ZÁKLADY INTERPRETACE HMOTNOSTNÍCH SPEKTER

Význam tématu

Massová spektrometrie je klíčová pro identifikaci a strukturální analýzu organických sloučenin, biopolymerů a přírodních produktů. Umožňuje rychlé stanovení molekulové hmotnosti, sumárního vzorce a fragmentačních vzorců, což je nezbytné ve farmacii, metabolomice, environmentální chemii či průmyslové kvalitativní kontrole.

Cíle a přehled studie

Cílem referátu autorů Škultétyho, Nováka a Havlíčka je představit základy interpretace hmotnostních spekter s důrazem na elektronegativní ionizaci (EI), soft ionizační techniky a produktová spektra biopolymerů. Studie shrnuje fragmentační mechanismy, pravidla pro odštěpování iontů, interpretaci izotopových obálek a metodologii de novo sekvenování.

Použitá metodika a instrumentace

• Elektronová ionizace (EI) pro nízkomolekulární stabilní organické látky.
• Soft ionizační techniky: MALDI, ESI, fotoionizace.
• FT-ICR MS s metodami SORI-CID a IRMPD.
• Dissociační techniky pro biopolymery: CID, ECD, ETD.
• Verifikace struktur pomocí NMR, rentgenové krystalografie a kvantově-chemických výpočtů.

Hlavní výsledky a diskuse

• Fragmentační mechanismy: sigma, alfa a beta štěpení, McLaffertyho přesmyk, retro-Diels–Alder, orthoefekty.
• Dusíkové pravidlo a odd/even electron rule pro určení sudého či lichého počtu elektronů.
• Interpretace izotopových obálek a jemná izotopová struktura pro stanovení sumárního vzorce.
• Metoda per analogiam pro rychlou charakterizaci látek do 2000 Da.
• De novo sekvenování biopolymerů na základě b/y iontů, imoniových fragmentů a derivatizačních modifikací.
• Bioinformatické nástroje a databáze: MassBank, ReSpect, GNPS, NIST, CycloBranch a in silico predikce fragmentace.

Přínosy a praktické využití metody

Hmotnostní spektrometrie usnadňuje rychlou identifikaci neznámých organických sloučenin, analýzu přírodních produktů, strukturální charakterizaci peptidů a dalších biopolymerů. Metoda je využívána v toxikologii, farmaceutickém výzkumu, kvalitativní kontrole potravin, metabolomice a environmentálních studiích.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další rozvoj vysoce rozlišující MS pro jemnou izotopovou strukturu.
• Integrace MS s umělou inteligencí a strojovým učením pro automatickou interpretaci spekter.
• Rozšíření molecular networking a in silico fragmentačních databází.
• Propojení s pokročilými strukturními technikami (NMR, krystalografie) a kvantově-chemickými metodami.

Závěr

Přehled základních principů interpretace hmotnostních spekter poskytuje komplexní návod pro kvalitativní a kvantitativní analýzu malých molekul i biopolymerů. Kombinace klasických fragmentačních pravidel, přesného měření hmotnosti, izotopových profilů a bioinformatických nástrojů umožňuje efektivní strukturální elucidaci.

Reference

• Hamming M. C., Foster N. G.: Interpretation of Mass Spectra of Organic Compounds, Academic Press, New York 1972.
• Zinkevich I. G., Ioffe B. V.: Interpretation of Mass Spectra of Organic Compounds, Leningradskoe Otdelenie, Leningrad 1986.
• McLafferty F. W., Turecek F.: Interpretation of Mass Spectra, University Science Books, Mill Valley 1993.
• McLafferty F. W.: Org. Mass Spectrom. 15, 114 (1980).
• Tureček F., Hanus V.: Mass Spectrometry Reviews 3, 85 (1984).
• Nibbering N. M. M.: J. Am. Soc. Mass Spectrom. 15, 956 (2004).
• Schwarz H.: Topics in Current Chemistry, Vol. 73, Springer, Berlin 1978.
• Splitter J. S., Turecek F.: Applications of Mass Spectrometry to Organic Sterochemistry, Wiley, NJ, USA 1995.
• Tureček F.: Collect. Czech. Chem. Commun. 52, 1928 (1987).
• Beavis R. C.: Anal. Chem. 65, 496 (1993).
• Holčapek M., Jirásko R., Lísa M.: J. Chromatogr. A 1217, 3908 (2010).
• Chu I. K. et al.: Int. J. Mass Spectrom. 390, 24 (2015).
• Grimme S.: J. Chem. Theory Comp. 15, 2847 (2019).
• Domon B., Costello C. E.: Glycoconj. J. 5, 397 (1988).
• Kind T., Fiehn O.: BMC Bioinf. 8, 20 (2007).
• Horai H. et al.: J. Mass Spectrom. 45, 703 (2010).
• Sawada Y. et al.: Phytochemistry 82, 38 (2012).
• Bouslimani A., Sanchez L. M., Garg N., Dorrestein P. C.: Nat. Prod. Rep. 31, 718 (2014).
• Huan T. et al.: Anal. Chem. 87, 10619 (2015).
• Allard P.-M. et al.: Anal. Chem. 88, 3317 (2016).
• Novák J., Lemr K., Schug K. A., Havlíček V.: J. Am. Soc. Mass Spectrom. 26, 1780 (2015).