Secrets of science magazine 01/2024

Význam tématu

Současné aplikace analytické chemie pokrývají klíčové výzvy v oblasti životního prostředí, energetiky, forenzní a klinické diagnostiky. Pokročilé metody – od pyrolytických přeměn biovýroby přes selektivní detekci palivových markerů a iontové addukty v MS až po mikroodběr krve a screening Alzheimerovy patologie či kvalitu vody pro zelený vodík – představují pilíře udržitelné techniky a medicíny budoucnosti.

Cíle a přehled článků

Magazín „Secrets of Science 01/2024“ představuje šest vybraných studií:

• Analýzu teplotního záření v systémech nahromaděných částic pomocí modifikovaného IR-traceru.
• Vývoj metody GC-MS/MS pro detekci nového palivového markeru ACCUTRACE™ Plus BPE.
• Studium plynné stability biskvaternárního aduktu s trifluoroacetátem v ESI-MSn.
• Nasazení DPS karet pro odběr a analýzu mikrosrážek krve v terénu.
• Imunoprecipitaci v kombinaci s MALDI-TOF MS pro měření plazmatických Aβ jako biomarkerů Alzheimerovy choroby.
• Upcyklaci biovelikostí pyrolýzou s optimalizací produktů biocharu, biolihovin a plynů.
• Řízení kvality ultraczisté vody v elektrárnách pro výrobu zeleného vodíku (P2G) pomocí inline TOC a konduktivity.

Použitá metodika a instrumentace

• Pyrolytická analýza a mikropyrolýza spojená s GC-MS pro charakterizaci a optimalizaci biovýroby.
• GC-MS/MS (MDGC, QP2020 NX, FID-2030) s technikou „heart-cut“ pro kvantitativní stanovení butylfenyléteru v palivech.
• ESI-MSn na LCMS-IT-TOF pro výzkum aduktů kvaternárních amonných solí s trifluoroacetonátem.
• DPS karty Telimmune pro suchou frakcionaci a izolaci plazmy z kapky krve a následná LC-MS analýza.
• Imunoprecipitace Aβ peptidů s následnou MALDI-TOF MS (AXIMA Performance) pro přesné stanovení poměru Aβ1-42/Aβ1-40 a APP669-711.
• Inline TOC analyzátor TOC-1000e pro kontinuální monitoring organického uhlíku a vodivé­ ho odporu ultraczisté vody.

Hlavní výsledky a diskuse

• Potvrzení vlivu emisivity a odrazných vlastností materiálů na teplotní přenos v hromadném loži kovových tyčí.
• LOD 2,8 µg/L pro BPE v palivech, lineární odezva R2 > 0,9999 a robustní kvantifikace v rozsahu 0,1–12 mg/L.
• Popis MSn fragmentačních drah aduktu biskvaternárního amonného iontu s TFA vede ke vzniku kovalentně vázaných aniontů.
• DPS karty umožňují odběr 3 µL plazmy bez chlazení, s nízkou odběrovou chybou a snadnou integrací do 96‐jamkových desek.
• První přesná detekce plazmatických Aβ peptidů metodou IP-MALDI-TOF ukázala vysokou shodu s amyloid PET (AUC až 96,7 %).
• Optimalizované podmínky pyrolýzy vedou k řízené produkci biocharu, biolihovin a bioplynu, vhodných pro různé aplikace (zemědělství, paliva, chemikálie).
• Inline monitorování TOC < 50 ppb a vodivosti < 0,1 µS/cm zajišťuje dlouhodobou stabilitu PEM elektrolýzních stacků.

Přínosy a praktické využití metody

• Zvýšená energetická účinnost a úspora emisí v průmyslových pecích a kamenících.
• Snížení podvodů s palivy a lepší ochrana daňových výnosů díky novému launderingu odolnému markeru.
• Možnost detekovat a studovat netypické iontové adukty pro vývoj nových senzorů.
• Rychlý a bezkontaktní krevní screening v terénech s omezenou infrastrukturou.
• Včasná identifikace pacientů s Alzheimerovou chorobou před klinickou manifestací.
• Využití široké škály biovýroby jako obnovitelného zdroje uhlíku a energie.
• Zajištění kvality vody pro elektrolyzéry umožňuje spolehlivou produkci zeleného vodíku.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření on-line PAT a umělé inteligence pro prediktivní údržbu a automatizaci procesů.
• Nové analytické platformy pro multi-omics kombinující MS, spektroskopii a imuno­chemii.
• Vývoj kompaktních terénních zařízení pro okamžitý screening biomarkerů a environmentálních vzorků.
• Integrace upcyklace biovýroby do oběhových biorefinérií s využitím elektrokatalýzy a fotokatalýzy.
• Další miniaturizace a digitalizace analyzátorů pro decentralizované laboratoře a IoT aplikace v průmyslu 4.0.

Závěr

Prezentované pokročilé analytické technologie a metody zdůrazňují strategický význam moderní chemické instrumentace pro vývoj udržitelných aplikací ve zdravotnictví, chemickém průmyslu, forenzních laboratořích a energetice. Vzájemná integrace metod zvyšuje přesnost, efektivitu a robustnost analýz, což urychlí přechod k nízkouhlíkovým a personalizovaným řešením.

Reference

• Secrets of Science Magazine 01/2024, Shimadzu Europa GmbH.
• Nowakowski D. a kol.: Studies on packed bed radiation heat transfer, Energy Plant Technology Dept., Ruhr University Bochum.
• Kaneko N. et al.: IP-MALDI-TOF MS detection of plasma Aβ, National Center for Geriatrics and Gerontology, 2018.
• Lorenzo Parodi N. a kol.: GC-MS/MS method for ACCUTRACE™ Plus BPE detection, Shimadzu Europe, 2024.
• Kowalska M., Bąchor R.: Bisquaternary ammonium-TFA adduct fragmentation, Univ. of Wrocław, 2024.
• Meyer M.: DPS card method for blood sampling and analysis, Telimmune & Shimadzu Europe, 2024.
• Janssen M.: Inline TOC monitoring for PEM electrolysis, Shimadzu Europe, 2024.