A causa della crescente complessità chimica dell'ambiente, GC×GC-TOFMS con la sua analisi dei composti non mirata è la tecnologia ideale per questi complessi campioni.
Nella sua presentazione, Analysis of Environmental Contamination in the Susquehanna River, Frank descrive in dettaglio la contaminazione del bacino idrico. La sua ricerca si concentra sull'esposoma e sulle molecole che vengono create quando i materiali artificiali interagiscono con esso. Come possiamo "scoprire" in modo proattivo i problemi di esposizione? La contaminazione dei pesci è la specie indicatore di riferimento per questa analisi e il monitoraggio delle loro mutazioni, o malattie macroscopiche e microscopiche, non solo aiuta a determinare a chi attribuire le responsabilità, ma anche a come risolvere il problema prima che la salute umana venga influenzata negativamente. Il lavoro in corso del team utilizzando la spettrometria di massa a tempo di volo-gascromatografia bidimensionale è stato uno strumento essenziale per indagare a fondo.
Frank spiega qual è stato il ragionamento che lo ha condotto a scegliere GC×GC per analizzare questi campioni rispetto a quelli LC o GC: “Questi estratti di campioni saranno molto complessi dal punto di vista chimico, quindi userò GC×GC. Perché? Perché è il migliore strumento di separazione disponibile in laboratorio. Ha moltissima capacità di picco in più rispetto a 1D GC e tutto il GC ha una capacità di picco molto più alta della cromatografia liquida”.
Ciò significa che non solo è possibile identificare i fenomeni noti, ma anche scoprire le incognite non note nel campione, cosa che altre tecnologie non riescono a fare allo stesso livello. Separazione, precisione, potere risolutivo, deconvoluzione e velocità sono tutti elementi fondamentali per caratterizzare campioni complessi; Frank ha impiegato il nostro sistema GC×GC-TOFMS di applicazioni da banco Pegasus BT 4D per raggiungere questo obiettivo.
“BT ha una sensibilità davvero elevata. Una delle nostre domande iniziali è stata: “Va bene BT, ma come farai quando ti verrà sottoposto un disgustoso estratto di pesce?” e, sono felice di dire, i risultati sono piuttosto positivi. Ha la capacità (perché è una fonte standard di ionizzazione elettronica) di gestire elevate quantità di contaminanti negli estratti.”
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| Figura 1 | Figura 2 |
Avere la sensibilità per gestire questi campioni complessi è della massima importanza perché non esiste pesce “pulito”. Inoltre, il marchio software ChromaTOF® di Pegasus BT 4D è progettato per l'elaborazione avanzata dei dati cromatografici come questi. È dotato di funzionalità come NonTarget Deconvolution®, Target Analyte Find, ricerche nelle biblioteche e altro ancora per identificare il numero di analiti più elevato fino ad ora. Per quanto riguarda i limiti di rilevamento, Frank spiega che BT 4D ha mostrato prestazioni superiori a quelle degli spettrometri di massa più tradizionali, di un paio di ordini di grandezza inferiori in termini di limiti di rilevamento. Inoltre, se questa stessa analisi dovesse essere tentata su un quadrupolo singolo, i limiti di rilevamento ne risentirebbero ancora di più. Effettuando un confronto, un quadrupolo triplo può fornire limiti di rilevamento abbastanza buoni, ma non consente di effettuare una ricerca non mirata. È qui che BT 4D mostra davvero la forza dei suoi dati (Figura 1).
Osservando questi dati, è innanzitutto chiaro che sono stati in grado di raggiungere limiti di rilevamento del metodo nell'intervallo di decimi di nanogrammi per grammo anche senza pre-concentrazione del campione. In secondo luogo, Frank ci ricorda che, sebbene si possa essere abituati a vedere limiti di rilevamento leggermente migliori, si tratta comunque di risultati molto potenti considerando la mancanza di preparazione del campione. Questo è un riferimento diretto alla potenza cromatografica di Pegasus BT 4D. Frank e il suo team non hanno bisogno di concentrare i loro campioni anche quando si tratta di una matrice straordinariamente complicata di pesce intero; tutto ciò che serve è una semplice estrazione di un minuto e quindi l'estrazione del solvente. Ciò non solo fa risparmiare tempo al suo team e aumenta la produttività, ma consente anche di risparmiare preziose risorse di laboratorio.
L'utilizzo degli strumenti di elaborazione dei dati di ChromaTOF ha consentito il confronto delle 50 principali funzionalità basate sui rapporti di Fischer seguendo il confronto statistico dei campioni effettuati rispetto ai campioni di controllo (Figura 2). Come è possibile notare dall'immagine precedente, mostra una separazione molto precisa tra tre gruppi di pesci: i campioni di controllo, i campioni del fiume Juniata ammalati e i campioni del fiume West Branch ammalati. Pegasus BT 4D consente il miglioramento dei limiti di rilevamento ed è un buon inizio per identificare queste incognite target e non target senza la necessità di concentrare il campione e considerando che la matrice del campione è molto complessa.
Tuttavia, qual è il prossimo passo? Per fare un ulteriore passo avanti nella sua ricerca, Frank ha utilizzato l'analisi GC-GC HR-TOFMS (Pegasus GC-HRT + 4D) per scoprire ancora PIÙ composti sconosciuti. Frank e il suo team vogliono essere in grado di identificare quali siano queste molecole, ma con GC×GC-TOFMS, stanno solo trovando una manciata di target nei pesci malati. Ciò lascia perplessi, tuttavia Frank invita a ricordare che la principale area di interesse riguarda una matrice di pesci enorme e complicata. Frank spiega che l'alta risoluzione aiuta a risolvere ulteriormente questa correlazione e che la specificità che fornisce consente all'utente di risolvere più molecole l'una dall'altra, osservando la ionizzazione alternativa e la ionizzazione chimica (Figura 3).
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| Figura 3 |
Figura 4 |
Inoltre, il sistema HRT è stato in grado di identificare dozzine di organoalogeni utilizzando la ionizzazione chimica negativa (NCI). L'uso di questa modalità NCI ha prodotto una lieve ionizzazione (meno frammentazione), composti selettivi (elettrofili), una fedeltà quasi perfetta (991/1000) e un miglioramento complessivo della sensibilità (Figura 4).
“Guardandolo dal punto di vista di un chimico analitico, è davvero entusiasmante… quando ho visto questa diapositiva ho sorriso da un orecchio all'altro… questo non è un libro di testo, questo è REALE”.
Frank e il suo gruppo di ricerca a Penn State continuano ad approfondire il mistero che circonda la contaminazione dei pesci e i fattori esterni che la causano. Avere a disposizione la potenza analitica offerta da GC×GC-TOFMS è la chiave per scoprire di più su questo complesso problema ambientale.
Nel complesso GC×GC-TOFMS e TOFMS ad alta risoluzione sono strumenti preziosi per rispondere alla domanda “Cos'altro c'è nel mio campione?”. Dalla ricerca di Frank emerge chiaramente che i composti non target continuano ad avere un impatto maggiore sulla correlazione della malattia rispetto ai target e queste tecnologie stanno aprendo la strada a una nuova metodologia.
