Evaluation of Ultra High Resolution Mass Spectrometer in Targeted Forensic Screening Method for Urine Analysis in Comparison to Immunoassay and GC-MS Techniques

Význam tématu

Forenzní toxikologie vyžaduje spolehlivé a rychlé metody pro identifikaci širokého spektra látek a jejich metabolitů v moči. Ultra vysoké rozlišení hmotnostních analyzátorů umožňuje přesnou detekci i konjugovaných forem bez nutnosti časově náročné hydrolyticklé přípravy a zároveň poskytuje možnost retrospektivní analýzy získaných dat.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo porovnat výkonnost Exactive ultra high resolution hmotnostního spektrometru s tradičními forenzními screeningovými metodami: imunochemickými testy (EMIT), automatizovanou metodou Remedy a GC-MS. Analýza proběhla na souboru 40 vzorků moči s ohledem na schopnost detekce co nejširšího spektra cílených látek a jejich metabolitů.

Použitá metodika a instrumentace

• Příprava vzorků: 50 µl moči, 50 µl roztoku vnitřních standardů (hydromorphone-D6, methamphetamine-D5, phenobarbital-D5) a 900 µl ultračisté vody; po vortexování 20 µl injektováno do LC.
• Kapalinová chromatografie: Thermo Scientific Accela 600 pumpa s otevřeným autosamplerem, kolona Hypersil GOLD PFP (5 µm, 100 × 2,1 mm), mobilní fáze A – 10 mM amonný formiát, B – methanol, C – acetonitril:1-propanol:aceton (45:45:10); gradient dle protokolu a odpadový ventil v úvodní fázi běhu.
• Hmotnostní spektrometrie: Thermo Exactive Plus s Orbitrap analyzátorem, HESI ionizační zdroj, střídavé full-scan (50 000 rozlišení) a all-ion fragmentation (25 000 rozlišení) v pozitivním i negativním režimu, scan range pos 135–2000 m/z, neg 100–2000 m/z, NCE 35, AGC target 1e6, max IT 100 ms.
• Data processing: ExactFinder software s tolerancí 5 ppm, odečítáním šumu, porovnáním izotopických vzorců a potvrzením fragmenty.
• Komparativní metody: GC-MS (Thermo CSQ II, SPE, derivatizace BSTFA, TR-5 kapilární kolona, EI), imunoanalýzy EMIT na Siemens DB RxL a Remedy platforma.

Hlavní výsledky a diskuse

• Všechny látky detekované imunotesty, Remedy a GC-MS byly rovněž zachyceny metodou LC-MS.
• Metoda LC-MS odhalila vyšší počet sloučenin a metabolitů než ostatní techniky.
• GC-MS a LC-MS neidentifikovaly THC ani jeho metabolity ve vzorku #6; imunotest byl citlivější pro THC.
• Některé cílené látky (např. 3-methoxytyramin, ziprasidon) nebyly původně v databázi ExactFinder, po doplnění databáze však byly analyzátorem detekovány.

Přínosy a praktické využití metody

Vysoce rozlišovací LC-MS na platformě Exactive poskytuje komplexní screening bez nutnosti hydrolytických kroků či derivatizace, zkracuje čas analýzy a umožňuje retrospektivní vyhledávání. Jednoduché ředící vzorkování snižuje náklady na přípravu a zvyšuje laboratorní průchodnost.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření databází o nové účinné látky a metabolity pro nontargeted screening.
• Integrace umělé inteligence a pokročilé datové analýzy pro automatizovanou identifikaci neznámých látek.
• Optimalizace ionizace polárních konjugátů pro zvýšení detekční citlivosti.
• Miniaturizace a zvýšení propustnosti pro rutinní použití v forenzních a klinických laboratořích.

Závěr

LC-MS metoda na Exactive ultra high resolution spektrometru prokázala nadřazenou schopnost detekce širšího spektra látek a metabolitů v moči ve srovnání s imunotesty, Remedy a GC-MS. Nabízí rychlejší přípravu, vysokou spolehlivost výsledků a možnost retrospektivní analýzy bez potřeby hydrolytických kroků.

Reference

• Kozak M. et al. Evaluation of Ultra High Resolution Mass Spectrometer in Targeted Forensic Screening Method for Urine Analysis. Thermo Fisher Scientific Whitepaper.