La ionización DBDI como puente entre la GC y la LC-MS Análisis de plaguicidas sin concesiones: 687 plaguicidas en 15 minutos

Los métodos clásicos de GC-MS alcanzan sus límites cuando se trata de matrices complejas y listas de compuestos cada vez más extensas. Una fuente de iones basada en DBDI genera iones moleculares intactos en lugar de fragmentos, lo que abre el camino a flujos de trabajo más sencillos, a la confirmación por MS/MS y a bibliotecas de espectros compartidas con LC-MS/MS.

La cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS) forma parte desde hace décadas del repertorio estándar del análisis de residuos de plaguicidas. Sus ventajas son bien conocidas: alta capacidad de separación, reproducibilidad, cuantificación fiable y una amplia base de datos gracias a las bibliotecas de espectros consolidadas. Sin embargo, se debate menos lo que el método de ionización predominante —la ionización por impacto de electrones (EI)— impide de forma sistemática en este contexto.

Cuando los espectros de fragmentos ya no son suficientes

En la ionización por electrones (EI), las moléculas del analito se someten a la acción de electrones de alta energía. El resultado es una fragmentación extensa: el ion molecular intacto se destruye, mientras que queda un patrón de entre 10 y 20 picos de fragmentos en el rango de masas bajas. En matrices puras con concentraciones elevadas, esto resulta suficiente. En muestras reales, como por ejemplo extractos de alimentos, matrices ambientales o materiales agrícolas complejos, estos iones fragmentados compiten con las señales de la matriz en las mismas regiones del espectro.

Las consecuencias: un mayor esfuerzo manual en la evaluación para la identificación de picos, selectividad limitada en concentraciones traza cercanas al límite máximo de residuos (LMR). A esto se suma el hecho de que las normas reguladoras para determinadas sustancias exigen al menos dos puntos de identificación; en el caso del GC-EI, además del cromatograma, normalmente se requieren iones fragmentarios característicos en el modo de monitorización de iones seleccionados (SIM). Si el modo SIM no es posible o no es inequívoco, se hace necesaria una segunda serie de mediciones en una plataforma de LC-MS/MS (cromatografía líquida-espectrometría de masas): lo que conlleva una nueva preparación de muestras, a menudo adaptada con gran esfuerzo, y que, en el caso de analitos volátiles o termolábiles, en ocasiones no ofrece resultados aprovechables, ya que estos simplemente no se ionizan en las condiciones de ionización por electrospray (ESI) que suelen acompañar a la LC-MS.

El resultado: dos ecosistemas de dispositivos distintos, dos formatos de bibliotecas espectrales y dos procesos de desarrollo de métodos, lo que supone el doble de esfuerzo en materia de adquisición, mantenimiento y formación.

La ionización suave como puente entre la GC y la LC

Es precisamente aquí donde entra en juego una fuente de iones basada en DBDI. DBDI son las siglas de «descarga de barrera dieléctrica», un principio de ionización que ioniza los analitos de forma suave y, por lo tanto, los fragmenta menos. El resultado son espectros dominados por iones moleculares y cuasimoleculares intactos: principalmente [M+H]⁺ y [M]⁺. Mientras que la EI distribuye la intensidad de la señal entre 10 y 20 picos de fragmentación, la fuente de iones DBDI concentra la señal en una o dos especies iónicas dominantes.

Plasmion ha comercializado esta tecnología bajo el nombre de Sicrit. Una ventaja arquitectónica decisiva: mediante módulos de acoplamiento específicos, la misma fuente de iones puede conectarse, según se elija, a una separación por GC o por LC con el mismo espectrómetro de masas. Las mediciones de GC y LC siguen realizándose en ciclos independientes, pero comparten la misma química iónica, la misma biblioteca espectral y el mismo flujo de trabajo de confirmación. Además, la fuente de iones puede ionizar tanto componentes polares como no polares, lo que difumina en cierta medida la frontera tradicional entre el análisis basado en GC y el basado en LC. No está vinculada a ningún fabricante de equipos en concreto, sino que puede combinarse con todos los sistemas cromatográficos disponibles en el mercado (GC, LC, SFC) y con un espectrómetro de masas a presión atmosférica.

Límites reglamentarios de detección en el modo de barrido completo

El hecho de que la fuente de iones proporcione iones moleculares intactos y pueda combinarse con ambas plataformas de separación constituye la base técnica; sin embargo, la cuestión decisiva para su uso en el laboratorio es: ¿es suficiente la sensibilidad para los límites de detección (LOD) relevantes desde el punto de vista normativo? Los LOD para los plaguicidas deben alcanzar o estar por debajo del valor máximo estándar de la UE de 10 ppb, idealmente sin tener que recurrir a modos de adquisición específicos como SIM o el monitorización de reacciones múltiples (MRM).

En un estudio realizado con un sistema GC-DBDI-LC-QTOF, se analizaron 74 pesticidas procedentes de tres patrones multirresiduos en un rango de calibración de cinco puntos, comprendido entre 1 ppb y 1 ppm. Los LOD se calcularon según la metodología de la Comisión Europea (3,9 × Sb / pendiente; Sb = desviación estándar). Todas las mediciones se realizaron en modo Full-Scan-MS¹ —sin SIM, sin MRM y sin optimización específica para cada compuesto—.

El resultado: 70 de los 74 compuestos alcanzaron LOD inferiores al valor máximo estándar de la UE de 10 ppb. Las curvas de calibración mostraron una fuerte linealidad en los tres patrones. Alcanzar límites de detección relevantes desde el punto de vista normativo en el modo de barrido completo no dirigido no es una cuestión trivial: esto demuestra el potencial de optimización de este método para su uso específico con otros modos (SIM, MRM) o, en general, en sistemas de triple cuadrupolo (MRM).

Confirmación por MS/MS directamente a partir del análisis de GC

Una sensibilidad suficiente es el primer requisito para su uso en el ámbito regulatorio; el segundo es la identificación inequívoca de un resultado positivo. Es precisamente aquí donde se pone de manifiesto otra ventaja de los iones precursores intactos: Con un ion precursor [M+H]⁺ dominante, el flujo de trabajo de confirmación se simplifica considerablemente. La adquisición dependiente de datos (DDA) puede activar automáticamente la fragmentación por disociación inducida por colisión (CID) para los compuestos de interés. Los espectros MS² resultantes se obtienen a partir de un ion precursor claramente definido con energías de colisión controladas —el mismo marco experimental que en la confirmación por LC-MS/MS—.

Dado que los iones precursores generados son químicamente equivalentes a los generados por ESI, los espectros MS² obtenidos mediante adquisiciones GC-DBDI pueden compararse directamente con las bibliotecas de espectros LC-MS/MS existentes, sin necesidad de traducción ni adaptación. En el caso del diazinón, por ejemplo, el espectro MS² coincidió con la entrada de la biblioteca LC-MS/MS de Shimadzu como resultado más relevante.

Cobertura del laboratorio de química

Una vez demostradas la sensibilidad y la capacidad de confirmación con un conjunto reducido de compuestos, surgió la pregunta de hasta qué punto se podía ampliar este enfoque y qué parte del espacio de compuestos relevante podía abarcar realmente un único método. Tradicionalmente, los métodos de GC y LC han dividido este espacio en función de las propiedades químicas: los compuestos no polares volátiles y semivolátiles se analizan mediante GC, mientras que los polares y termolábiles se analizan mediante LC. Muchas listas de plaguicidas contienen compuestos de ambos ámbitos, y ninguna plataforma convencional única los cubre a ambos.

Esta cuestión se analizó, entre otros, en un estudio realizado en el marco de un proyecto de doctorado en la Universidad Técnica de Múnich con la misma configuración de GC-DBDI-LC-QTOF. En él se analizaron 687 pesticidas —tanto de clases de compuestos aptos para GC como para LC—, de los cuales ya se pudo detectar el 99,1 % en un primer ensayo sin optimización. Cabe destacar que incluso los compuestos que tradicionalmente se analizan mediante LC se midieron mediante separación por GC sin necesidad de derivatización alguna, lo cual es posible porque la ionización DBDI no se limita a analitos polares o apolares. El rango dinámico lineal superó tres órdenes de magnitud, y la sensibilidad cumplió los umbrales de los LMR de la UE para todos los compuestos detectados. Además, el uso de hidrógeno en lugar de helio como gas portador redujo el tiempo de análisis en aproximadamente un 40 %, hasta los 15 minutos, manteniendo la misma resolución cromatográfica y sin efectos negativos en el rendimiento de la espectrometría de masas ni en la calidad de los espectros.

Qué significa esto para el día a día del laboratorio

Las ventajas analíticas tienen una dimensión directa en lo que respecta a la infraestructura. Un laboratorio convencional que utiliza la GC-MS y la LC-MS como plataformas independientes mantiene dos ecosistemas de equipos independientes: dos espectrómetros de masas, dos fuentes de ionización, dos formatos de bibliotecas espectrales y dos procesos de desarrollo de métodos.

Al compartir una fuente de iones común para GC y LC, ambos métodos de separación comparten la misma química iónica, la misma biblioteca de espectros y el mismo flujo de trabajo de confirmación. Esto no significa que el GC-EI y el LC-ESI queden obsoletos: seguirá habiendo aplicaciones que requieran específicamente patrones de fragmentación EI para la identificación, o ESI para compuestos que no sean compatibles con la separación por GC. Lo que surge ahora es una tercera categoría: aplicaciones en las que un único método de ionización abarca ambos espacios de compuestos en una plataforma de MS unificada.

Precisamente en esta tercera categoría se reduce notablemente el esfuerzo descrito al principio en lo que respecta a la infraestructura y los procesos: una plataforma de dispositivos en lugar de dos, una biblioteca de espectros común, menos duplicidades en el desarrollo de métodos y un menor esfuerzo de mantenimiento y formación.

Conclusión

La ionización suave, combinada con la GC, no solo mejora la calidad de los espectros, sino que sienta las bases para un flujo de trabajo analítico radicalmente diferente. La fuente de iones basada en DBDI genera espectros dominados por iones moleculares y cuasimoleculares intactos, con límites de detección que, para muchas sustancias, superan incluso a los de los métodos de GC-MS existentes, y permite la confirmación por MS/MS mediante la comparación directa con bibliotecas de LC-MS/MS. Para los laboratorios que hasta ahora han gestionado el GC-MS y el LC-MS como mundos separados, el DBDI abre así una vía para eliminar esa barrera sin renunciar a la profundidad analítica de ninguno de los dos métodos.