В науках об окружающей среде скрининг в широком смысле относится к набору аналитических методов, используемых для мониторинга уровней потенциально опасных органических соединений в окружающей среде, особенно в сочетании с методами масс-спектрометрии . [1] [2] [3] [4] Такие методы скрининга обычно классифицируются как целевые, когда интересующие соединения выбираются до начала анализа, или нецелевые, когда интересующие соединения выбираются на более поздней стадии анализа. Эти два метода можно организовать по крайней мере в три подхода: целевой скрининг , использующий эталонные стандарты , которые аналогичны целевому соединению; подозрительный скрининг , который использует библиотеку каталогизированных данных, таких как точная масса , изотопные паттерны и хроматографическое время удерживания вместо эталонных стандартов; и нецелевой скрининг , не использующий никаких уже существующих знаний для сравнения перед анализом. [1] [2] [3] [5] Таким образом, целевой скрининг наиболее полезен при мониторинге присутствия определенных органических соединений, особенно в целях регулирования , что требует более высокой селективности и чувствительности . Когда необходимо максимально увеличить количество обнаруженных соединений и связанных с ними метаболитов для обнаружения новых или возникающих экологических тенденций или биомаркеров заболеваний, традиционно используется менее целенаправленный подход. [4] [5] [6] [7] Однако быстрое усовершенствование масс-спектрометров до более высокоразрешающих форм с повышенной чувствительностью сделало подозрительный и нецелевой скрининг более привлекательным, как в качестве отдельных подходов, так и в сочетании с более целенаправленными методами. [1] [2] [5] [6] [8]
Методы масс-спектрометрии обычно используются для анализа мониторинга загрязняющих веществ в окружающей среде, особенно в водных средах (хотя их можно применять и в неводных средах, например, при скрининге пестицидов на растительном материале [9] ), в сочетании с хроматографией для разделения . [2] [4] [10] Для целевого скрининга это означает использование методов газовой хроматографии-масс-спектрометрии (ГХ-МС) или жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии (ЖХ-МС), «которые используют режимы мониторинга одиночной реакции (SIM) или мониторинга выбранной реакции (SRM)». [4] Однако для подозрительного и нецелевого скрининга эти методы неадекватны из-за регистрации только ограниченного числа соединений, и недостаточно полезной информации, которая может быть получена о неизвестных соединениях, особенно с учетом нехватки библиотек сравнения ЖХ-МС. [4] Для этих нецелевых подходов к скринингу требуются методы масс-спектрометрии высокого разрешения и хроматографии с высокой точностью определения массы. Появились комбинации квадрупольных , времяпролетных , ионных ловушек и орбитальных масс-спектрометрических анализаторов, а также высокоэффективная жидкостная хроматография (и сверхвысокоэффективная жидкостная хроматография) для более быстрого и эффективного скрининга подозрительных и нецелевых объектов. [2] [6] [4] [10]
Целевой скрининг или анализ полезен при поиске короткого списка предопределенных органических соединений в образце, игнорируя другие соединения, которые могут присутствовать. Доступны эталонные стандарты, которые соответствуют предопределенным соединениям, и используются для сравнения таких атрибутов, как время хроматографического удерживания, паттерн фрагментации и изотопный паттерн. [10] Рабочий процесс целевого скрининга требует оптимизации методов извлечения образца, очистки образца и инструментальных методов для этих предопределенных соединений, чтобы достичь «конкретного и точного измерения». [2] Большинство аналитических результатов будут количественными по своей природе, учитывая узкую направленность скрининга. [2] [3] Таким образом, целевые подходы традиционно использовались в схемах нормативного мониторинга. [11] Однако недостатком является то, что многие опасные органические соединения не охватываются регулированием экологического мониторинга и, таким образом, не являются конкретно нацеленными, [8] и этот подход, как правило, не подходит для подходов быстрого реагирования для обеспечения раннего оповещения о случаях загрязнения. [11]
Скрининг подозреваемых полезен при поиске одного или нескольких подозреваемых соединений с известными структурами в образце, но эталонные стандарты недоступны или не существуют. В этом случае пользовательские базы данных, содержащие такую информацию, как точность массы, время удерживания, изотопные паттерны и другую информацию о структуре для подозреваемых соединений, просматриваются, фильтруются и сравниваются с результатами масс-спектрометрических анализов высокого разрешения с использованием SRM или полного сканирования. [3] Затем структура подозреваемых соединений выясняется на основе этой информации, в идеале подтвержденной подлинными эталонными стандартами. [2] [3] По сравнению с целевым скринингом, первоначальная работа, выполняемая при скрининге подозреваемых, в основном качественная, с более количественной работой, которая потенциально может следовать при более целевом подходе. [10] Помимо возможности анализа большего количества соединений, дополнительным преимуществом этого подхода является то, что ретроспективный анализ, даже годы спустя, возможен без повторного анализа образца. [4] [6] Недостатком подхода с подозрением является сложность, связанная не только с анализом данных (например, с использованием программного обеспечения для фрагментации in silico [10] [8] [6] ), но и с тщательной разработкой списков скрининга подозреваемых и выбором баз данных. [8]
Нецелевой скрининг полезен, когда необходимо исследовать присутствие всех органических соединений в образце. В этом случае, поскольку информация о соединениях, содержащихся в образце, неизвестна, для сравнения нельзя использовать эталонный стандарт, по крайней мере на начальном этапе, что в целом делает нецелевой скрининг одним из самых сложных подходов. Вместо этого для первоначального обнаружения соединений используется полное автоматическое сканирование с фильтрацией масс, обнаружением пиков и другими характеристиками. Затем элементный состав обнаруженных соединений выводится с использованием точной массы ионов. Можно выполнить поиск в базе данных, чтобы получить фиксацию наиболее правдоподобных структур с учетом элементного состава. [4] [10] Как и при скрининге подозреваемых, начальная работа, выполняемая при нецелевом скрининге, в основном качественная, с потенциальной последующей количественной работой. Подобно скринингу подозреваемых, недостатком полностью нецелевого подхода является интенсивное использование данных в процессах, требующее многомерных статистических моделей, а широкий спектр рабочих процессов обработки данных, используемых исследователями, еще больше усложняет оценку производительности метода этих процессов анализа данных. [6]