Opracowanie systemu komputerowej identyfikacji związków organicznych w analizie rozpoznawczej metodą GC/MS

Abstract

Identyfikacja związków organicznych w próbkach pochodzenia naturalnego o skomplikowanym składzie matrycy stanowi jedno z największych wyzwań współczesnej chemii analitycznej. Metoda chromatografii gazowej ze spektrometrią mas (GC/MS) pozwala podjąć to wyzwanie. Podstawą identyfikacji analitów w tej metodzie jest jednoczesne użycie dwóch parametrów analitycznych: widma mas i chromatograficznego indeksu retencji (RI). Korzystanie z wartości RI dostępnych w źródłach literaturowych nie daje oczekiwanych wyników ze względu na zbyt małą liczbę zgromadzonych danych oraz ze względu na zbyt słabą odtwarzalność RI. Niniejsza rozprawa dotyczy zaprojektowania, stworzenia i praktycznego wdrożenia systemu komputerowej identyfikacji związków organicznych metodą GC/MS. Celem głównym było stworzenie takiego narzędzia, które umożliwi zbieranie RI i widm w sposób automatyczny: szybko i z wykluczeniem błędów wprowadzania ręcznego. Rozprawa ma formę komentarza do pięciu artykułów naukowych o łącznym współczynniku Impact Factor (2012) równym 18,739. Wszystkie artykuły dotyczą publikacji wartości chromatograficznych indeksów retencji. W trzech artykułach prowadzona jest analiza rozpoznawcza, która polega na zastosowaniu metod przewidywania wartości RI dla substancji, które nie posiadały dotychczas tych parametrów zmierzonych. Niniejsze artykuły powstały z częściowym wspomaganiem przez opracowany system. W języku programowania Pascal (z pakietu Delphi 5.0) zbudowano relacyjną bazę danych (RI_mz), która przechowuje informacje o próbkach, chromatogramach, widmach mas i RI zidentyfikowanych analitów. W środowisku MSD Chemstation (Agilent Technologies) napisano programy (makra) umożliwiające obustronną wymianę danych pomiędzy zarejestrowanymi chromatogramami a bazą RI_mz. Zgromadzone dane dotyczą analitów zidentyfikowanych w próbkach pochodzenia naturalnego: ekstrakty z tkanek roślin, eksudaty, olejki eteryczne, ekstrakty produktów pszczelich. W bazie RI_mz zebrano też dane dostępnych w naszym laboratorium substancji wzorcowych oraz zsyntetyzowanych ich pochodnych. Wszystkie pomiary wykonywano w jednakowych warunkach z użyciem kolumny chromatograficznej tego samego typu (polidimetylosiloksan z 5% domieszką grup fenylowych). Zapewniona została w ten sposób wysoka powtarzalność uzyskanych wyników. System został wdrożony do praktycznego użycia i działa w laboratoriach trzech uczelni: Uniwersytetu w Białymstoku, Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku oraz Politechniki Białostockiej.

The identification of organic compounds coming from the natural samples with complex matrices is one of the greatest challenges of modern analytical chemistry. The gas chromatography-mass spectrometry (GC/MS) method allows to undertake this challenge. In this method, the basis of analytes identification is the simultaneous use of two analytical parameters: mass spectrum and chromatographic retention index (RI). The use of available in the literature RI values does not give expected results due to too small number of collected data and because of too poor reproducibility of RI. The presented dissertation deals with the design, development and practical implementation of the computer system of organic compounds identification with the GC/MS method. The main objective was to create a tool that enables the collection of RI and spectra in an automatic way: rapidly and without errors coming from the manual data entering. The dissertation takes the form of the commentary on the five research articles with the total Impact Factor (2012) equal to 18,739. In all of the articles the values of chromatographic retention indices were published. In three articles, the prospecting analysis is performed. It is based on the implementation of RI prediction methods for substances which did not have this parameter measured yet. These articles were created, partially, with the aid of the developed system. The Pascal programming language (from Delphi 5.0 package) was used to built the relational database (RI_mz) which stores the information about samples, chromatograms, mass spectra and RI for identified analytes. In the MSD Chemstation (Agilent Technologies) environment, there were written programs (macros) enabling two-way data exchange between registered chromatograms and RI_mz database. The collected data relate to the analytes identified in the samples of natural origin: plant tissues extracts, exudates, essential oils, bees products extracts. In the RI_mz database there were also collected the data for the reference substances available in our laboratory, and their synthesized derivatives. All measurements were performed under the same conditions with the use of chromatographic column of the same type (polydimethylsiloxane with 5% phenyl groups). In such a way, high reproducibility of the results was ensured. The system was implemented for practical use and it works in the laboratories of three universities: University of Bialystok, Medical University of Bialystok and Bialystok University of Technology.