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

Významná členství v orgánech 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.V Oddělení bioanalytické instrumentace je nadále v rámci společného výzkumu s firmou Vellum vyvíjeno a testováno zařízení pro odsolování a výměnu elektrolytů velkého objemu vzorků. Byl vyřešen problém se srážením agarózového gelu v průběhu epitachoforézy. Další výzkum se týká vývoje metody pro separaci DNA v těžké vodě ve spolupráci s firmou Agilent, kde byly testovány alternativní gely a DNA barviva pro kapilární elektroforézu DNA a porovnány limity detekce DNA v lehké a těžké vodě. V oblasti miniaturizace jsme se věnovali výrobě skleněných mikrofluidických čipů pro kapilární zónovou elektroforézu umožňující LIF a SERS detekci. Tyto čipy jsou součástí mobilitního projektu (VAST-2024-02). Optimalizace jejich designu pro analýzu peptidických léčiv tak byla realizována ve spolupráci se zahraničními partnery z univerzity USTH v Hanoji. Další vyvíjené mikrofluidické čipy využívají akustofluidické manipulace. Zatímco vyrobené polymerní čipy byly testovány na průtokové třídění buněk, skleněné čipy fokusují plasmonické částice, čímž vytváří vhodné podmínky pro SERS detekci v průtoku. Podstatnou součástí tohoto projektu je i syntéza kompozitních (nano)částic, které by mohly vést k dalšímu prohloubení citlivosti SERS detekce. V rámci řešení úspěšně ukončeného projektu uBIOSEP (TAČR KAPPA) byly k prokázání praktické aplikovatelnosti vyvinutého miniaturizovaného ESI rozhraní zavedeny metody pro analýzu tří základních skupin analytů (intaktních proteinů – cytochromu c, tryptických štěpů proteinu – cytochromu c, a malých molekul – 4’-hydroxydikofenaku, produktu biotransformace diklofenaku cytochromem P450 2C9) pomocí CE-nanoESI/MS. V rámci projektu byl také připraven funkční vzorek miniaturizovaného vysokotlakého ventilku, jehož vývoj dále probíhá v rámci pokračující spolupráce mezi IACH a norskými partnery. Cílem je budoucí komercializace tohoto zařízení. V rámci projektu GAČR pokračoval vývoj a rozšiřování aplikací konvolučních neuronových sítí pro přímé a přesné počítání molekul a nanočástic (a) imobilizovaných na pevném substrátu a (b) dispergovaných v kapalných médiích v reálném čase. Dále bylo vyvinuto mikrofluidní zařízení pro jednomolekulovou detekci prostatického specifického antigenu (PSA), které využívá magnetické mikročástice jako pevnou fázi pro záchyt a prekoncentraci PSA a foton-upkonverzní nanočástice jako detekční značky. Pokračuje optimalizace metod pro separaci a zakoncentrování biologických thiolů pomocí zlatých nanočástic (AUNP), magnetických nanokompozitních nanočástic s graftovanými AUNP a SPE sorbentů s imobilizovanými AUNP. Byl sestrojen a optimalizován nový CE-LIF systému pro detekci biothiolů na základě derivatizace aminoskupiny. Vzorkovací zařízení pro odběr velkých objemů kondenzátu vydechovaného vzduchu (KVV) bylo použito pro analýzu biothiolů a dále ve spolupráci s TU Wien pro demonstraci použitelnosti elektroforézy v plynné fázi pro analýzu KVV. Pokračuje projekt MZ (NU23-08-00303) ve spolupráci s FN Brno, týkající se analýzy žlučových kyselin v neinvazivně odebraných vzorcích biologických tekutin (sliny, EBC) pro včasnou diagnostiku Barrettova jícnu. V rámci mobilitního projektu (VAST-2024-03) s Vietnamskou akademíí věd pokračuje vývoj kapilárně elektroforetického zařízení s amperometrickou a LIF detekcí pro automatizovanou analýzu neurotransmitterů. Byl sledován vliv TBT-propionátu, TBT-salicylátu a TBT-trifluormethansulfonátu, potenciálních ligandů retinoidního receptoru X, na proteomický profil buněčné linie karcinomu prsu MDA-MB-231. Pozornost byla zaměřena na proces epitelo-mezenchymální tranzice a na rodinu proteinů ERM (ezrin, radixin a moesin), protože některé studie naznačují, že kromě potenciální prognostické hodnoty lze ezrin využít pro diagnostiku různých typů rakoviny. V Oddělení elektromigračních metod byl dále rozvíjen a rozšiřován koncept plně automatizovaných analýz suchých krevních skvrn (DBS) pomocí komerčního přístroje pro kapilární elektroforézu (CE). Byla testována vhodnost tohoto konceptu pro přímou analýzu DBS vzorků odebíraných pomocí nových volumetrických zařízení pro odběry krve o přesném a správném objemu. Ty byly v posledních několika letech uvedeny na trh jako komerčně dostupná alternativa k nevolumetrickým odběrovým kartám, ale jejich zpracování a analýza byly doposud prováděny výhradně manuálně, jelikož tato nová odběrová zařízení nejsou kompatibilní s žádným automatickým/poloautomatickým analytickým systémem. Bylo prokázáno, že námi vyvinutý koncept je plně kompatibilní s odběrovými zařízeními hemaPEN, Capitainer i Mitra VAMS a je vhodný pro kvantitativní automatizované stanovení řady klinicky významných analytů. Například bylo provedeno stanovení kreatininu (jako markeru vrozeného onemocnění ledvin či správné funkce vnitřních orgánů po jejich transplantaci), fenylalaninu a tyrozinu (jako markerů fenylketonurie) a laktátu (jako markeru špatné funkce laktát dehydrogenázy či intenzivní fyzické aktivity). Elektromembránové extrakce (EME) byly použity pro úpravu environmentálních vzorků o velkém objemu (100 mL – 1 L) s cílem citlivého stanovení exogenních barviv (metylenová modř a malachitová zeleň) v odpadních a povrchových vodách. Kombinací porézního sorbentu pro zachycení barviv a detekce pomocí digitální obrazové analýzy (např. použitím digitálního fotoaparátu chytrého telefonu) bylo možno stanovit stopové koncentrace těchto barviv v komplexních reálných vzorcích. Kombinací této EME strategie a CE bylo možno ve vzorcích vod stanovit také vybraná modelová léčiva. V oblasti fokusačních elektroforetických metod byla studována elektroforetická fokusace kationických analytů na elektromigračně-disperzním gradientu. Byly vyvinuty systémy, které umožňují pracovat ve středně alkalickém prostředí, jsou kompatibilní s ESI-hmotnostně spektrometrickou detekcí a umožňují citlivou a selektivní analýzu slabě bazických analytů, jako jsou např. beta-blokátory. V Oddělení separací v tekutých fázích byla vědecká aktivita zaměřena do oblasti vývoje nové instrumentace. Jednalo se zejména o miniaturizaci platformy pro kapilární kapalinovou chromatografii. Základem je elektricky ovládaný hydraulický T-kus nebo kříž řízený počítačem, nahrazující objemné, těžké a energeticky náročné rotační ventily. Rovněž byl úspěšně vyvinut a experimentálně testován kompaktní detekční systém, který umožňuje detekci více vlnových délek v rozmezí 210-750 nm. Citlivost a kvalita spekter jsou srovnatelné s běžnými DAD detektory, což činí systém ideálním pro přenosné mikrokolonové LC systémy. Pokračoval vývoj a příprava zcela nového, originálního typu chromatografických kolon ve formě homogenních trojrozměrných struktur z diskrétních křemenných mikročástic připravených pomocí sub/superkritické vody a následné chemické modifikace povrchu monolitů. Kolony tohoto typu nelze připravit žádným jiným způsobem, průlomové zlepšení vlastností lze očekávat u kolon naplněných částicemi menšími než 3µm. Vysoce výkonné monolitické kolony byly rovněž vyvinuty na bázi metakrylátem substituovaného polyedrického oligomerního silsesquioxanu s širokým rozsahem průměrů a polarit kolon. V oblasti analýzy glykosylace proteinů byly připraveny nové fluorescenční značky na bázi rhodaminu B a fenylpyridinu s hydrazidovou funkční skupinou, které byly úspěšně využity pro profilování oligosacharidů a glykanů pomocí kapilární elektroforézy s fluorescenční a MS detekcí. Probíhal vývoj, popis a kalibrace nové sady fluorescenčních markerů izoelektrického bodu pro kapilární izoelektrickou fokusaci s vysoce citlivou detekcí pomocí laserem indukované fluorescence. Souběžně byl zahájen výzkum interakcí zájmových látek s biomimetickými modely membrán. Vědecká aktivita byla věnována identifikaci mikroorganismů pomocí kombinace elektroforetických technik s MALDI hmotnostní spektrometrií. Dále jsme se věnovali vývoji metody pro přečištění a zakoncentrování mikrobiálních buněk z biologických vzorků s využitím křemenných kapilár s velkým vnitřním průměrem plněných vhodnou stacionární fází. Byl optimalizován postup extrakce proteinů z bakteriálních buněk a její kompatibilita s následnou elektroforetickou separací v kontinuálním rozbíhavém toku. Další téma v oblasti extrakcí se týkalo využití stlačených kapalin pro extrakce rostlinných materiálů a následného stanovení biologicky aktivních látek pomocí HPLC a GC/MS. Antioxidační aktivity rostlinných extraktů byly sledovány pomocí UV/VIS spektroskopie. Byl extrahován esenciální olej i vodný výluh ze semen invazivního bolševníku velkolepého (Heracleum mantegazzianum), vykazující larvicidní účinky na larvy komára Aedes japonicus a mohou sloužit jako ekologická alternativa pro regulaci populace tohoto invazivního komára a i dalších létajících, krev sajících, potenciálních přenašečů závažných lidských onemocnění.Oddělení analytické chemie životního prostředí v rámci projektu Regionální spolupráce AV ČR zorganizovalo zimní a letní odběrovou kampaň zabývající se charakterizací atmosférických aerosolů PM2.5 ve vzduchu v okolí Dětské léčebny se speleoterapií v Ostrově u Macochy. Cílem analýzy chemického složení odebraných aerosolů (prvky, ionty, organické sloučeniny, organický, elementární a tzv. „black“ uhlík) je identifikace emisních zdrojů aerosolů v Ostrově a porovnání znečištění na původní a nové lokalitě léčebny. Projekt Strategie AV21 Voda pro život pokračoval na jaře a podzim fyzikálně-chemickým a mikrobiologickým rozborem vody v 25 lesních studánkách v horských oblastech Moravy (Beskydy, Javorníky, Hostýnské a Vizovické vrchy, Bílé Karpaty, Vysočina). Pokračovala spolupráce s Oddělením bioanalytické instrumentace a Fakultní nemocnicí v Brně při analýzách žlučových kyselin izolovaných ze slin, dechového kondenzátu a žaludečních šťáv pacientů s prokázaným či s podezřením na onemocnění jícnu, tzv. Barrettovým jícnem. Byla optimalizována extrakce a analýza volného cholesterolu a esterů cholesterolu pomocí LC-MS v buněčných liniích THP-1, A549 a ELEP exponovaných v simulovaných plicních tekutinách nanočásticím PbO. V rámci výzkumu antarktické flory byly studovány analytické možnosti vysokorozlišovací elektrotermické atomové absorpční spektrometrie s kontinuálním zdrojem záření (HR-CS ETAAS) pro simultánní stanovení Pb, Al a Fe, a dále pro stanovení stopových koncentrací Ga. Byla vyvinuta metoda pro současné stanovení stopových koncentrací kyseliny dusité ve vzduchu a dusitanu v atmosférickém aerosolu pomocí kontinuálního vzorkování do vody v difúzním denuderu a aerosolovém vzorkovači s následnou on-line chemiluminiscenční detekcí. Studium oxidativního potenciálu aerosolů pokračovalo testováním nové simulované plicní tekutiny Curosurf, která se v nemocnicích používá pro léčbu syndromu respirační tísně u novorozenců. Vývoj miniaturizovaného dvoustupňového aerosolového koncentrátoru pokračoval ověřením dlouhodobé funkčnosti a přípravou pro klinické testování odběru vydechovaného vzduchu u pacientů s plicními problémy. Na Oddělení stopové prvkové analýzy byly optimalizovány podmínky atomizace pěti hydridotvorných prvků (Se, Sb, Sn, Pb a Bi) v novém plazmovém atomizátoru hydridů pro atomovou absorpční spektrometrii (AAS), vyvinutém v předchozím roce, a založeném na doutnavém výboji za atmosférického tlaku (APGD). Dále byl vyvinut nový atomizátor založený na kombinaci plazmového výboje s dielektrickou bariérou (DBD) a vyhřívaného křemenného atomizátoru (QTA), v jehož konstrukci byly optimalizovány podmínky atomizace hydridu arsenu. Základní charakteristiky stanovení (citlivost, mez detekce) nalezené za optimálních podmínek v obou prototypech byly porovnány s těmi dosahovanými jak v konvenčním vyhřívaném křemenném atomizátoru (QTA), tak i v dříve popsaném DBD atomizátoru. V rámci výzkumu atomizátorů hydridů pro AAS byly provedeny výpočty termodynamických rovnováh odpovídajících podmínkám atomizace všech hydridotvorných prvků. Mechanismus atomizace a in-situ prekoncentrace hydridu antimonu v DBD atomizátoru byl studován pomocí laserem indukované fluorescence (LIF). Vysoká účinnost atomizace (75 ± 15 %) a dlouhá doba života volných atomů Sb, projevující se jejich existencí v celé délce plazmového výboje, dokazují perfektní kompatibilitu DBD atomizátoru s AAS detektorem pro stanovení Sb technikou generování hydridů (HG). V režimu prekoncentrace bylo dále studováno uvolnění zachyceného antimonu pomocí LIF s vysokým časovým rozlišením. Byly vypracovány a otestovány nové přístupy k měření a vyhodnocování signálu v metodě LIF. Účelem první studie bylo porovnání přesnosti a správnosti měření absolutních koncentrací a prostorové distribuce volných atomů germania v difúzním plameni (DF) jako atomizátoru hydridů s použitím dvou excitačních schémat v metodě HG-LIF. Ve druhé studii byly vypracovány a validovány matematické postupy spolehlivého vyhodnocení signálu telluru (absolutní koncentrace i prostorová distribuce) v plazmovém DBD atomizátoru hydridů v režimu měření saturovaného signálu Te v LIF. Byla optimalizována konstrukce DBD reaktoru umožňujícího jak plazmatem asistované generování (PMVG), tak i následnou atomizaci vygenerovaných specií rtuti v reálných vzorcích po mikrovlnně indukovaném rozkladu pevných vzorků v kyslíku (MIC) pro detekci pomocí AAS. Vyvinutá metoda byla validována pro stanovení rtuti ve vzorcích ryb. V oblasti atomové fluorescenční spektrometrie (AFS) prokázalo sledování časového průběhu zářivého výkonu bezelektrodových výbojek (EDL), že komerční zdroje těchto výbojek nejsou vhodné pro vyšší modulační frekvence, které by mohly vést k podstatnému zvýšení citlivosti. Proto byl zkonstruován nový zdroj pro tyto výbojky a navržen nový radiofrekvenční generátor. Kromě toho jsme začali prověřovat perspektivy metody čítání jednotlivých fotonů (tzv. single photon counting) pro další zlepšení mezí detekce v AFS. Pokračovaly práce na rozvoji a aplikaci metod založených na HG s detekcí pomocí hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP-MS/MS) pro ultrastopovou analýzu specií As, Sb, Ge a Te v přírodních vodách. V rámci projektu ročního monitoringu výskytu a přeměny specií těchto prvků v hloubkových profilech vodárenských nádrží Vrchlice a Souš byly dokončeny jak odběry vzorků, prováděné každý měsíc, tak i provedeny jejich analýzy. Metodický vývoj se soustředil na studium a charakterizaci frakce As a Sb ve vzorcích přírodních vod, kterou nelze technikou HG převést na těkavý hydrid, a byla studována možnost rozkladu vzorků pomocí UV záření za účelem převedení této frakce As a Sb na hydridově aktivní specie. Jako základ potenciálních mezinárodních spoluprací byly provedeny pilotní analýzy specií As, Sb, Ge a Te v oceánských profilech z antarktických vod a analýzy zaměřené na methylované specie Ge v minerálních pramenech z oblasti Karpat. V aplikacích ICP-MS/MS instrumentace jsme pokračovali ve spolupráci s Ústavem organické chemie a biochemie AV ČR (dr. P. Cígler) a kvantifikovali celkové obsahy Gd a Se navázaných na nanodiamanty, a poměry Gd/Au v gadoliniem modifikovaných zlatých nanočásticích. Pro studii Mikrobiologického ústavu AV ČR (dr. B. Večerek) jsme stanovovali Mn a Fe v peletách bakterií rodu Bordetella, způsobujících onemocnění černého kašle. Byly dokončeny optimalizace podmínek fotochemického generování (PVG) dalších technologicky kritických prvků (TCE) - Rh a Re. Ve spojení s ICP-MS detekcí byly pro oba prvky dosaženy meze detekce na úrovni desítek pg/l (ppq) a vyvinuté metody byly validovány a ověřeny praktickým měřením reálných vzorků a referenčních materiálů. Pokračovali jsme v experimentech zaměřených na identifikaci neznámých těkavých specií prvků generovaných pomocí PVG (Ru, Os, Rh, Re a Ir) s využitím metody přímé analýzy v reálném čase (DART) a hmotnostní spektrometrie s vysokým rozlišením (HRMS). Také byly prováděny rozšiřující experimenty vedoucí k pochopení mechanismu generování těkavých specií vybraných prvků. V oblasti PMVG jsme pokračovali v optimalizaci podmínek generování těkavých specií prvků ze skupiny platinových kovů, přičemž velmi nadějné výsledky byly dosaženy pro Ir, s využitím redukčních podmínek generování (z prostředí kyseliny mravenčí), a zejména pro Os, s využitím oxidačních podmínek generování (z prostředí HNO3). Metoda PMVG Os byla zoptimalizována a bylo dosaženo meze detekce opět na úrovni desítek ppq. V oblasti chemického generování těkavých specií Zn byl použit radioaktivní izotop 65Zn pro stanovení účinnosti generování a k určení transportních ztrát těkavé specie. Metodou ICP-MS/MS jsme ve spolupráci s Ústavem experimentální botaniky (dr. J. Nisler) stanovovali celkové koncentrace Fe a Mg v mineralizátech listů rajčete a pšenice. Stejnou metodou jsme pak ve spolupráci s Mikrobiologickým ústavem (dr. M. Kotík) také stanovili koncentrace kovů vázaných v enzymu.

The core activities of the Institute of Analytical Chemistry are the research and development of new principles, methods, and instrumentation in analytical methods applicable to developing other scientific areas, primarily biological and medical science, human health, and environmental protection. Fundamental research is focused on separation and spectroscopic techniques, systematic miniaturization, and nanotechnology, dealing with topics in proteomics, genomics, drug analysis, body fluids analysis, and environmental monitoring.In the Department of Bioanalytical Instrumentation, developing and testing a device for desalting and exchanging electrolytes in large sample volumes continues as part of a joint research project with the company Vellum. The issue of agarose gel coagulation during epitachophoresis has been resolved. Further research focuses on developing a method for DNA separation in heavy water, in collaboration with Agilent, where alternative gels and DNA dyes for capillary DNA electrophoresis were tested, and the detection limits of DNA in light and heavy water were compared. In miniaturization, we have been involved in producing glass microfluidic chips for capillary zone electrophoresis, enabling LIF and SERS detection. These chips are part of the mobility project (VAST-2024-02). The optimization of their design for the analysis of peptide drugs was carried out in collaboration with our partners from USTH University in Hanoi. Other developed microfluidic chips utilize acoustofluidic manipulation. While the manufactured polymer chips were tested for flow cytometry, the glass chips focused plasmonic particles, creating suitable conditions for SERS detection in flow. A substantial part of this project is also the synthesis of composite nanoparticles, which could further enhance the sensitivity of SERS detection. As part of the successfully completed uBIOSEP project (TAČR KAPPA), methods were developed to demonstrate the practical applicability of the developed miniaturized ESI interface for the analysis of three basic groups of analytes (intact proteins – cytochrome c, tryptic protein digests – cytochrome c, and small molecules – 4'-hydroxydiclofenac, a product of diclofenac biotransformation by cytochrome P450 2C9) using CE-nanoESI/MS. Within the project, a functional sample of a miniaturized high-pressure valve was also constructed, the development of which continues as part of the ongoing collaboration between IACH and Norwegian partners. The goal is the future commercialization of this device. Under the GAČR project, the development and expansion of applications of convolutional neural networks for direct and precise counting of molecules and nanoparticles (a) immobilized on a solid substrate and (b) dispersed in liquid media in real-time continued. A microfluidic device for single-molecule detection of prostate-specific antigen (PSA) was developed, utilizing magnetic microparticles as a solid phase for PSA capture and preconcentration and photon-upconversion nanoparticles as detection labels.Optimization of methods for separating and concentrating biological thiols using gold nanoparticles (AUNP), magnetic nanocomposite particles with grafted AUNP, and SPE sorbents with immobilized AUNP continues. A new CE-LIF system for detecting biothiols based on amino group derivatization was constructed and optimized. The sampling device for collecting large volumes of exhaled breath condensate (EBC) was used for the analysis of biothiols, and, in collaboration with TU Wien, the applicability of gas-phase electrophoresis for EBC analysis was demonstrated. In partnership with FN Brno, the project MZ (NU23-08-00303) continues to analyze bile acids in non-invasively collected biological fluid samples (saliva, EBC) for the early diagnosis of Barrett's esophagus. As part of the mobility project (VAST-2024-03) with the Vietnam Academy of Sciences, developing a capillary electrophoresis device with amperometric and LIF detection for automated analysis of neurotransmitters continues. The effects of TBT-propionate, TBT-salicylate, and TBT-trifluoromethanesulfonate, potential ligands of the retinoid X receptor, on the proteomic profile of the breast cancer cell line MDA-MB-231 were studied. Attention was focused on the process of epithelial-mesenchymal transition and the ERM protein family (ezrin, radixin, and moesin), as some studies suggest that, in addition to its potential prognostic value, ezrin can be used for the diagnosis of various types of cancer.The research in the Department of Electromigration Methods further elaborated and extended the concept of the fully automated analysis of dried blood spot (DBS) by commercial capillary electrophoresis (CE) instrument. The novel concept was tested with new devices for the volumetric collection of capillary blood (i.e., blood samples with precise and accurate volumes), which have been commercialized in the last decade. They have been introduced as alternatives to standard DBS collection cards. Still, their processing and analyses were performed manually since their geometry and collection principles were incompatible with any commercial automated/semi-automated analytical system. It was proved that the developed concept was compatible with hemaPEN, Capitainer, and Mitra VAMS volumetric devices, and it was suitable for the quantitative and fully automated determination of a range of clinically relevant analytes. Creatinine was chosen as a marker of kidney malfunctioning and the proper function of transplanted organs, phenylalanine, and tyrosine as markers of phenylketonuria, and lactate as a marker of improper function of lactate dehydrogenase or intense physical activity. Electromembrane extractions (EME) were used for the pretreatment of environmental samples with large volumes (100 mL – 1 L) for the sensitive determination of exogenous dyes (methylene blue and malachite green) in waste and surface waters. Using a porous sorbent for the dye extraction and digital imaging analysis (e.g., by the smartphone digital camera) of the sorbent, trace concentrations of the dyes were detected in various real complex samples. In addition, using this EME strategy combined with CE, selected model drugs were determined in water samples. In the field of focusing electrophoretic methods, electrophoretic focusing of cationic analytes on an electromigration-dispersion gradient was studied. Systems that allow operation in the medium alkaline range have been developed, are compatible with ESI-mass spectrometric detection, and enable sensitive and selective analysis of weakly basic analytes, such as beta-blockers.In the Department of Liquid Phase Separations, scientific activity focused on developing new instrumentation and analytical methods. In particular, the miniaturization of the capillary liquid chromatography platform. The basis was an electrically operated hydraulic T-piece or computer-controlled cross, replacing bulky, heavy, and energy-consuming rotary valves. A compact detection system that allows detecting multiple wavelengths in the 210-750 nm range has also been successfully developed and experimentally tested. The sensitivity and quality of the spectra are comparable to conventional DAD detectors, making the system ideal for portable microcolumn LC systems. The development and preparation of a completely new, original type of chromatographic columns in the form of homogeneous three-dimensional structures of discrete silica microparticles prepared by sub/supercritical water and subsequent chemical modification of the monolith surface continued. Columns of this type cannot be prepared by any other means, and breakthrough improvements in performance can be expected for columns packed with particles smaller than 3 µm.High-performance monolithic columns have also been developed based on methacrylate-substituted polyhedral oligomeric silsesquioxane with a wide range of column diameters and polarities. In the field of protein glycosylation analysis, novel fluorescent tags based on rhodamine B and phenylpyridine with a hydrazide functional group were prepared and successfully used for profiling oligosaccharides and glycans by capillary electrophoresis with fluorescence and MS detection. The development, characterization, and calibration of a new set of fluorescent isoelectric point markers for capillary isoelectric focusing with high-sensitivity detection using laser-induced fluorescence was carried out. In parallel, research on interactions of compounds of interest with biomimetic membrane models was initiated. Scientific activity involved identifying microorganisms by combining electrophoretic techniques with MALDI mass spectrometry. We also worked on developing a method for purifying and concentrating microbial cells from biological samples using large inner-diameter fused silica capillaries filled with a suitable stationary phase. The procedure for extraction of proteins from bacterial cells and its compatibility with subsequent electrophoretic separation in continuous flow was optimized. Another topic in the field of extractions is the use of pressurized liquids for the extraction of plant materials, followed by the determination of biologically active compounds by HPLC and GC/MS. Antioxidant activities of plant extracts were monitored by UV/VIS spectroscopy. Both essential oil and aqueous extract from the seeds of the invasive giant hogweed (Heracleum mantegazzianum) were extracted and exhibited larvicidal effects on the larvae of the Aedes japonicus mosquito and may serve as an ecological alternative to control the population of this invasive mosquito and other flying, blood-sucking potential vectors of serious human diseases.Department of Environmental Analytical Chemistry, within the framework of the project of regional cooperation of the Czech Academy of Sciences, organized a winter and summer sampling campaign dealing with the characterization of atmospheric aerosols PM2.5 in the air around the Children's Sanatorium with speleotherapy in Ostrov u Macochy. The aim of the analysis of the chemical composition of the collected aerosols (elements, ions, organic compounds, organic, elemental, and black carbon) is to identify the emission sources of aerosols in Ostrov and to compare the pollution at the original and new site of the sanatorium. The chemical composition analyses of the collected aerosols focused on the content of elements, ions, organic compounds, and organic, elemental, and black carbon. The project Strategy AV21 Water for Life continued in spring and autumn with physico-chemical and microbiological analysis of water in 25 forest springs in the mountain regions of Moravia (Beskydy, Javorníky, Hostýnské, and Vizovice Hills, White Carpathians, Vysočina). Cooperation with the Department of Bioanalytical Instrumentation and the University Hospital in Brno continued in analyzing bile acids isolated from saliva, breath condensate, and gastric juices of patients with proven or suspected oesophageal disease, so-called Barrett's oesophagus. The extraction and analysis of free cholesterol and cholesterol esters by LC-MS in THP-1, A549, and ELEP cell lines exposed to PbO nanoparticles in simulated lung fluids was optimized. Within the research on the Antarctic flora, the analytical capabilities of high-resolution continuum source electrothermal atomic absorption spectrometry (HR-CS ETAAS) for the simultaneous determination of Pb, Al, and Fe, as well as for the determination of trace Ga concentrations, were studied. A method for simultaneously determining trace concentrations of nitric acid in air and nitrite in atmospheric aerosol by continuous sampling into water in a diffusion denuder and aerosol sampler followed by on-line chemiluminescence detection was developed. The study of the oxidative potential of aerosols continued by testing a new simulated lung fluid, Curosurf, which is used in hospitals for the treatment of respiratory distress syndrome in newborns. Development of a miniaturized two-stage aerosol concentrator continued with verification of long-term functionality and preparation for clinical testing of exhaled air sampling in patients with pulmonary problems. In the Department of Trace Element Analysis, atomization conditions of five hydride-forming elements (Se, Sb, Sn, Pb, and Bi) were optimized in a new type of hydride plasma atomizer for atomic absorption spectrometry (AAS) that was developed last year and is based on atmospheric pressure glow discharge (APGD). Furthermore, another novel hydride atomizer design has been constructed based on a combination of a dielectric barrier discharge (DBD) plasma and a heated quartz tube atomizer (QTA). Arsenic hydride was selected as a model analyte for optimizing atomization conditions. The basic analytical figures of merit (sensitivity, limit of detection) found under optimal conditions in both prototypes were compared with those achieved in either a conventionally heated quartz atomizer (QTA) or in a recently described DBD plasma atomizer. As a part of our research on hydride atomizers for AAS, calculations of thermodynamic equilibria were performed, corresponding to the atomization conditions for all hydride-forming elements. The mechanism of atomization and in-situ preconcentration of antimony hydride in the DBD atomizer was studied using laser-induced fluorescence (LIF). The high efficiency of atomization (75 ± 15%) and the long lifetime of free Sb atoms, the latter one manifested by their existence along the whole plasma plume, prove the perfect compatibility of the DBD atomizer with the AAS detector for the determination of Sb by hydride generation (HG) technique. In the preconcentration mode, the release of trapped antimony was further studied using LIF with high temporal resolution. New approaches to signal measurement and data evaluation in the LIF method were developed and tested. In the first study, two excitation schemes in the HG-LIF method were compared in terms of measurement accuracy and precision, focusing on quantification of absolute concentration and spatial distribution of free germanium atoms in a diffusion flame (DF) hydride atomizer. In the second study, mathematical procedures for reliable evaluation of the tellurium signal (absolute concentration and spatial distribution) were developed and validated in the partially saturated regime of LIF measurements, i.e., with spatially dependent laser intensity in the environment of the DBD hydride atomizer. The design of a DBD reactor allowing both plasma-mediated generation (PMVG) and subsequent atomization of generated mercury species in real samples after microwave-induced combustion (MIC) of solid samples was optimized for AAS detection. The developed method was validated for the determination of mercury in fish samples. In the field of atomic fluorescence spectrometry (AFS), monitoring of the temporally-resolved profile of the radiation intensity of electrodeless lamps (EDL) has shown that their commercially available power supply sources are not compatible with higher modulation frequencies that could lead to a significant increase in sensitivity. Therefore, a new source for EDLs was constructed, and a novel radio frequency generator was designed. In addition, we have begun to examine the perspectives of the single photon counting (SPC) method to improve detection limits in AFS further. We continued developing and applying HG-based methods coupled to inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP/MS-MS) detection for ultra-trace determination of As, Sb, Ge, and Te in natural waters. The samplings and analyses for a year-round monitoring project in Vrchlice and Souš drinking water reservoirs were completed. Methodical development was focused on the study and characterization of “non-hydride active“ fractions of As and Sb in these samples, i.e., fractions that cannot be converted to volatile species by HG. The feasibility of treating samples with UV irradiation was tested in order to volatilize these fractions. Pilot analyses were performed focusing on determining the species of As, Sb, Ge and Te in ocean depth profiles from the Southern Ocean, and analyses focused on methylated Ge species in mineral springs from the Carpathians, both as a basis for potential international cooperation. In applications of ICP-MS/MS instrumentation, we have continued collaboration with the Institute of Organic Chemistry and Biochemistry of the CAS (Dr. P. Cígler) and quantified total contents of Gd and Se bound to nanodiamonds, as well as Gd to Au ratios in Gd modified gold nanoparticles. We analyzed Mn and Fe content in bacterial pellets (Bordetella species causing whooping cough) within a study performed by the Institute of Microbiology of the CAS (Dr. B. Večerek). We completed the photochemical vapor generation (PVG) optimization of other technology-critical elements - Rh and Re. By coupling PVG to ICP-MS, limits of detection of tens of pg/L (ppq) were achieved for both elements, and the developed methods were validated and verified by practical analyses of real samples and reference materials. We continued with experiments focused on identifying unknown volatile species of Ru, Os, Rh, Re, and Ir generated by PVG using direct analysis in real-time (DART) and high-resolution mass spectrometry (HRMS). Additional experiments were conducted to understand the mechanism of the generation of volatile species of selected elements. In the field of PMVG, we optimized the generation conditions for platinum group elements, with very promising results obtained for Ir using reductive conditions of generation (from formic acid medium) and especially for Os using oxidative conditions (from HNO3 medium). The optimization of the PMVG of Os was completed, and the limit of detection was again at the tens of ppq level. The radioactive isotope 65Zn was used to determine the efficiency of chemical vapor generation of Zn and transport losses of volatile species. In cooperation with the Institute of Experimental Botany of the CAS (Dr. J. Nisler), we determined the total concentrations of Fe and Mg in the digests of tomato and wheat leaves by ICP-MS/MS. In cooperation with the Institute of Microbiology of the CAS (Dr. M. Kotík), we also determined concentrations of metals bound in the enzyme using the same method.