24 de junio de 2019

ASMS en Revisión: Frank Dorman, Universidad Estatal de Pensilvania

Frank Dorman, profesor asociado de bioquímica y biología molecular de la Universidad Estatal de Pensilvania, habló en nuestro seminario de desayuno ASMS sobre su experiencia al usar nuestro modelo de bancada GC×GC-TOFMS de Pegasus BT 4D para analizar la contaminación ambiental en el río Susquehanna.

Debido a la creciente complejidad química del medio ambiente, GC×GC-TOFMS, con su análisis de compuestos no dirigidos, es la tecnología ideal para estas muestras complicadas.

En su presentación, Análisis de contaminación ambiental en el río Susquehanna, Frank detalla la contaminación de la cuenca. Su investigación se centra en el exposoma y las moléculas que se crean cuando los materiales artificiales interactúan con él. ¿Cómo podemos "descubrir" proactivamente los problemas de exposición? La contaminación de los peces es la especie indicadora de referencia para este análisis; el seguimiento de sus mutaciones, o enfermedades macro y microscópicas, no solo ayuda a determinar qué tiene la culpa, sino también cómo resolver esto antes de que la salud humana se vea afectada negativamente. El trabajo continuo del equipo utilizando la espectrometría de masas de tiempo de vuelo de cromatografía de gases bidimensional ha sido una herramienta vital para investigar esto a fondo.

Frank explica su razonamiento sobre por qué eligió GC×GC para analizar estas muestras sobre las de LC o GC: "Estos extractos de muestra serán químicamente muy complejos, por lo que utilizaré GC×GC. ¿Por qué? Porque es la mejor herramienta de separación en el laboratorio. Tiene mucha más capacidad pico que 1D GC y todos los GC tienen mucha más capacidad pico que la cromatografía líquida."

Esto significa que no solo son capaces de identificar los conocimientos conocidos, sino que también descubren incógnitas conocidas en la muestra, que es algo que otras tecnologías no pueden hacer al mismo nivel. La separación, la precisión, el poder de resolución, la desconvolución y la velocidad son vitales para caracterizar muestras complejas; Frank empleó nuestro modelo de bancada Pegasus BT 4D GC × GC-TOFMS para lograrlo.

"El BT tiene muy buena sensibilidad. Una de nuestras preguntas iniciales fue: 'Muy bien BT, ¿cómo te las apañarás cuando te echemos un extracto de pescado desagradable?' y, me alegra decir, que bastante bien. Tiene la capacidad (porque es una fuente estándar de ionización de electrones) de manejar grandes cantidades de contaminantes en los extractos."

Figura 1 Figura 2
 Figura 1  Figura 2

Tener la sensibilidad para manejar estas muestras complejas es de suma importancia porque no existe el pescado "limpio". Además, el software de la marca ChromaTOF® de Pegasus BT 4D está diseñado para el procesamiento avanzado de datos de cromatografía como este. Cuenta con herramientas como NonTarget Deconvolution®, Target Analyte Find, búsquedas en bibliotecas y mucho más para identificar más analitos que nunca. Cuando se trata de límites de detección, Frank explica que el BT 4D fue capaz de superar a varios tipos de espectrómetros de masas más tradicionales, ya que eran un par de órdenes de magnitud más pobres en términos de límites de detección. Además, si se intentara este mismo análisis en un solo cuadrupolo, los límites de detección sufrirían aún más. En comparación, un triple cuadrupolo puede proporcionar límites de detección bastante buenos, pero no le permite buscar no objetivos. Aquí es donde el BT 4D realmente muestra la fuerza de sus datos (Figura 1).

Al observar estos datos, primero queda claro que fueron capaces de lograr límites de detección de métodos en el rango de décimas de nanogramos por gramo, incluso sin la concentración previa de la muestra. En segundo lugar, Frank nos recuerda que, aunque puede estar acostumbrado a ver límites de detección un poco mejores, estos son resultados muy sólidos considerando la falta de preparación de la muestra. Este es un guiño directo al poder cromatográfico del Pegasus BT 4D. Frank y su equipo no necesitan concentrar sus muestras incluso cuando se trata de una matriz extraordinariamente complicada de pescado entero, todo lo que se necesita es una simple extracción de un minuto y luego extraer el solvente. Esto no solo ahorra tiempo a su equipo y aumenta su productividad, sino que también ahorra valiosos recursos de laboratorio.

El uso de las herramientas de procesamiento de datos de ChromaTOF permitió la comparación de las 50 características principales basadas en las relaciones de Fischer después de la comparación estadística de muestras efectuadas frente a las de control (Figura 2). Como puede ver en la imagen anterior, muestra una separación estupenda y clara entre tres grupos de peces: las muestras de control, del río Juniata enfermo y del río West Branch enfermo. El Pegasus BT 4D permite estos límites de detección mejorados y es un comienzo decente para identificar estos objetivos y las incógnitas no dirigidas. sin necesidad de concentrar su muestra y teniendo en cuenta que la matriz de la muestra es muy difícil.

Sin embargo, ¿a dónde ir desde aquí? Para llevar su investigación un paso más allá, Frank utilizó el análisis de GC×GC HR-TOFMS (Pegasus GC-HRT + 4D) para descubrir MÁS compuestos con incógnitas conocidas. Frank y su equipo quieren poder identificar cuáles son estas moléculas, pero con GC×GC-TOFMS, solo están encontrando un puñado de objetivos en los peces enfermos. Esto es desconcertante, pero Frank le insta a recordar que el área principal de interés tiene encima una matriz de peces masiva y complicada. Frank explica que la alta resolución ayuda a resolver esta coelución aún más, y que la especificidad que proporciona le permite al usuario resolver más moléculas entre sí, buscando alternativas de ionización e ionización química (Figura 3).  

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 Figura 3
 Figura 4

Además, el sistema HRT pudo identificar docenas de organohalógenos mediante el uso de ionización química negativa (NCI). El uso de este modo NCI produjo ionización suave (menor fragmentación), compuestos selectivos (electrofílicos), una fidelidad casi perfecta (991/1000) y una mejora general en la sensibilidad (Figura 4).

"Ves esto como un químico analítico, y es realmente genial... cuando vi esta diapositiva estaba sonriendo de oreja a oreja... esto no es un libro de texto, esto es REAL."

Frank y su grupo de investigación de la Universidad Estatal de Pensilvania continúan profundizando en el misterio que rodea a la contaminación de los peces y los factores externos que la causan. Tener la capacidad analítica que ofrece GC×GC-TOFMS en el proceso es la clave para descubrir más sobre este complejo problema ambiental.

En general, GC×GC-TOFMS y TOFMS de alta resolución son herramientas valiosas para responder a la pregunta "¿Qué más hay en mi muestra?" Está claro de la investigación de Frank que los compuestos no dirigidos continúan teniendo un mayor impacto en la correlación de enfermedades que los objetivos; estas tecnologías están allanando el camino para una nueva metodología.

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