NIST добавляет новые «отпечатки пальцев» в базу данных химической идентификации

На этой фотографии 1948 года сотрудник NIST работает на раннем масс-спектрометре.
На этой фотографии 1948 года сотрудник NIST работает на раннем масс-спектрометре.

Национальный институт стандартов и технологий (NIST) обновил свою базу данных химических отпечатков пальцев, называемых масс-спектрами, которые используются для идентификации неизвестных химических соединений. Библиотека NIST Mass Spectral Library и ее новая версия, получившая название NIST20, используются в здравоохранении, производстве лекарств, пищевых продуктов и парфюмерии, нефти и природном газе, охране окружающей среды, судебной медицине и почти во всех других отраслях промышленности, которые производят или измеряют физические вещества.

“Если у вас есть таинственное вещество — вы понятия не имеете, что это такое — вы получаете его отпечатки, а затем прогоняете эти отпечатки через нашу библиотеку”, – сказал биостатист NIST Тит Мак. “Если вы обнаружили совпадение, значит вы узнали, ЧТО ЭТО за вещество.”

Эти химические отпечатки пальцев генерируются с помощью лабораторного прибора, называемого масс-спектрометром, который разбивает молекулы на части, а затем выстраивает эти части на графике в соответствии с их массой. Результирующий спектр масс представляется в виде ряда вертикальных линий, которые образуют уникальный рисунок для каждого соединения.

Библиотека NIST Mass Spectral поставляется предварительно установленной на многих инструментах, и пользователи могут приобрести обновление у своего производителя приборов или других дистрибьюторов. Наборы масс-спектров, используемых в специализированных областях исследований, можно бесплатно загрузить с веб-сайта NIST.

Химик-исследователь NIST Келли Телу вводит образец в масс-спектрометр, лабораторный инструмент, который ученые используют для идентификации неизвестных химических соединений
Химик-исследователь NIST Келли Телу вводит образец в масс-спектрометр, лабораторный инструмент, который ученые используют для идентификации неизвестных химических соединений

Масс-спектрометрия особенно полезна для идентификации органических соединений — строительных блоков жизни. Часть роли Мака в этом проекте состояла в том, чтобы решить, какие из бесчисленных органических соединений следует включить в библиотеку.

Для этого он просмотрел каталоги химических производителей и списки важных соединений, опубликованные частными компаниями, государственными учреждениями и научными исследователями. Затем он определил приоритетность соединений на основе их относительной важности и стоимости приобретения образцов для анализа.

Это обновление включает в себя более 14 000 метаболитов человека и растений. Это те вещества, которые образуются, когда живые организмы разрушают пищу, лекарства или их собственные ткани, например, когда вы сжигаете жир с помощью упражнений. Медицинские тесты часто включают в себя определение метаболитов в крови или моче. Растительные метаболиты составляют еще большую совокупность химических соединений. Они есть во всем, что мы едим, и важны в сельскохозяйственном секторе.

Обновление также включило пестициды и загрязнители окружающей среды, химические вещества, используемые в производстве, такие как смазочные материалы и поверхностно-активные вещества, фармацевтические препараты и запрещенные наркотики, такие как новые сорта фентанила (лекарства, способствующего общенациональной эпидемии передозировки).

После того, как NIST приобрел образцы соединений, химики прогнали их через тщательно откалиброванные масс-спектрометры. Они делали это на различных приборах в разных условиях, получая несколько масс-спектров для каждого соединения. В соответствии с высокими стандартами NIST как национальной измерительной лаборатории, команда экспертов затем проанализировала данные, чтобы обеспечить высокую точность и достоверность.

“Мы тщательно собираем и контролируем данные, чтобы пользователи могли быть уверены в своих результатах идентификации”, — сказала вычислительный биолог NIST Сара Янг, которая работала над контролем качества.

Участники конференции масс-спектрометрии 1951 года в NIST, которая тогда называлась Национальным бюро стандартов. На этой фотографии представлены 100 мужчин и одна женщина.
Участники конференции масс-спектрометрии 1951 года в NIST, которая тогда называлась Национальным бюро стандартов. На этой фотографии представлены 100 мужчин и одна женщина.

NIST Mass Spectral Library, которая входит в число крупных коммерчески доступных библиотек и широко используется, имеет два основных компонента. Библиотека электронной ионизации (EI) используется для идентификации летучих соединений, таких как те, которые вы можете почувствовать в воздухе. Примерно 40 000 новых соединений были добавлены в эту библиотеку, в общей сложности более 300 000. Тандемная библиотека используется для определения более тяжелых соединений в жидкостях, таких как грунтовые воды или кровь. Эта библиотека почти удвоилась в размере до более чем 30 000 соединений и включает в себя 1,3 миллиона спектров.

Органические соединения, как Tinkertoys, состоят в основном из атомов углерода, водорода, кислорода и азота. Их можно соединить бесконечным количеством способов. Разнообразие жизни на Земле существует благодаря огромным возможностям органической химии. Из всех известных и неизвестных органических соединений библиотека NIST лишь едва затронула поверхность.

И количество важных соединений будет продолжать расти. Всегда будут появляться новые виды микробов, которые могут вызвать новую болезнь или произвести спасительное для жизни лекарство. И ученые будут продолжать синтезировать новые соединения, от химического оружия до лекарств от рака.

Работа по обновлению масс-спектральной библиотеки NIST новыми соединениями будет продолжаться. Но уже сейчас химики могут легко определить десятки тысяч из них.

Источник: https://www.nist.gov/news-events/news/2020/06/nist-adds-new-fingerprints-chemical-identification-database

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *