Chromatografia gazowa sprzężona z tandemową spektrometrią mas – GC-MS/MS

W technice GC-MS/MS następuje integracja chromatografu gazowego oraz dwóch, połączonych szeregowo spektrometrów mas. Pod względem pracy jest to bardzo podobne podejście do klasycznego GC-MS, ale w porównaniu do niego pozwala na osiągnięcie znacznie niższych granic oznaczalności. Chromatograf w takim układzie odpowiada za rozdzielenie pierwotnej mieszaniny związków chemicznych na poszczególne składowe. Spektrometry mas natomiast to detektory. Rejestrują one widma masowe, na podstawie których identyfikowane są składniki analizowanej próbki. Podstawowym zadaniem układu chromatograficznego jest wyizolowanie z mieszaniny wszystkich jonów jednego wybranego, który następnie jest poddawany fragmentacji. Anality po wyjściu z kolumny chromatograficznej trafiają do tandemowego spektrometru mas. Nazywany jest potocznie potrójnym kwadrupolem. Składa się z dwóch analizatorów mas, które są rozdzielone komorą kolizyjną. Wybrane jony z pierwszego kwadrupola są poddawane dalszej fragmentacji, w wyniku ich zderzeń z gazem obojętnym. Następnie kierowane są do drugiego analizatora mas. Właściwa analiza MS/MS jest zwykle prowadzona trzema sposobami: przemiatania jonów potomnych, przemiatania jonów macierzystych oraz przemiatania jonów macierzystych pod kątem utraconej cząstki obojętnej o stałej masie.

Technika chromatografii gazowej z tandemową spektrometrią mas jest skutecznym, ale złożonym podejściem. Jednym z zastosowań GC-MS/MS jest możliwość oznaczania pozostałości pestycydów chloroorganicznych w produktach spożywczych. Jest to o tyle trudne, że próbki te charakteryzują się często skomplikowaną matrycą. Technika ta jest wykorzystywana także do oznaczania estrogenów w zawiesinach i osadach, zawartości narkotyków w ludzkich włosach lub stężenia wybranych hormonów w wodach powierzchniowych. Ponadto znajduje zastosowanie w kontrolach antydopingowych i wielu innych. Szczególnie interesujące jest zastosowanie tej techniki do identyfikacji oraz oznaczania zawartości wybranych związków organicznych, które stanowią komponenty spoiw bądź powłok malarskich.

Chromatografia cieczowa połączona ze spektrometrią mas i wzbudzeniem w plazmie indukcyjnie sprzężonej – HPLC-ICP-MS

Zastosowanie chromatografii cieczowej w połączeniu z ICP-MS jest obecnie popularnym rozwiązaniem w laboratoriach badawczych i kontroli jakości. Standardem jest wprowadzanie próbek ciekłych do plazmy indukcyjnie sprzężonej, zatem połączenie urządzeń z systemem chromatografii cieczowej opiera się głównie na synchronizacji wylotu kolumny z nebulizatorem, za pomocą rurki transferowej. Rozdzielone chromatograficznie składniki trafiają finalnie w płomień plazmy grzanej indukcyjnej. W plazmie mają miejsce cztery, główne procesy: desolwatacja, zamiana cząsteczek aerozolu w parę, atomizacja oraz jonizacja. Jony analizowanych pierwiastków, które powstały w płomieniu palnika plazmowego, są rozdzielane z wykorzystaniem analizatora mas, na podstawie wartości m/z. Najbardziej krytycznym obszarem w całym układzie HPLC-ICP-MS jest połączenie dwóch ostatnich elementów. Należy pamiętać, że jonizacja w takim układzie zachodzi pod ciśnieniem atmosferycznym, natomiast w spektrometrze mas panuje próżnia. Dlatego do ich zintegrowania niezbędne jest zastosowanie łącznika (interfejsu). W jego wnętrzu jony płyną z ultradźwiękową szybkością przez mały otwór do wytworzonego systemu próżni w MS. Obecne rozwiązania aparaturowe sprawiają, że technika HPLC-ICP-MS ma wiele zalet. Daje możliwość jednoczesnego oznaczania zarówno nieorganicznych, jak i organicznych form wielu pierwiastków, dzięki czemu doskonale nadaje się do analiz specjacyjnych. Wzbudzanie analitów w plazmie grzanej indukcyjnie jest wysoce skuteczne i coraz częściej wykorzystywane. Dzięki temu detekcja za pomocą MS charakteryzuje się dużą czułością i niskimi poziomami stężeń, możliwych do oznaczenia.

Wśród zastosowań HPLC-ICP-MS należy wyszczególnić m.in. możliwość oznaczania nieorganicznych związków arsenu oraz organicznych połączeń tego pierwiastka, w tym metyloarsenianu (V) i dimetyloarsenianu (V). Technika ta jest jednak szczególnie przydatna podczas oznaczania chromu w próbkach środowiskowych. Trójwartościowy chrom jest niezbędnym składnikiem pokarmowym, natomiast sześciowartościowy to czynnik kancerogenny, dlatego tak ważne jest skuteczne rozdzielenie i oznaczenie tych dwóch form. Wykorzystując HPLC-ICP-MS, można to osiągnąć z wysoką selektywnością i w czasie poniżej 3 minut. Do pozostałych zastosowań tej techniki zaliczyć należy: oznaczanie metylortęci i rtęci całkowitej w próbkach biologicznych, analizy specjacyjne oraz identyfikację wybranych pierwiastków w metabolitach.

Chromatografia cieczowa połączona ze spektroskopią magnetycznego rezonansu jądrowego oraz spektrometrią mas – HPLC-NMR-MS

Technika HPLC-NMR-MS doskonale nadaje się do identyfikacji składników o nieznanej strukturze. Jednym z jej zastosowań jest analiza próbek biologicznych, które charakteryzują się złożoną matrycą. Takie są np. próbki moczu dzieci, w których identyfikowane są specyficzne metabolity. Połączenie układów HPLC, NMR oraz MS nie należy do najłatwiejszych zagadnień, ale dotąd opracowano kilka platform hybrydowych umożliwiających analizę. W tym przypadku należy m.in. wziąć pod uwagę, że analiza NMR wymaga większych stężeń próbek, ale to już może być problematyczne dla detektora MS, gdzie jednocześnie zwiększa się prawdopodobieństwo tłumienia jonów. Z kolei buforowane fazy ruchome do NMR mogą być przyczyną niejednoznacznych przesunięć masy w danych MS. Czułość spektrometru masowego może zostać zmniejszona 100 razy bardziej niż normalnie, gdy jest on włączony w polu magnetycznym NMR. Nawet przepływ w chromatografii cieczowej może być nieznacznie zakłócany przez rozproszone pole magnetyczne magnesu NMR w instrumencie o częstotliwości 500 MHz lub wyższej.

Połączenie HPLC ze spektroskopią NMR oraz MS jest narzędziem dającym szerokie możliwości, szczególnie w analizie próbek biologicznych i środowiskowych o złożonej matrycy. Sprzężenie tych technik jest wykorzystywane przede wszystkich w laboratoriach badawczych i rozwojowych, gdzie analizowane są związki organiczne, a także metaloorganiczne i niektóre połączenia nieorganiczne. HPLC-NMR-MS to dobre narzędzie pomagające opracować rutynowe analizy dla nieznanych związków lub o skomplikowanej budowie chemicznej. Do najczęstszych zastosowań tej techniki należy zaliczyć: analizę mieszanin i składników w branży farmaceutycznej, badanie składu nieznanych materiałów oraz metabolitów w próbkach biologicznych.