HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE V TOXIKOLOGII A FORENZNÍ ANALÝZE

Význam tématu

Hmotnostní spektrometrie se stala klíčovou metodou v toxikologii a forenzní analýze díky schopnosti citlivé detekce a spolehlivé identifikace široké škály endogenních i exogenních látek v komplexních matricích. Je nezbytná pro včasnou diagnostiku intoxikací, objasňování trestné činnosti i ověřování pravosti potravin a dalších výrobků.

Cíle a přehled článku

Článek poskytuje přehled moderních přístupů hmotnostní spektrometrie používaných v klinické toxikologii a forenzní chemii. Autoři popisují jak cílené, tak necílené skríningové analýzy, představují miniaturizované přenosné systémy a diskutují metodiky získávání doplňujících informací o původu vzorků.

Použitá metodika a instrumentace

V textu jsou diskutovány tyto hlavní chromatograficko-hmotnostně spektrometrické techniky a ionizační metody:

• GC-MS a GC-MS/MS
• LC-MS/MS (kvadrupól, trojitý kvadrupól)
• LC-HRMS (Q-TOF, Orbitrap)
• GC×GC-MS
• Kapilární elektroforéza spojená s MS
• Ambientní ionizace: DART, DESI, DAPPI, PSI, SSI, ASAP
• MS zobrazování: MALDI, DESI imaging, SIMS, LA-ICP-MS
• Isotopové rozbory: EA-IRMS, GC-IRMS, LC-IRMS, MC-ICP-MS
• Mobilní přenosné MS přístroje: Mini 12, MX908, Griffin G510, PortabilityTM, Mars-400A

Hlavní výsledky a diskuse

Porovnání GC-MS a LC-MS ukazuje, že LC-Q-TOF-MS identifikuje o 240 procent více látkových stop než konvenční GC-MS. Dvoudimenzionální plynová chromatografie GC×GC-MS nabízí vysokou separační kapacitu, ale je náročná na vyhodnocení. V klinické toxikologii se prosazuje LC-MS/MS díky jednoduché přípravě a rychlému vyhodnocení. Pro necílený skríning se preferuje LC-HRMS a přímé MS metody s ambientní ionizací, které snižují riziko falešně pozitivních či negativních nálezů. IRMS umožňuje stanovit geografický a biologický původ látek, zatímco MS zobrazování latentních otisků prstů poskytuje informace o chemickém složení stop a podporuje korelaci s daktyloskopií.

Přínosy a praktické využití metody

• Klinická toxikologie: rychlý skríning a kvantifikace drog, léčiv a metabolitů v krvi nebo moči
• Forenzní analýza: detekce omamných látek, výbušnin, hořlavin a stopových prvků
• Autentičnost a pravost: ověřování potravin, nápojů, inkoustů a farmaceutických výrobků
• Národní bezpečnost: monitoring bojových látek, prediktivní screening na letištích či v terénu
• Zobrazování stop: chemická charakterizace latentních otisků prstů a biologických vzorků

Budoucí trendy a možnosti využití

Významné trendy zahrnují miniaturizaci a vývoj přenosných MS systémů pro point-of-care testing a forenzní analýzu na místě činu. Dále se prosazují ambientní ionizační techniky pro zkrácení doby přípravy vzorku a integrace vysokému rozlišení MS s automatizovanými algoritmy pro identifikaci neznámých látek. Rostoucí zájem je i o spojení MS zobrazování s pokročilými datovými analýzami a strojovým učením.

Závěr

Hmotnostní spektrometrie nabízí široké spektrum aplikací v toxikologii i forenzní chemii díky univerzálnosti, citlivosti a vysoké selektivitě. Kombinace různých separačních technik, ambientních ionizačních zdrojů a pokročilých MS analyzátorů umožňuje efektivní skríning, kvantifikaci i objasňování původu stopových látek. Další rozvoj bude směřovat k přenosným řešením a automatizaci interpretace dat.

Reference

1. Hoffmann W D Jackson G P Annual Review of Analytical Chemistry 8 419 2015
2. Mogollon N G S Quiroz-Moreno C D Prata P S de Almeida J R Cevallos A S Torres-Guierrez R Augusto F J Anal Methods Chem 2018 4142527
3. Van Wijk X M R Goodnough R Colby J M Crit Rev Clin Lab Sci 56 225 2019
4. TIAFT Sample Preparation Recommendations staženo 11 12 2019
5. Maurer H H J Chromatogr Biomed Appl 580 3 1992
6. Grapp M Maurer H H Desel H Drug Test Anal 8 816 2016
7. Grapp M Kaufmann C Streit F Binder L Forensic Sci Int 287 63 2018
8. Stilo F Liberto E Bicchi C Reichenbach S Cordero C LC GC Eur 32 234 2019
9. Remane D Wissenbach D K Peters F T Clin Biochem 49 1051 2016
10. Pitterl F Kob S Pitterle J Steger J Oberacher H LC GC North Am 35 180 2017
11. Peters F T Remane D Anal Bioanal Chem 403 2155 2012
12. Michely J A Meyer M R Maurer H H Anal Chim Acta 982 112 2017
13. FBI Jobs Forensic Programs staženo 10 11 2019
14. Forbes T P Sisco E Analyst 143 1948 2018
15. Correa D N Santos J M Eberlin L S Eberlin M N Teunissen S F Anal Chem 88 2515 2016
16. Matos M P V Jackson G P Forensic Chem 13 16 2019
17. Lehmann E L Arruda M A Z Anal Chim Acta 1063 9 2019
18. McKenna J Jett R Shanks K Manicke N E J Anal Toxicol 42 300 2018
19. Teodoro J A R Pereira H V Sena M M Piccin E Zacca J J Augusti R Food Chem 237 1058 2017
20. Francese S Bradshaw R Denison N Analyst 142 2518 2017
21. Muccio Z Jackson G P Analyst 134 213 2009
22. Becker J S J Anal At Spectrom 17 1172 2002
23. Su B Anal Bioanal Chem 408 2781 2016
24. Pluháček T Švidrnoch M Maier V Havlíček V Lemr K Anal Chim Acta 1030 25 2018
25. Ma W Xu S T Liu H W Bai Y Small Methods 2019 smtd 201900407
26. Smoluch M Grasso G Suder P Silberring J Mass spectrometry An Applied Approach Wiley 2019
27. Li L Chen T C Ren Y Hendricks P I Cooks R G Ouyang Z Anal Chem 86 2909 2014
28. Espy R D Teunissen S F Manicke N E Ren Y Ouyang Z van Asten A Cooks R G Anal Chem 86 7712 2014
29. Li L F Chen T C Ren Y Hendricks P I Cooks R G Ouyang Z Anal Chem 86 2909 2014
30. Ma Q Bai H Li W T Wang C Cooks R G Ouyang Z Talanta 142 190 2015