Počátky a historie Československé hmotnostní spektrometrie

Význam tématu

Hmotnostní spektrometrie představuje klíčový nástroj pro strukturní analýzu organických i bioorganických sloučenin, izotopovou analýzu a studium chemických reakcí iontů. V Československu se metoda stala impulsem pro rozvoj elektrochemie, fyzikální chemie a později i biochemie. Díky schopnosti poskytovat detailní informace o fragmentaci molekul a přesných hmotnostech iontů se hmotová spektrometrie stala nepostradatelnou technikou v academia i komerční praxi.

Cíle a přehled studie / projektu

Text přináší chronologické zachycení počátků a vývoje hmotnostní spektrometrie v Československu od prvního domácího přístroje (1953) až po zavádění moderních technik a budování firemní i akademické infrastruktury. Popisuje vznik prvních laboratoří v Praze a Bratislavě, hlavní autory a elektrické i mechanické konstruktéry, významné zapůjčky sovětských a japonských strojů a zahraniční stáže.

Použitá metodika a instrumentace

• MCH-1303 (Leningrad): sektorový analyzátor, jednoduchá fokusace, rtuťové difuzní pumpy, galvanometrický UV-zapisovač
• Malý Dempsterův hmotn. spektrometr: m/z 1–150, plně skleněný systém, diferenciální čerpaní
• JEOL JMS-D100: dvojí fokusace, R≈10 000, počítačový data systém
• Finnigan MAT 44S GC-MS, Finnigan MAT GCQ, VG ZAB-EQ BEQQ, iontová past Finnigan LCQ
• Maldi-TOF, ESI, APCI, nano-ESI, FT-ICR (Bruker APEX-Q), Orbitrap
• Direct Inlet, pyrolyzéry, HPLC-ESI, kapilární a plněné GC kolony
• Detektory: Faradayova klec, elektronové násobiče, iontové pasti
• Vakua: rotační, difuzní a turbomolekulární vývěvy, vysoké vakum 10⁻⁷ Torr

Hlavní výsledky a diskuse

V československých laboratořích byla prokázána fragmentační pravidla iontů alifatických i aromatických systémů, popsány specifické přesmyky (tropylium, thiopyrilium), reakce přenosu náboje, Penningova ionizace, asociativní ionizace a chemiionizace. Byla ověřena kvazi-rovnovážná teorie rozpadů a získány první rozpadové křivky iontů. V oblasti organic-MS vznikly první knižní kapitoly o strukturní analýze alkaloidů, saponinů, steroidů a přírodních látek. Příspěvky k chemii iontů doplňovaly výzkum dynamiky a mechanismů iontových reakcí ve zkřížených paprscích.

Přínosy a praktické využití metody

Hmotová spektrometrie umožnila rapidní identifikaci neznámých sloučenin v přírodních extraktech, v klinické diagnostice dědičných metabolických poruch, v kontrolách kvality farmaceutik (metabolity, degradační produkty), forenzní toxikologii, doplňky živin a bezpečnost potravin. Dále sloužila k analýze ekologických vzorků (znečišťující látky ve vodě, ovzduší), v průmyslové analýze (kvalita surovin, zbytkových rozpouštědel, sledování kázně výrobních procesů) i ve výzkumu katalytických systémů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Hlavním směrem rozvoje je integrace vysokorozlišovacích technik (Orbitrap, FT-ICR) s kapalinovou chromatografií pro metabolomiku, proteomiku, lipidomiku a mikrobiální analýzy. Dále se rozšiřuje ambientní ionizace (DESI, DART), hmotnostní spektrometrické zobrazování tkání (MSI), superrezoluce v kombinaci s tandemovou MS3D a multi-omics přístupy. Očekává se širší nasazení automatizovaných bioinformatic- kých nástrojů pro identifikaci neznámých molekul.

Závěr

Československá hmotová spektrometrie si v průběhu posledních šesti dekád vybudovala silnou tradici základního i aplikovaného výzkumu. Původní domácí konstruktéři strojů položili základy, na které navázaly importované přístroje a početné zahraniční stáže. Díky vzájemné spolupráci chemiků, fyziků, inženýrů a techniků se vyvinul široký obor přínosný v celé řadě vědních disciplín a průmyslových aplikací. Kolektivy kolem Univerzity Karlovy, VŠCHT Praha, SAV a zahraničních partnerů zanechaly bohatou stopu ve světové historii mass spectrometry, kterou nyní dále rozvíjejí statečné středo- a mladší generace. Zůstal zachován duch zvídavosti, tvořivosti a spolupráce, bez něhož by se nikdy nepsaly pionýrské kapitoly oboru v Čechách a na Slovensku.

Reference

• Čermák V., Hanuš V., Pacák M.: Slaboproudý obzor 20, 603 (1959).
• Čermák V.: Chem. prům. 7, 8 (1957).
• Čermák V., Hanuš V.: Chem. prům. 34, 235 (1959).
• Rylander P. N., Meyerson S., Grubb H. M.: J. Am. Chem. Soc. 79, 901 (1957).
• Hanuš V., Čermák V.: Collect. Czech. Chem. Commun. 24, 1602 (1959).
• Meyerson S., Hala S., Hanuš V., Landa S.: Collect. Czech. Chem. Commun. 31, 435 (1966).
• Čermák V., Herman Z.: Nature 199, 588 (1963).
• Herman Z., Čermák V.: Collect. Czech. Chem. Commun. 30, 169 (1965).
• Čermák V., Herman Z., Coll. Czech Chem. Commun. 31, 649 (1966).
• Čermák V., Herman Z.: Chem. Phys. Lett. 2, 359 (1968).
• Čermák V., Ozenne J. B.: Int. J. Mass Spectrom. Ion Phys. 7, 399 (1971).
• Čermák V.: J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 3, 329 (1974).
• J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom. 23, 329–456 (1981).
• Jurásek P., Kováčik V.: Collect. Czech. Chem. Commun. 52, 255 (1987).