HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE V TOXIKOLOGII A FORENZNÍ ANALÝZE

Význam tématu

V klinické toxikologii a forenzní chemii hmotnostní spektrometrie poskytuje vysokou citlivost a selektivitu pro identifikaci a kvantifikaci endogenních i exogenních látek ve komplexních biologických matricích a na místě činu. Je klíčová pro rychlou diagnostiku patologických stavů, dohledání stop u trestné činnosti a zajištění národní bezpečnosti.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem referátu je shrnout aktuální přístupy spojující separační techniky s hmotnostní spektrometrií pro cílenou i systematickou analýzu v toxikologii a forenzní praxi, včetně nových trendů miniaturizace a ambientní ionizace.

Použitá metodika a instrumentace

• Příprava vzorku: extrakce, čištění a koncentrace biologických matric (krev, moč, tkáně).
• Separační metody: plynová chromatografie (GC), vysokoúčinná a ultravysoce účinná kapalinová chromatografie (HPLC/UHPLC), kapilární elektroforéza (CE), dvoudimenzionální GC×GC.
• Hmotnostní spektrometrie: GC-MS(/MS), LC-MS/MS, LC-HRMS, iontové pasti, kvadrupóly, TOF, Q-TOF, multikolektorové MS, EA-IRMS.
• Ambientní ionizace: DAPPI, DESI, DART, PSI, SSI, MALDI, ASAP, přímé analýzy real time.
• Zobrazovací techniky: SIMS, DESI imaging, LA-ICP-MS pro zobrazení otisků prstů a analýzu prvkových nečistot.
• Miniaturizované MS přístroje: Mini 12, MX908, Griffin G510, Portability, Mars-400A.

Hlavní výsledky a diskuse

• LC-MS(/MS) dosahuje nižšího rizika falešné pozitivity než imunochemické testy a umožňuje širší škálu identifikovaných látek.
• Systémová toxikologická analýza prokazuje vyšší identifikační sílu LC-Q-TOF-MS oproti GC-MS (o 240 % více identifikací).
• Techniky LC-HRMS zjednodušují přípravu vzorků a poskytují přesnou m/z hodnotu pro rychlou identifikaci neznámých analytů.
• Ambientní ionizace a přímé MS metody umožňují analýzu na místě činu a rychlé screeningy s minimální úpravou vzorku.
• MS zobrazování latentních otisků prstů poskytuje informace o chemickém složení, stáří i pohlaví pachatele.
• IRMS umožňuje stanovit geografický a biologický původ potravin, drog, výbušnin či textilií na základě isotopových poměrů.

Přínosy a praktické využití metody

• Vysoká citlivost a selektivita pro detekci stopových koncentrací toxikantů, drog, léčiv a exploziv.
• Možnost cílené a necílené (screeningové) analýzy komplexních směsí.
• Rychlé a spolehlivé výsledky pro klinické rozhodování, dopingovou kontrolu a forenzní vyšetření.
• Nasazení v laboratořích i mobilních kontextech pro bodové testování a národní bezpečnost.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Miniaturizace a vývoj přenosných MS přístrojů pro point-of-care a on-site analýzy.
• Implementace ambientních ionizačních metod s vyšší robustností a automatizací.
• Rozšířené využití MS zobrazování a pokročilých databází pro korelaci daktyloskopických a chemických stop.
• Integrace umělé inteligence pro zpracování a interpretaci dat v reálném čase.

Závěr

Hmotnostní spektrometrie v kombinaci se separačními technikami představuje základní nástroj pro toxikologickou a forenzní analýzu. Dynamický rozvoj instrumentace, ambientních ionizačních metod a miniaturizace umožňuje rychlejší, citlivější a dostupnější analýzy, které zásadně přispívají k ochraně zdraví, veřejné bezpečnosti a spravedlnosti.

Reference

1. Hoffmann W. D., Jackson G. P.: Annual Review of Analytical Chemistry, Vol. 8, 419 (2015).
2. Mogollon N. G. S., Quiroz-Moreno C. D., Prata P. S., de Almeida J. R., Cevallos A. S., Torres-Guierrez R., Augusto F.: J. Anal. Methods Chem., doi:10.1155/2018/4142527.
3. Van Wijk X. M. R., Goodnough R., Colby J. M.: Crit. Rev. Clin. Lab. Sci. 56, 225 (2019).
4. TIAFT Guidelines on Sample Preparation, staženo 11.12.2019.
5. Maurer H. H.: J. Chromatogr., Biomed. Appl. 580, 3 (1992).
6. Grapp M., Maurer H. H., Desel H.: Drug Test. Anal. 8, 816 (2016).
7. Grapp M., Kaufmann C., Streit F., Binder L.: Forensic Sci. Int. 287, 63 (2018).
8. Stilo F., Liberto E., Bicchi C., Reichenbach S. E., Cordero C.: LC GC Eur. 32, 234 (2019).
9. Remane D., Wissenbach D. K., Peters F. T.: Clin. Biochem. 49, 1051 (2016).
10. Pitterl F., Kob S., Pitterle J., Steger J., Oberacher H.: LC GC North Am. 35, 180 (2017).
11. Peters F. T., Remane D.: Anal. Bioanal. Chem. 403, 2155 (2012).
12. Michely J. A., Meyer M. R., Maurer H. H.: Anal. Chim. Acta 982, 112 (2017).
13. FBI Careers: Forensic Programs, staženo 10.11.2019.
14. Forbes T. P., Sisco E.: Analyst 143, 1948 (2018).
15. Correa D. N., Santos J. M., Eberlin L. S., Eberlin M. N., Teunissen S. F.: Anal. Chem. 88, 2515 (2016).
16. Matos M. P. V., Jackson G. P.: Forensic Chem. 13, 16 (2019).
17. Lehmann E. L., Arruda M. A. Z.: Anal. Chim. Acta 1063, 9 (2019).
18. McKenna J., Jett R., Shanks K., Manicke N. E.: J. Anal. Toxicol. 42, 300 (2018).
19. Teodoro J. A. R., Pereira H. V., Sena M. M., Piccin E., Zacca J. J., Augusti R.: Food Chem. 237, 1058 (2017).
20. Francese S., Bradshaw R., Denison N.: Analyst 142, 2518 (2017).
21. Muccio Z., Jackson G. P.: Analyst 134, 213 (2009).
22. Becker J. S.: J. Anal. At. Spectrom. 17, 1172 (2002).
23. Su B.: Anal. Bioanal. Chem. 408, 2781 (2016).
24. Pluháček T., Švidrnoch M., Maier V., Havlíček V., Lemr K.: Anal. Chim. Acta 1030, 25 (2018).
25. Ma W., Xu S. T., Liu H. W., Bai Y.: Small Methods, doi:10.1002/smtd.201900407.
26. Smoluch M., Grasso G., Suder P., Silberring J. (ed.): Mass Spectrometry: An Applied Approach, 2nd ed., J. Wiley, New Jersey 2019.
27. Li L., Chen T.-C., Ren Y., Hendricks P. I., Cooks R. G., Ouyang Z.: Anal. Chem. 86, 2909 (2014).
28. Espy R. D., Teunissen S. F., Manicke N. E., Ren Y., Ouyang Z., van Asten A., Cooks R. G.: Anal. Chem. 86, 7712 (2014).
29. Ma Q., Bai H., Li W. T., Wang C., Cooks R. G., Ouyang Z.: Talanta 142, 190 (2015).