Ústav analytické chemie AV ČR, v. v. i.

Uzavřené dílčí dohody o spolupráci s VŠ při uskutečňování DSP

Výchova studentů

Výchova pregraduálních studentů

Vědecké a vědecko-pedagogické hodnosti pracovníků ústavu

Pedagogická činnost pracovníků ústavu

Vzdělávání středoškolské mládeže

Spolupráce ústavu s VŠ ve výzkumu

Společná pracoviště ústavu s účastí VŠ

Poznámka:

Předmětem hlavní činnosti pracoviště je výzkum a vývoj nových principů, metod a instrumentace v oblasti analytických metod použitelných pro rozvoj dalších vědeckých oblastí, především biologických a medicínských věd, ochrany zdraví člověka a životního prostředí. Základní výzkum je zaměřen zejména na separační a spektrální metody, systémovou miniaturizaci a nanotechnologie a řeší problémy v oblasti proteomiky, genomiky, analýzy léčiv, tělních tekutin a monitorování životního prostředí. Využití křemenných kapilár leptaných superkritickou vodou v elektromigračních metodách bylo soustředěno na separace bakteriofágů v systémech s významem pro fágovou terapii. V těchto studiích byla aplikována i off-line hmotnostní spektrometrie MALDI-TOF. Technika isotachoforézy v proužku netkané textilie byla použita pro purifikaci a zakoncentrování DNA. Byl sestaven kompaktní optický detektor pro mikrokolonovou kapalinovou chromatografii pracující současně v absorpčním i fluorescenčním režimu; detektor využívá svítivé diody, detekční celu ve tvaru L o objemu 50 nl, CCD spektrometr a vláknové světlovody. Vývoj kapilárních monolitických kolon byl soustředěn na výchozí materiály s obsahem polyedrických oligomerních silsesquioxanů. Základní výzkum mikroextrakcí v kapalné fázi (LPME) zahrnoval at-line spojení LPME přes dutá vlákna s kapilárně elektroforetickým (CE) přístrojem pro plně automatizovanou analýzu biologických vzorků a posouzení vlivu iontových nosičů v kapalné membráně na účinnost elektromembránové extrakce polárních analytů. Výzkum v oblasti suchých krevních skvrn (DBS) pomocí CE zahrnoval vývoj selektivního materiálu pro extrakci a eluci modelového léčiva. Tento materiál byl na bázi molekulárně imprintovaného polymeru naneseného na papírovém nosiči. V rámci výzkumu koncentračních technik pro CE byl navržen první elektrolytový systém pro analýzu středně silných bází kapilární izotachoforézou s hmotnostně spektrometrickou detekcí. Nová technika nevyžadující předúpravu vzorku byla úspěšně použita pro citlivou analýzu beta-blokátorů v DBS, s limitem stanovitelnosti pro sotalol nižším než 1 nM. V rámci společného výzkumu s firmou Roche Inc., USA byla rozpracována nová epitachofoetická metoda extrakce DNA z mililitrových objemů krevní plazmy. Bylo vyvinuto miniaturizované zařízení pro epitachoforézu vytištěné na 3D tiskárně. Pokračovaly experimenty s cílenou chemickou analýzou jednotlivých buněk. Pokračovala spolupráce s Ústavem fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR při studiu fotokatalytického rozkladu oxidů dusíku na vrstvě TiO2 za vzniku kyseliny dusité a dalších rozkladných produktů. Myší samice byly exponovány nanočásticím PbO kontinuálně po dobu 6 týdnů a následně byly exponované myši ponechány v čistém vzduchu pro sledování poklesu Pb v orgánech v závislosti na čase od ukončení expozice. Vybrané orgány a krev kontrolní a exponované skupiny myší byly analyzovány na obsah Pb. Městský aerosol byl analyzován reakcí s dithiothreitolem k určení oxidativního potenciálu sloužícího jako indikátor oxidativního stresu indukovaného částicemi aerosolu. Byly vyvíjeny analytické metody založené na generování těkavých specií (VSG), jejich prekoncentraci a spektrometrické detekci pro účely ultrastopové prvkové a speciační analýzy a studovány mechanismy probíhajících procesů. Byly optimalizovány podmínky UV-fotochemického generování Cd, Bi, Co, Ni, Ru a Re a chemického generování Cd a Te. V novém typu plazmového atomizátoru těkavých specií na bázi výboje s dielektrickou bariérou (DBD) byly optimalizovány podmínky a studován mechanismus atomizace hydridů Pb a Te. Byl studován vliv přístrojových parametrů na signál Bi v atomové fluorescenční spektrometrii (AFS), optimalizovány podmínky atomizace dvou různých těkavých specií Bi ve dvou plamenových atomizátorech a pokračovaly práce na vývoji spektrometru vlastní konstrukce. Byl vytvořen počítačový model fyzikálně-chemických procesů probíhajících v difuzních plamenech. Tento model byl validován srovnáním vypočtené prostorové distribuce vodíkových radikálů s distribucí stanovenou laserem indikovanou fluorescencí. Byla popsána nová modulární konstrukce křemenného atomizátoru, jež byla úspěšně použita k prekoncentraci As a Se na zlatém povrchu a stanovení jejich stopových koncentrací atomovou absorpční spektrometrií (AAS). V oblasti speciační analýzy prvků byly charakterizovány analytické artefakty při stanovení Hg s využitím VSG a navrženy postupy, jak je eliminovat v analytických aplikacích. Dále byla vyvinuta metoda ultrastopového stanovení specií Ge založená na kryogenní separaci/prekoncentraci a detekci pomocí hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP-MS). Ve spolupráci s dalšími akademickými pracovišti byly řešeny multidisciplinární projekty: 1) monitorování těžkých kovů v krvi městských sýkorovitých pěvců; 2) potvrzeno nepoužití balzamujících přípravků obsahujících anorganické soli v případě zachovalého mumifikovaného těla z 19. století; 3) studován vliv krátko- i dlouhodobé expozice lithiu na aktivitu Na+/K+-ATPázy izolované z mozkové kůry a hipokampu laboratorních potkanů vystavených spánkové deprivaci; 4) provedeno ultrastopové stanovení specií As v krvi v souvislosti s mutací genu BRCA1 a výskytem karcinomu prsu; 5) stanoveny specie As v kultivarech kapradiny Pteris Cretica pro studii hyperakumulace As touto rostlinou.

The core activities of the Institute of Analytical Chemistry are research and development of new principles, methods, and instrumentation in the field of analytical methods applicable for the development of other scientific areas, especially biological and medical science, human health, and environmental protection. Fundamental research is focused on separation and spectroscopic methods, systematic miniaturization, and nanotechnology, dealing with topics in proteomics, genomics, drug analysis, body fluids analysis, and environmental monitoring. Utilization of supercritical water-etched fused silica capillaries in electromigration methods was focused on phage separation in systems relevant to phage therapy. In these studies, off-line MALDI-TOF mass spectrometry was also employed. Isotachophoresis in nonwoven fabric strip was applied to purification and concentration of DNA. A compact optical detector for microcolumn liquid chromatography was constructed, operating simultaneously in both absorption and fluorescence modes; the detector employs UV light-emitting diodes, an L-shaped, 50-nl detection cell, a CCD spectrometer, and fiber optics light guides. The development of capillary monolithic columns was focused on precursors containing polyhedral oligomeric silsesquioxanes. Fundamental research of liquid-phase microextraction (LPME) included at-line coupling of hollow-fibre LPME to capillary electrophoresis (CE) for fully automated analyses of biological samples and a study on the use of the ionic carriers in the liquid membrane on the efficiency of electromembrane extraction of polar analytes. New selective material for extraction and elution of a model drug from dried blood spot (DBS) was developed. The material was prepared by coating a paper disc with a molecularly imprinted polymer and was applied for the CE analysis of DBS. Investigations of concentrating techniques for CE resulted in the design of a first electrolyte system for the analysis of medium-strong bases by capillary isotachophoresis with mass spectrometric detection. The new technique that does not require sample pretreatment was successfully used for sensitive analysis of beta-blockers in DBSs, with limits of quantitation for sotalol on the sub-nM level. The new epitachophoretic method for the extraction of DNA from milliliter blood plasma sample volumes was developed during the continued joined research with Roche, Inc., USA. A miniaturized device for epitachophoresis printed on a 3D printer has been developed. Experiments with targeted chemical analysis of individual cells continued. We continued in cooperation with J. Heyrovský Institute of Physical Chemistry CAS in the study of photocatalytic decomposition of nitrogen oxides on the TiO2 layer to form nitrous acid and other decomposition products. Female mice were exposed to PbO nanoparticles continuously for six weeks, and subsequently, the exposed mice were left in clear air to monitor the Pb drop in the organs in dependence on time after exposure. Selected organs and blood of control and exposed mice were analyzed for the content of Pb. The urban aerosol was analyzed by reaction with dithiothreitol to determine the oxidative potential serving as an indicator of oxidative stress induced by aerosol particles. New analytical methods were developed based on volatile species generation (VSG), their preconcentration and subsequent spectrometric detection to be applied to ultratrace element determination and speciation analysis. Moreover, the mechanisms of the fundamental processes behind were investigated. Photochemical VSG of Cd, Bi, Co, Ni, Ru, and Re as well as chemical VSG of Cd a Te was explored. Atomization of Pb and Te hydrides was optimized in a novel dielectric barrier discharge (DBD) plasma atomizer, including a mechanistic study. The effect of instrumental parameters on Bi signal in atomic fluorescence spectrometry (AFS) was investigated. Atomization conditions of two different volatile species of Bi were optimized in two miniature flame atomizers with AFS detection. The development of laboratory-made AFS spectrometer has continued. A computational model was designed to simulate the physicochemical processes in diffusion flames. This model was subsequently validated by the comparison of H radical distribution in the flame, both simulated and determined experimentally by laser-induced fluorescence, for which good agreement was found. A new modular design of quartz atomizer was described and applied to hydride preconcentration on a gold surface for ultra-trace determination of As and Se by atomic absorption spectrometry (AAS). In the field of element speciation analysis, severe analytical artifacts were identified during VSG of Hg species due to their de-alkylation, and alternatives to their elimination were suggested. An analytical method for speciation analysis of Ge at ultra-trace levels was developed based on VSG followed by cryogenic preconcentration/separation and ICP-MS detection. In cooperation with other academic institutions, several multidisciplinary projects were solved: 1) heavy metals were determined in dried blood samples of urban birds as markers of air pollution; 2) the artificial treatment (embalming) of a mummified body from the 19th century with As and Hg salts was disproved; 3) the time-course of the therapeutic Li effects on ouabain-sensitive Na+/K+-ATPase in forebrain cortex and hippocampus of rats exposed to sleep deprivation was studied; 4) As speciation analysis in human blood was performed related to breast cancer risk study; 5) As speciation analysis was performed in plant samples to understand As hyper-accumulation in Pteris Cretica.