Национальный институт стандартов и технологий (NIST) обновил свою базу данных химических отпечатков, называемых масс-спектрами, которые используются для идентификации неизвестных химических соединений. Библиотека массовых спектров NIST и ее новая версия, названная NIST20, используется в здравоохранении, при обнаружении лекарств, продуктов питания и ароматизаторов, нефти и природного газа, в охране окружающей среды, в криминалистике и почти во всех других отраслях промышленности, которые производят или измеряют физические вещества.
«Если у вас есть загадочное вещество — вы понятия не имеете, что это такое — вы генерируете его отпечаток, а затем прогоняете эти отпечатки через нашу библиотеку», — сказал биостатистик НИСТ Тайтус Мак (Tytus Mak). «Если вы найдете совпадение, вы знаете, что это за вещество».
Эти химические отпечатки генерируются с помощью лабораторного прибора, называемого масс-спектрометром, который разбивает молекулы на куски, а затем выстраивает эти куски на графике в соответствии с их массой. Полученный масс-спектр представляет собой серию вертикальных линий, образующих уникальный рисунок для каждого соединения.
Библиотека масс-спектров NIST поставляется предустановленной на многие приборы, и пользователи могут приобрести обновление у производителя прибора или других дистрибьюторов. Коллекции массовых спектров, используемых в специализированных областях исследований, можно бесплатно загрузить с сайта NIST.
Масс-спектрометрия особенно полезна для идентификации органических соединений — строительных блоков жизни. Частично роль Мака в этом проекте заключалась в том, чтобы решить, какие из бесчисленного множества органических соединений можно 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, исходя из их относительной важности и стоимости закупки образцов для анализа.
Это обновление включает более 14 000 метаболитов человека и растений. Это вещества, образующиеся при расщеплении живыми существами пищи, наркотиков или их собственных тканей, например, при сжигании жира во время физических упражнений. Медицинские тесты часто предполагают выявление метаболитов в крови или моче. Растительные метаболиты составляют еще большую вселенную химических соединений. Они присутствуют во всем, что мы едим, и важны в сельскохозяйственном секторе.
Обновленная информация также включает 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 — препарата, вызывающего эпидемию передозировки в масштабах всей страны.
После того, как NIST закупил образцы этих соединений, химики прогоняли их через тщательно откалиброванные масс-спектрометры. Они делали это на различных приборах в различных условиях, создавая многочисленные масс-спектры для каждого соединения. В соответствии с высокими стандартами NIST как национальной измерительной лаборатории, команда экспертов затем анализировала данные для обеспечения высокой точности и точности.
«Мы тщательно получаем и храним данные, чтобы пользователи могли быть уверены в их идентификации», — сказала вычислительный биолог Сара Янг (Sara Yang), работавшая в NIST над контролем качества.
Библиотека NIST Mass Spectral Library, которая входит в число более крупных коммерчески доступных библиотек и широко используется, состоит из двух основных компонентов. Библиотека электронной ионизации (EI) используется для идентификации летучих соединений, например, таких, которые могут иметь запах в воздухе. Примерно 40 000 новых соединений были добавлены в эту библиотеку, в общей сложности более 300 000. Библиотека тандемов используется для идентификации более тяжелых соединений в жидкостях, таких как грунтовые воды или кровь. Эта библиотека увеличилась почти в два раза и насчитывает более 30 000 соединений и включает 1,3 миллиона спектров.
Органические соединения подобны тинкертоям, изготовленным в основном из атомов углерода, водорода, кислорода и азота. Их можно собрать в бесконечное множество способов. Разнообразие жизни на Земле существует благодаря огромным возможностям органической химии. Из всех известных и неизвестных органических соединений библиотека NIST едва поцарапала поверхность.
И количество важных соединений будет продолжать расти. Всегда будут появляться новые виды микробов, которые могут вызвать новую болезнь или создать лекарство, спасающее жизнь. И ученые будут продолжать синтезировать новые соединения, от химического оружия до лекарств от рака.
Будет продолжена работа по обновлению Библиотеки Массового Спектара NIST новыми соединениями. А пока химики могут легко идентифицировать еще десятки тысяч.
