IONIZAČNÍ TECHNIKY A ROZHRANÍ PRO SPOJENÍ KAPILÁRNÍCH ELEKTROMIGRAČNÍCH METOD S HMOTNOSTNĚ SPEKTROMETRICKOU DETEKCÍ

Význam tématu

Kapilární elektroforéza (CE) patří mezi vysoce efektivní separační metody s nízkou spotřebou vzorku a rozpouštědel. Spojení CE s hmotnostní spektrometrií (MS) umožňuje citlivou a selektivní detekci, identifikaci a kvantifikaci jak nízkomolekulárních, tak makromolekulárních látek. CE-MS tak nachází uplatnění ve farmacii, proteomice, klinických analýzách či chemickém výzkumu.

Cíle a přehled studie

Referát shrnuje dosavadní vývoj a srovnání ionizačních technik i konstrukcí rozhraní pro on-line spojení kapilárních elektromigračních metod s MS. Zaměřuje se především na výhody a nevýhody jednotlivých metod ionizace (APCI, APPI, ESI, DESI, DART, MALDI) a na tři hlavní typy rozhraní pro CE-ESI-MS: bez přídavné kapaliny (sheathless), liquid-junction a sheath-flow.

Použitá metodika a instrumentace

Popis ionizačních technik:

• Atmospheric Pressure Chemical Ionization (APCI): vhodná pro méně polární látky i pufry běžné v CE, tolerantní k povrchově aktivním činidlům.
• Atmospheric Pressure Photoionization (APPI): měkká fotoionizace, užitečná pro sloučeniny s nízkou ionizační energií.
• Electrospray Ionization (ESI): „zlatý standard“ pro polární a ionogenní molekuly, umožňuje generaci vícenásobně nabitých iontů.
• Desorption Electrospray Ionization (DESI): ambientní technika, při níž se analyty ionizují na ploše destičky, vyšší tolerance k solím.
• Direct Analysis in Real Time (DART): ionizace v plynu excitovanými atomy, nepotřebuje přípravu vzorku, vhodné pro on-line CE-MS s vysokou tolerancí solí.
• Matrix Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI): off-line technika pro makromolekuly, vyžaduje přidání matrice na povrch destičky.

Popis rozhraní pro CE-ESI-MS:

1. Sheathless: kapilára opatřená vodivou špičkou nebo porézním povrchem (Au, Ag, grafit), velmi vysoká citlivost, nízká spotřeba elektrolytu, ale často křehká a méně stabilní.
2. Liquid-junction: separační tok přechází do komůrky se spojovací kapalinou, jednoduché a robustní, nemocitlivější kvůli ředění analyzovaných zón.
3. Sheath-flow: souosé uspořádání s přídavnou kapalinou, stabilní elektrosprej i při nízkých průtocích, dobře reprodukovatelné, mírná ztráta citlivosti z důvodu ředění.

Hlavní výsledky a diskuse

Srovnání ionizačních metod ukazuje, že ESI zůstává nejrozšířenější, ale její citlivost ovlivňují netěkavé soli z BGE. APCI a APPI rozšiřují rozsah analyzovatelných sloučenin na méně polární látky. Ambientní metody DESI a DART slibují vyšší toleranci k matricím a solím. Rozhraní sheathless nabízejí nejlepší citlivost, liquid-junction a sheath-flow konstrukce zase lepší stabilitu a jednoduchou implementaci.

Přínosy a praktické využití metody

• CE-ESI-MS umožňuje přesnou analýzu peptidů, proteinů i malých metabolitů při nízkých koncentracích.
• Uplatnění v klinických studiích, farmaceutickém vývoji, kvalitativním i kvantitativním vyhodnocení biologických vzorků.
• Možnost stanovení disociačních konstant i dalších fyzikálně-chemických parametrů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Vývoj směřuje k robustnějším a citlivějším rozhraním, tolerantním k běžným elektrolytům a nečistotám. Ambientní ionizační techniky (DESI, DART) a vylepšené sheathless konstrukce mohou umožnit širší použití CE-MS v průmyslu a klinice. Dále se očekává integrace mikrofluidní přípravy vzorku a automatizace hyphenovaných systémů.

Závěr

CE-MS představuje silný analytický nástroj kombinující vysokou separační účinnost kapilární elektroforézy s citlivou a selektivní hmotnostní spektrometrií. Každá ionizační technika a typ rozhraní má specifické výhody a omezení, volba optimálního systému závisí na analytech, matrici a požadavcích aplikace. Nové ionizační přístupy a konstrukce interfacingu otevřou cestu k dalšímu rozšíření tohoto hyphenovaného přístupu.