Скрининг (экологический) - Screening (environmental)

В рамках науки об окружающей среде, скрининг в широком смысле относится к набору аналитических методов, используемых для монитор уровни потенциально опасных органические соединения в окружающей среде, особенно в тандеме с масс-спектрометрии техники.[1][2][3][4] Такие методы скрининга обычно классифицируются как целевые, когда представляющие интерес соединения выбираются до начала анализа, или нецелевые, когда представляющие интерес соединения выбираются на более поздней стадии анализа. Эти два метода можно разделить как минимум на три подхода: целевой скрининг, с помощью эталоны которые аналогичны целевому соединению; подозрение на скрининг, который использует библиотеку каталогизированных данных, таких как точная масса, изотопные структуры, и хроматографический время удерживания вместо стандартных образцов; и нецелевой скрининг, не используя ранее существовавшие знания для сравнения перед анализом.[1][2][3][5] Таким образом, целевой скрининг наиболее полезен при мониторинге наличия определенных органических соединений, особенно для регулирующий цели - что требует более высоких избирательность и чувствительность. Когда количество обнаруженных соединений и связанных метаболиты необходимо максимально использовать для обнаружения новых или возникающих экологических тенденций или биомаркеры в отношении болезней традиционно использовался более нецелевой подход.[4][5][6][7] Однако быстрое усовершенствование масс-спектрометров до форм с более высоким разрешением и повышенной чувствительностью сделало скрининг подозрительных и нецелевых более привлекательным либо в качестве самостоятельных подходов, либо в сочетании с более целевыми методами.[1][2][5][6][8]

Подходы к экологическому скринингу

Масс-спектрометрия используется в сочетании с хроматографией для процессов экологического скрининга.

Методы масс-спектрометрии обычно используются для анализа мониторинга загрязнения окружающей среды, особенно в водной среде (хотя они могут применяться и в неводной среде, например, при скрининге пестицидов на растениях).[9]), в сочетании с хроматографией для разделение.[2][4][10] Для целевого скрининга это означает использование газовая хроматография – масс-спектрометрия (ГХ-МС) или жидкостная хроматография – масс-спектрометрия (ЖХ-МС) », в которых используется мониторинг одиночной реакции (SIM) или мониторинг выбранных реакций (SRM) режимы ".[4] Однако для подозрительного и нецелевого скрининга эти методы неадекватны из-за регистрации только ограниченного числа соединений и недостаточной полезной информации о неизвестных соединениях, особенно с учетом нехватки библиотек сравнения LC-MS.[4] Для таких нецелевых подходов к скринингу требуются масс-спектрометрия с высоким разрешением и хроматография с высокой точностью по массе. Комбинации квадруполь, время полета, ионная ловушка, и орбитальная ловушка появились масс-спектрометрические анализаторы, а также высокоэффективная жидкостная хроматография (и сверхвысокопроизводительная жидкостная хроматография) для более быстрого и эффективного проведения скрининга подозрительных и нецелевых.[2][6][4][10]

Целевой скрининг

Этот раздел посвящен экологическому анализу органических соединений. Для военного определения целей см. Целевой анализ.

Целевой скрининг или анализ полезны при поиске короткого списка заранее определенных органических соединений в образце, игнорируя при этом другие соединения, которые могут присутствовать. Доступны эталоны, которые соответствуют заданным соединениям, и используются для сравнения таких атрибутов, как хроматографическое время удерживания, образец фрагментации, и изотопная картина.[10] Рабочий процесс для целевого скрининга требует оптимизации методов отбора и очистки образцов, а также инструментов для этих заранее определенных соединений, чтобы достичь «конкретного и точного измерения».[2] Большинство аналитических результатов будут количественными по своей природе с учетом узкой направленности скрининга.[2][3] Таким образом, целевые подходы традиционно использовались в схемах регулирующего мониторинга.[11] Обратной стороной, однако, является то, что многие опасные органические соединения не подпадают под действие правил экологического мониторинга и, следовательно, не являются целенаправленными.[8], и этот подход, как правило, не подходит для подходов быстрого реагирования для обеспечения раннего предупреждения о событиях загрязнения.[11]

Проверка подозреваемых

Скрининг подозрений полезен при поиске одного или нескольких подозреваемых соединений с известные конструкции в образце, но эталоны отсутствуют или не существуют. В этом случае пользовательские базы данных, содержащие такую ​​информацию, как точность массы, время удерживания, изотопные структуры и другую информацию о структуре предполагаемых соединений, просматриваются, фильтруются и сравниваются с результатами масс-спектрометрических анализов высокого разрешения с использованием SRM или полной сканы.[3] Затем на основе этой информации выясняется структура предполагаемых соединений, в идеале подтвержденная подлинными эталонными стандартами.[2][3] По сравнению с целевым скринингом, первоначальная работа, выполняемая при скрининге подозреваемых, в основном качественная, с большим количеством количественной работы, которой можно потенциально следовать при более целенаправленном подходе.[10] Помимо возможности анализировать большее количество соединений, дополнительным преимуществом этого подхода является то, что ретроспективный анализ, даже спустя годы, становится возможным без повторного анализа образца.[4][6] Обратной стороной подозрительного подхода является его сложность, в том числе не только с анализом данных (например, с использованием in silico программное обеспечение для фрагментации[10][8][6]), но также тщательно разрабатывают списки проверки подозреваемых и выбирают базы данных.[8]

Нецелевой скрининг

Нецелевой скрининг полезен, когда необходимо исследовать присутствие всех органических соединений в образце. В этом случае, поскольку информация о соединениях, содержащихся в образце, неизвестна, эталонный стандарт не может использоваться для сравнения, по крайней мере на начальном этапе, что в целом делает скрининг нецелевого исследования одним из наиболее сложных подходов. Напротив, для первоначального обнаружения соединений используется полностью автоматизированное сканирование с массовой фильтрацией, обнаружением пиков и другими характеристиками. Затем определяется элементный состав обнаруженных соединений с использованием точной массы ионов. Можно выполнить поиск в базе данных, чтобы определить, какие наиболее вероятные структуры имеют элементный состав.[4][10] Как и при скрининге подозреваемых, первоначальная работа, выполняемая при нецелевом скрининге, в основном качественная, за которой, возможно, следует продолжить количественную работу. Подобно скринингу подозреваемых, обратная сторона полностью нецелевого подхода заключается в том, что процессы требуют большого объема данных, что требует многомерных статистических моделей, а широкий спектр рабочих процессов обработки данных, используемых исследователями, еще больше усложняет оценку эффективности методов анализа этих данных. процессы.[6]

Рекомендации

  1. ^ а б c Fontanals, N .; Pocurull, E .; Marcé, R.M .; Боррулл, Ф. (2019). «Анализ воды - органические соединения». In Worsfold, P .; Poole, C .; Townshend, A .; Миро, М. (ред.). Энциклопедия аналитической науки. 10 (3-е изд.). Эльзевир. С. 286–298. ISBN  9780081019832.
  2. ^ а б c d е ж грамм час Schlabach, M .; Haglund, P .; Reid, M .; и другие. (2017). Проверка подозреваемых в странах Северной Европы: точечные источники в городских районах. Совет министров северных стран. С. 13–14. Дои:10.6027 / TN2017-561. ISBN  9789289352017.
  3. ^ а б c d е Aceña, J .; Heuett, N .; Garinali, P .; и другие. (2016). «Глава 12: Скрининг подозреваемых фармацевтических препаратов и родственных биоактивных соединений, их метаболитов и продуктов их трансформации в водной среде, биоте и людях с использованием методов LC-HR-MS». In Pérez, S .; Eichhorn, P .; Barceló, D. (ред.). Применение времяпролетной масс-спектрометрии и орбитальной масс-спектрометрии в анализе окружающей среды, пищевых продуктов, допинга и судебно-медицинской экспертизы. Комплексная аналитическая химия Уилсона и Уилсона. 71. Эльзевир. С. 357–379. ISBN  9780444635723.
  4. ^ а б c d е ж грамм час Gosetti, F .; Mazzucco, E .; Gennaro, M.C .; и другие. (2016). «Загрязняющие вещества в воде: нецелевой анализ UHPLC / MS». Письма по химии окружающей среды. 14: 51–65. Дои:10.1007 / s10311-015-0527-1. S2CID  100647526.
  5. ^ а б c Dom, I .; Biré, R .; Hort, V .; и другие. (2018). «Расширенные целевые и нецелевые стратегии анализа морских токсинов в мидиях и устрицах с помощью (LC-HRMS)». Токсины. 10 (9). 375. Дои:10.3390 / токсины 10090375. ЧВК  6162736. PMID  30223487.
  6. ^ а б c d е ж Cavanna, D .; Righetti, L .; Elliott, C .; и другие. (2018). «Научные проблемы перехода от целевых масс-спектрометрических методов к нецелевым для анализа фальсификации пищевых продуктов: предлагаемый рабочий процесс валидации, обеспечивающий согласованный подход». Тенденции в пищевой науке и технологиях. 80: 223–41. Дои:10.1016 / j.tifs.2018.08.007.
  7. ^ Качам, Дж. (11 декабря 2015 г.). «В чем разница между целевым анализом и нецелевым анализом?». ResearchGate. Получено 19 сентября 2020.
  8. ^ а б c d Gago-Ferrero, P .; Krettek, A .; Фишер, С .; и другие. (2018). «Скрининг подозреваемых и нормативные базы данных: мощное сочетание для выявления новых микрозагрязнителей». Экологические науки и технологии. 52 (12): 6881–6894. Bibcode:2018EnST ... 52.6881G. Дои:10.1021 / acs.est.7b06598. PMID  29782800.
  9. ^ Wylie, P.L .; Westland, J .; Wang, M .; и другие. (2020). «Скрининг более 1000 пестицидов и загрязнителей окружающей среды в каннабисе с помощью GC / Q-TOF». Медицинский каннабис и каннабиноиды. 3 (1): 14–24. Дои:10.1159/000504391. S2CID  210986718.
  10. ^ а б c d е ж Llorca, M .; Родригес-Мосас, С. (июнь 2013 г.). Современные методы скрининга для быстрой идентификации химических веществ в питьевой воде (PDF). Европейская комиссия, Объединенный исследовательский центр. Дои:10.2788/80087. ISBN  9789279382949.
  11. ^ а б Кларк, А. (2004). «Мониторинг загрязнения: скрининг против целевого анализа». In Gray, J .; Томпсон, К. (ред.). Чрезвычайные ситуации с загрязнением воды: можем ли мы справиться?. Королевское химическое общество. С. 77–99. ISBN  0854046283.