
Alteration Analysis (ALA) a dvourozměrná korelační analýza (2DCOR) představují vyspělé chemometrické přístupy pro objevování chromatografických trendů v komplexních vzorcích. Tradiční metody vizuálního porovnávání chromatogramů nebo ruční analýzy tabulek nejsou dostatečně citlivé, zejména u rozsáhlých datových souborů generovaných GC×GC nebo HRMS technikami. ALA a 2DCOR umožňují kvantifikovat změny signálů a vztahy mezi složkami, což je zásadní pro výzkum stability, dekompozice a sledování chemických procesů v průmyslu i v bezpečnostních aplikacích.
Cílem studie je ukázat využitelnost ALA a 2DCOR pro analýzu velkých chromatografických datasetů, včetně rozšíření na dvourozměrné chromatografie (GC×GC) a vysoko rozlišující technologie (GC-TOFMS, HRMS). Autoři představují principy obou metod, demonstrují je na modelových i reálných datech spojujících změny složek vybraných výbušnin a navrhují optimalizované workflow pro efektivní odhalení a pořadí chemických změn.
Metody ALA a 2DCOR se budou rozvíjet směrem k lepší integraci s umělou inteligencí a strojovým učením pro prediktivní modely. Dalším krokem je optimalizace zarovnávání chromatogramů a paralelizace výpočtů pro zpracování exabyte objemů dat. Rozšíření na další analytické techniky, jako je kapilární elektroforéza nebo LC×LC, a kombinace s vizualizačními nástroji pro interaktivní data mining se očekává v nadcházejících letech.
ALA a 2DCOR představují výkonné a komplementární přístupy k analýze komplexních chromatografických dat. Jejich kombinace umožňuje nejen detekci významných chemických změn, ale také pochopení souvislostí a pořadí těchto změn v čase či v závislosti na externích podmínkách. Implementace pro GC×GC a HRMS ukázala robustnost metod i pro rozsáhlé datasetu s miliardami datových bodů.
GCxGC
ZaměřeníOstatní
VýrobceSouhrn
Význam tématu
Alteration Analysis (ALA) a dvourozměrná korelační analýza (2DCOR) představují vyspělé chemometrické přístupy pro objevování chromatografických trendů v komplexních vzorcích. Tradiční metody vizuálního porovnávání chromatogramů nebo ruční analýzy tabulek nejsou dostatečně citlivé, zejména u rozsáhlých datových souborů generovaných GC×GC nebo HRMS technikami. ALA a 2DCOR umožňují kvantifikovat změny signálů a vztahy mezi složkami, což je zásadní pro výzkum stability, dekompozice a sledování chemických procesů v průmyslu i v bezpečnostních aplikacích.
Cíle a přehled studie / článku
Cílem studie je ukázat využitelnost ALA a 2DCOR pro analýzu velkých chromatografických datasetů, včetně rozšíření na dvourozměrné chromatografie (GC×GC) a vysoko rozlišující technologie (GC-TOFMS, HRMS). Autoři představují principy obou metod, demonstrují je na modelových i reálných datech spojujících změny složek vybraných výbušnin a navrhují optimalizované workflow pro efektivní odhalení a pořadí chemických změn.
Použitá metodika a instrumentace
- Alteration Analysis (ALA) – výpočet map BAM, SAM a AAM pro kvantifikaci celkových, lineárních a nelineárních změn.
- Dvourozměrná korelační analýza (2DCOR) – tvorba synchronních a asynchronních map pro odhalení vztahů mezi signály a určení pořadí změn (Nodaovo pravidlo).
- Preprocessing GC×GC dat – normalizace, rozdělení do dlaždic (tiling), zarovnání píků, aplikace prahů signál/šum.
Použitá instrumentace
- Dvourozměrná plynová chromatografie spojená s TOFMS (GC×GC-TOFMS)
- Plynová chromatografie s TOFMS (GC-TOFMS)
- Pyrolytická GC-TOFMS
- Software pro chromatografické zarovnání (alignment)
Hlavní výsledky a diskuse
- ALA byl úspěšný při detekci lineárních, exponenciálních i složitých změn, včetně píků s nízkým rozlišením a překryvy signálů, při S/N >10 pro kombinaci map BAM a SAM.
- 2DCOR doplňuje ALA o informace o pořadí a koherenci změn, umožňuje určit, ve které fázi experimentu se jednotlivé analyty mění.
- Workflow pro GC×GC data založený na dlaždicování významně oddělil relevantní změny a minimalizoval redundantní nálezy.
- Aplikace na výbušniny odhalila přes 250 chemických změn souvisejících se stárnutím, přičemž ALA poskytla kvantitativní přehled a 2DCOR určila posloupnost tvorby produktů rozkladu.
- Rozšíření na HRMS a pyro-GC-TOFMS prokázalo schopnost metod pracovat i s miliardovými datovými body.
Přínosy a praktické využití metody
- Automatizované odhalení a kvantifikace významných chemických změn v komplexních směsích.
- Rychlá identifikace a prioritizace analytů pro další kvantitativní analýzu.
- Využití v monitoringu stability farmaceutik, bezpečnostním výzkumu výbušnin či environmentální analýze.
- Možnost integrace do standardních QA/QC procesů pro zvýšení reprodukovatelnosti a efektivity.
Budoucí trendy a možnosti využití
Metody ALA a 2DCOR se budou rozvíjet směrem k lepší integraci s umělou inteligencí a strojovým učením pro prediktivní modely. Dalším krokem je optimalizace zarovnávání chromatogramů a paralelizace výpočtů pro zpracování exabyte objemů dat. Rozšíření na další analytické techniky, jako je kapilární elektroforéza nebo LC×LC, a kombinace s vizualizačními nástroji pro interaktivní data mining se očekává v nadcházejících letech.
Závěr
ALA a 2DCOR představují výkonné a komplementární přístupy k analýze komplexních chromatografických dat. Jejich kombinace umožňuje nejen detekci významných chemických změn, ale také pochopení souvislostí a pořadí těchto změn v čase či v závislosti na externích podmínkách. Implementace pro GC×GC a HRMS ukázala robustnost metod i pro rozsáhlé datasetu s miliardami datových bodů.
Reference
- Herman M.J., Freye C.E. Expansion of Alteration Analysis and Two-Dimensional Correlation Analysis to Two-Dimensional Chromatographic Datasets. Anal. Chem. 2025, 97(3), 1528–1538.
- Ray C.L., Freye C.E. Application of Alteration Analysis to Aging of High Explosives. ACS Omega 2025, 10(26), 28404–28411.
- Parsons B.A., Marney L.C., Siegler W.C., Hoggard J.C., Wright B.W., Synovec R.E. Tiling Strategies for Two-Dimensional Chromatographic Datasets. Anal. Chem. 2015, 87(7), 3812–3819.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Accelerated Aging and Analysis of High Explosives via a Novel Two-Dimensional Gas Chromatography Method
2025|LECO|Prezentace
Accelerated Aging and Analysis of High Explosives via a Novel Two-Dimensional Gas Chromatography Method Colleen L. Ray PhD Chris E. Freye PhD Q-5 High Explosives Science and Technology 04 February 2025 LA-UR-25-20462 Approved for public release; distribution is unlimited. Managed…
Klíčová slova
boom, boomaging, agingaam, aambam, bamexplosives, explosivesalteration, alterationstyle, stylehome, homeaccelerated, acceleratedsam, samala, aladozens, dozensmaps, mapsstudies, studiesreactor
17th Multidimensional Chromatography Workshop Abstract book
2026|LECO|Ostatní
January 12 - 15, 2026 Abstract Book Thank you to our sponsors for making this event possible. It is your generous support that enriches the conference program and allows us to operate the conference with free registration for all attendees.…
Klíčová slova
dimensional, dimensionalabstract, abstractchromatography, chromatographycomprehensive, comprehensivetwo, twogas, gasgcxgc, gcxgcanalysis, analysisspectrometry, spectrometryflight, flightmass, masstofms, tofmstwodimensional, twodimensionalpyrolysis, pyrolysisusing
EXPANDING THE SCOPE OF TILE-BASED GC×GC–TOFMS DATA ANALYSIS
2024|LECO|Prezentace
EXPANDING THE SCOPE OF TILE-BASED GC×GC–TOFMS DATA ANALYSIS Robert E. Synovec, Caitlin N. Cain, Lina Mikaliunaite Department of Chemistry, Box 351700 University of Washington Seattle, WA 98195, USA 15th Multidimensional Chromatography Workshop Friday, January 12, 2024 OUTLINE • The Goals…
Klíčová slova
𝐶𝑙𝑎𝑠𝑠, 𝐶𝑙𝑎𝑠𝑠𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑛𝑐𝑒, 𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑛𝑐𝑒𝐵𝑒𝑡𝑤𝑒𝑒𝑛, 𝐵𝑒𝑡𝑤𝑒𝑒𝑛𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜, 𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜tile, tileratio, ratiopacu, pacufish, fish𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑛𝑐𝑒, 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑛𝑐𝑒𝑐𝑙𝑎𝑠𝑠, 𝑐𝑙𝑎𝑠𝑠𝑤𝑖𝑡ℎ𝑖𝑛, 𝑤𝑖𝑡ℎ𝑖𝑛classes, classestofms, tofmsclass, class𝑊𝑖𝑡ℎ𝑖𝑛
Comprehensive machine learning prediction of GC/MS pesticide recovery based on the molecular fingerprinting for food QA/QC
2019|Agilent Technologies|Postery
Poster Reprint ASMS 2019 TP298 Comprehensive machine learning prediction of GC/MS pesticide recovery based on the molecular fingerprinting for food QA/QC Takeshi Serino* 1,2; Sadao Nakamura1; Yoshizumi Takigawa1; Norton Kitagawa3; Shigehiko Kanaya 2 1 Agilent Technologies, Hachioji City, Japan 2…
Klíčová slova
learning, learningmachine, machine𝑖𝑗, 𝑖𝑗descriptor, descriptorsmiles, smilesrecovery, recoverypek, pekgeneralization, generalizationatoms, atomspesticide, pesticideprediction, predictionpesticides, pesticidesmethods, methodsindex, index𝑦ത