การใช้งานแก๊สโครมาโทกราฟี-แมสสเปคโตเมทรี (GCMS) ในการวิเคราะห์ทดสอบแบ่งเป็น งานด้านการวิเคราะห์เชิงคุณภาพ (Qualitative) และการวิเคราะห์เชิงปริมาณ (Quantitative)  โดยโหมดการทำงานของเครื่อง MS จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการวิเคราะห์ทดสอบได้ ดังนี้

โหมดการทำงานของเครื่อง MS

• Full scan หรือ Scan เป็นโหมดการทำงานที่กำหนดช่วงมวลต่อประจุให้เครื่อง MS อ่านค่าตามช่วงที่กำหนด เพื่อนำสเปคตรัมที่บันทึกได้ของสารแต่ละชนิดไปเปรียบเทียบกับฐานข้อมูล

• Selected Ion Monitoring (SIM) เป็นโหมดการทำงานสำหรับระบุเฉพาะมวลต่อประจุของสารที่สนใจ ช่วยให้การวิเคราะห์มีความจำเพาะเจาะจงมากขึ้นกว่าโหมด Full scan ทำให้การวิเคราะห์เชิงปริมาณมีความไวในการวิเคราะห์มากยิ่งขึ้น

• Multiple or Selected Reaction Monitoring (MRM or SRM) เป็นโหมดที่เกิดการแตกประจุของสารที่สนใจ 2 ครั้ง เพื่อให้เกิดความจำเพาะเจาะจงต่อสารที่สนใจมากยิ่งขึ้น ทำให้มีความไวในการวิเคราะห์มากกว่าโหมด SIM

รูปแสดงโครมาโทแกรมเปรียบเทียบระหว่าง Full Scan SIM (LRMS) และ SIM (HRMS)

          สำหรับโหมดการทำงาน Full scan และ SIM หากเป็นการทำงานร่วมกับเครื่อง MS ชนิดแยกชัดสูง (High resolution mass spectrometer ; HRMS)  ก็จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการวิเคราะห์ทั้งด้านคุณภาพและปริมาณ  นอกจากนี้ยังเพิ่มขีดความสามารถด้านการวิเคราะห์ non-target compound ตลอดจน unknown compound ได้อีกด้วย

GC-Orbitrap MS

          เป็นระบบการวิเคราะห์แบบให้ความละเอียดสูงและความถูกต้องของมวลต่อประจุ (High resolution/ Accurate Mass spectrometer ; HR/AM) ที่ช่วยตอบโจทย์งานวิเคราะห์วิจัยทั้งทางด้าน Targeted Quantitation, Targeted Screening, Non-targeted Screening และ Unknown ดังนี้

Targeted Compound

          สำหรับการวิเคราะห์ Target compoud ที่เป็นการวิเคราะห์โดยทั่วไป  GC-orbitrap MS จะใช้โหมด Full scan ในการวิเคราะห์ โดยให้ความไว (Sensitivity และความจำเพาะเจาะจง (Selectivity)  

          ตัวอย่างการวิเคราะห์สารปราศัตรูพืช (Pesticides) (https://bit.ly/3cwv07z) ที่สามารถให้ผลการวิเคราะห์ได้ทั้งเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ โดยสามารถปรับใช้ Resolving power เพื่อช่วยในการวิเคราะห์ได้โดยไม่สูญเสียความถูกต้องในการวัดค่ามวลต่อประจุ  ช่วยให้การวิเคราะห์ง่ายขึ้นลดความกังวลในขั้นตอนการเตรียมตัวอย่างลง

รูปแสดงการเปรียบเทียบการวิเคราะห์ที่ใช้ Resolving power ต่างๆ

Non-Target compound

รูปแสดงขั้นตอนการวิเคราะห์ Non-target screening

          การวิเคราะห์เพื่อหา Non-Target compound จะใช้สเปคตรัมเปรียบเทียบกับฐานข้อมูลทั่วไป (NIST or Wiley) แล้วยืนยันโครงสร้างทางเคมีด้วยการวิเคราะห์ในโหมด CI ดังตัวอย่างการวิเคราะห์ (https://bit.ly/3rd2gov)  การวิเคราะห์ลักษณะนี้จะมีซอฟแวร์ช่วยในการประมวลผลเพื่อให้ง่ายต่อการวิเคราะห์และจัดการผลการวิเคราะห์ในรูปแบบต่างๆ เพื่อตอบโจทย์งานวิจัย

Unknown

          การวิเคราะห์ Unknown สามารถใช้สเปคตรัมทีความถูกต้องของมวลสูงรวมถึงข้อมูลรูปแบบไอโซโทปของสารเพื่อให้สามารถคาดการณ์ถึงองค์ประกอบธาตุของสารใดๆได้อย่างแม่นยำ  จำนวนสูตรทางเคมีที่เป็นไปได้ (Hits) ของ Unknown Compound ตัวหนึ่งๆ จะถูกคำนวณจาก Spectral Data ที่มีคุณภาพจากการใช้ Resolution สูงและให้ค่า Accuracy ในระดับที่ต่ำกว่า 1 ppm จนทำให้ลดจำนวนสูตรทางเคมีที่เป็นไปได้ของสารดังกล่าวลงในระดับที่ต่ำที่สุด ดังตัวอย่างที่แสดงในรูป

          ความคลาดเคลื่อนของมวล (Mass Tolerances) ที่แตกต่างกันตั้งแต่ 0.5 ppm ถึง 10 ppm ถูกนำมาใช้เพื่อคำนวณสูตรทางเคมีที่เป็นไปได้ จะพบว่าที่ 10 ppm จะคำนวณสูตรทางเคมีได้ถึง 60 Hits ในขณะที่ระดับ 3 ppm ถึงแม้จะเป็นแบบค่อนข้างต่ำ แต่ก็ยังคำนวณได้ถึง 20 Hits แต่ในระบบ GC-Orbitrap MS ที่ให้ Accuracy ได้ถึงในระดับ sub-ppm จะให้จำกัดจำนวน Hits เหลือเพียงแค่ 2 เท่านั้น สูตรทางเคมีที่คำนวณได้ในระดับความถูกต้องของมวลที่ระดับ 0.3 ppm สำหรับ m/z 304.10058 นี้ คือ C₁₂H₂₁N₂O₃PS และเมื่อส่งข้อมูลไปเทียบกับฐานข้อมูลออนไลน์ของ ChemSpider แล้วสามารถระบุได้ว่าสารดังกล่าว คือ ยาฆ่าแมลง diazinon นั่นเอง นอกจากนี้ ยังสามารถยืนยันเพิ่มเติมโดยการตรวจสอบ Fragment Ions ของสารนี้กับ Spectral Libraries ที่ได้มาจาก Electron Impact (EI) ได้อีกด้วย

โดยสรุป 

         เครื่อง GC-Orbitrap MS เป็นเครื่องมือที่ครอบคลุมการวิเคราะห์ทดสอบขยายกรอบความสามารถของเครื่อง GCMS ทั่วไปให้รองรับงานวิจัย  ตอบโจทย์การวิเคราะห์ด้วยประสิทธิภาพสูงที่สุด อีกทั้งยังออกแบบมาให้ใช้งานได้ทนทาน  ดูแลรักษาง่าย อีกด้วย