Various Analysis Techniques for Organic Acids and Examples of Their Application

Význam tématu

Organické kyseliny se vyskytují v řadě odvětví analytické chemie – od farmaceutických výrobků přes potravinářský a biotechnologický průmysl až po environmentální a energetické aplikace. Jejich monitorování je nezbytné pro optimalizaci výrobních procesů, zajištění kvality a výzkum metabolických drah. Rozvoj udržitelných technologií a metabolomiky dále zvyšuje potřebu přesných a citlivých analytických metod pro stanovení organických kyselin.

Cíle a přehled studie / článku

Článek poskytuje přehled hlavních technik separační a detekční analýzy organických kyselin v kapalné i plynné fázi. Představuje metody HPLC (reverzní fáze, iontová vylučovací a iontová chromatografie), LC-MS, GC/GC-MS a jejich kombinace s různými detektory (UV, elektrovodivost, MS, TD-BID). Dále demonstruje aplikace na skutečné vzorky z farmacie, životních věd, energetiky, životního prostředí, potravinářství a metabolomiky.

Použitá metodika

• HPLC – reverzní fáze s detekcí UV při 210 nm pro jednoduché matrice; iontová vylučovací chromatografie s post-column pH buferem a elektrovodivostní detekcí pro vyšší selektivitu; iontová chromatografie (IC) v módu se supresorem i bez supresoru pro anionty.
• LC-MS – přímá detekce v negativním ESI módu s kyselinou mravenčí; pre-column derivatizace 3-NPH pro současné stanovení C2–C5 mastných kyselin a dalších organických kyselin.
• GC/GC-MS – derivatizace TMS pro široké spektrum polarních metabolitů; DMT-MM pro kondenzaci krátkých mastných kyselin; TD-BID pro přímou analýzu těkavých kyselin (formiát atd.).
• Metabolomika – simultánní měření stovek metabolitů pomocí LC-MS/MS s ion pairing i ne-ion pairing mobilní fází a GC-MS/MS ve spojení se Smart Metabolites Database.

Použitá instrumentace

• Shimadzu Nexera UHPLC (reverzní fáze, SCR-102H, Fast-OA, GIST C18-AQ)
• Shimadzu HIC-ESP ion chromatograf se supresorem ICDS-40A a sloupci IC-SA3, IC-A3
• Shimadzu LCMS-8060 a Q-TOF LC-MS/MS systémy (SPR-H, ion pairing/ne-ion pairing)
• Shimadzu GCMS-TQ8040NX, TD-GC-2030 s detektorem BID
• Derivatizační reagencie: 3-NPH, TMS-silanační činidla, DMT-MM
• Smart Metabolites Database™ pro GC-MS/MS plant metabolomiku

Hlavní výsledky a diskuse

Reverzní fáze HPLC umožňuje rychlé oddělení organických kyselin s UV detekcí za 3–5 min. Iontová vylučovací chromatografie s post-column buferem výrazně zvyšuje citlivost elektrovodivostní detekce. Iontová chromatografie se supresorem dosahuje nízké pozadí a vysoké citlivosti pro anionty; v bezsupresorovém módu je možné současně sledovat anorganické i organické ionty. LC-MS/MS umožňuje simultánní analýzu desítek až stovek primárních metabolit včetně mastných kyselin, aminokyselin a cukrů. GC-MS/MS s různými derivatizacemi pokrývá celou řadu těkavých a polovolatilních kyselin. Aplikace na farmaceutické soli, kultivační média, bioethanol z biomasy, odpadní vody, potraviny i metabolomické vzorky potvrdily univerzálnost přístupu.

Přínosy a praktické využití metody

• Vysoce selektivní a citlivé stanovení organických kyselin v komplikovaných matricích.
• Rychlé screeningové protokoly pro QC farmaceutických produktů, potravin, biosurovin i odpadních vod.
• Podpora výzkumu fermentačních procesů a metabolomických studií s velkým počtem analyzovaných látek.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další zrychlování a miniaturizace chromatografických sloupců pro ultra-rychlé analýzy.
• Rozvoj multiplexního derivatizačního přístupu a nativní injekční techniky pro LC-MS.
• Integrace analýzy dat s AI pro automatizované zpracování a interpretaci metabolomických profilů.
• Rozšíření kapilární a mikrofluidní technologie pro on-line monitoring bioprocesů.

Závěr

Komplexní soubor technik pro analýzu organických kyselin umožňuje výběr optimální metody podle matice a cíle měření. Kombinací HPLC (reverzní fáze, iontová vylučovací, IC), LC-MS a GC-MS lze pokrýt široké spektrum kyselin od C1 po C6 i složitější organické sloučeniny. Moderní přístupy zvyšují citlivost, rychlost i selektivitu a podporují aplikace od QA/QC laboratorních analýz až po pokročilou metabolomiku.

Reference

Nejsou uvedeny žádné externí literární odkazy.