Highly Sensitive TOF Mass Spectrometry Allows for New User-Friendly Flow Modulator Design for GCxGC

Význam tématu

Komplexní dvourozměrná plynová chromatografie (GCxGC) s využitím delší doby zotavení a akcelerované separace nabízí hlubší porozumění složitým vzorkům. Tradiční termální modulátory vyžadují kryogeny, což zvyšuje provozní náklady a složitost. Nové řešení ve formě odtokového (flow) modulátoru FLUX ve spojení s benchtop TOF hmotnostním spektrometrem Pegasus BT 4D představuje ekonomičtější, uživatelsky přívětivou alternativu se srovnatelnou citlivostí a reprodukovatelností.

Cíle a přehled studie

Účelem studie bylo porovnat výkon GCxGC systému s přístrojem Pegasus BT 4D vybaveným FLUX diverting flow modulátorem a předchozí generací Pegasus 4D-C s quad jet termálním modulátorem. Klíčové aspekty zahrnují:

• Stanovení meze detekce (LOD) a poměru signál/šum pro n-oktylnitrosacharbonyl (OFN).
• Porovnání šířek chromatografických piků (FWHH) na vybraných sloučeninách Grob směsi.
• Analýzu komplexního vzorku palivového oleje Kirby pro ověření praktického výkonu v reálném provozu.

Použitá instrumentace

• LECO FLUX™ diverting flow modulátor složený z třícestného ventilu, dvou fitinek a připojovací kapiláry.
• Benchtop TOF-MS Pegasus® BT 4D s novým přímým extrakčním EI zdrojem.
• Pro srovnání: systém Pegasus 4D-C s quad jet termálním modulátorem.

Metodika

Systém pracuje v cyklech dvou stavů: divert (odklon analyzátu do výfuku) a inject (přenos do sekundární kolony). Uživatel zadá délku modulační periody (doporučeně 1/3 šířky piku z 1D GC běhu) a dobu injekce z rozbalovací nabídky (standardní, pro vyšší citlivost nebo kapacitu). Experimenty proběhly za identických GC podmínek s použitím Grob směsi a OFN pro stanovení LOD, následně na stejném nastavení analyzován Kirby palivový olej.

Hlavní výsledky a diskuse

• Meze detekce GCxGC pro OFN byly u obou systémů 1 pg na koloně; pro 1D GC dosahuje Pegasus BT LOD 20 fg OFN.
• Poměr signál/šum OFN u Pegasus BT s FLUX dosáhl 196 vs. 103 u termálního modulátoru Pegasus 4D-C.
• Šířky píků (FWHH) byly s modulátorem FLUX srovnatelné s termální modulační technikou, zajišťující obdobnou pík-kapacitu.
• Analýza vzorku palivového oleje prokázala obdobné 2D separace obou systémů s mírnou ztrátou nejvolatilnější frakce pouze kvůli předchozí depleci vzorku.

Přínosy a praktické využití metody

• Odstranění potřeby kryogenů a souvisejících nákladů a údržby.
• Jednoduchá montáž a nastavení pouze dvou fitinek mimo standardní připojení 1D GC.
• Snadné přenesení metod z 1D GC nebo termální GCxGC bez úprav průtoků a teplotních programů.
• Vysoká citlivost díky vylepšenému detektoru BT TOF-MS.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Širší integrace benchtop TOF-MS v laboratořích s omezeným prostorem a rozpočtem.
• Další miniaturizace a automatizace modulátoru pro zvýšení uživatelské komfortu.
• Využití v progresivních aplikacích: metabolomika, environmentální monitoring, forenzní analýzy.
• Implementace pokročilých algoritmů pro zpracování 2D dat v reálném čase a umělé inteligence pro detekci stopových látek.

Závěr

Spojení diverting flow modulátoru FLUX s moderním benchtop TOF-MS Pegasus BT 4D přináší ekvivalentní nebo lepší citlivost, robustní chromatografické rozlišení a uživatelskou přívětivost oproti tradičním termálním modulátorům. Výrazně se tím snižují náklady a složitost provozu GCxGC systémů bez kompromisů ve výkonnosti.

Reference

1. Edwards M., Mostafa A., Gorecki T. Modulation in Comprehensive Two-Dimensional Gas Chromatography: 20 Years of Innovation. Anal. Bioanal. Chem. 401 (2011) 2335–2349.
2. Seeley J.V., Seeley S.K. Multidimensional Gas Chromatography: Fundamental Advances and New Applications. Anal. Chem. 85 (2013) 557–578.
3. Seeley J.V., Schimmel N.E., Seeley S.K. The Multi-mode Modulator: A Versatile Fluidic Device for Two-dimensional Gas Chromatography. J. Chrom. A 1536 (2018) 6–15.
4. Soyk M., Artaev V., Judkins T. A Novel Robust Direct Extraction EI Source for GC-TOFMS and GCxGC-TOFMS. Poster TP385, ASMS 2018.
5. Soyk M., Artaev V., Borton D. Sub-Picogram Detection and Identification of Analytes in Complex Matrices Using a Novel GC-TOFMS. Poster 105, IMSC 2016.
6. Seeley J.V. Theoretical Study of Incomplete Sampling of the First Dimension in Comprehensive Two-dimensional Chromatography. J. Chrom. A 962 (2002) 21–27.