Increasing Speed of UHPLC-MS Analysis Using Single-stage Orbitrap Mass Spectrometer

Význam tématu

Moderní vysoce výkonné UHPLC-MS metody umožňují zkrácené gradienty a velmi úzké chromatografické píky (pod 5 s), což klade vysoké nároky na četnost skenů, rozlišení a selektivitu v režimu vysokého rozlišení a přesné hmotnosti.

Cíle a přehled studie

Hlavním cílem studie bylo otestovat schopnosti jedno-stupňového Orbitrap mass spektrometru Exactive Plus v kombinaci se softwarem ExactFinder 2.0 pro rychlou a spolehlivou analýzu reziduí pesticidů v komplexních maticích s vysokou vzorkovací frekvencí.

Použitá instrumentace

• Orbitrap Exactive Plus (Thermo Scientific) s novou S-Lens a vylepšenými elektronickými moduly.
• UHPLC system Accela s otevřeným autosamplerem a pumpou Accela 1250.
• Hypersil GOLD PFP kolona (50 × 2,1 mm, 1,9 µm).

Použitá metodika

• Příprava vzorku: QuEChERS extrakce krmiva s přídavkem pesticidů.
• UHPLC: 2min gradient voda/methanol (0,1 % FA), průtok 800 µl/min, celkový cyklus 5 min.
• MS: Full scan při rozlišení 70 000 (FWHM@m/z 200) a režim FS/ddAIF s inkluzním seznamem hmotností.
• Data analýza: ExactFinder 2.0, kombinace cíleného screeningu a obecného neznámého screeningu.

Hlavní výsledky a diskuse

• Vylepšení přenosu iontů pomocí S-Lens a elektroniky umožnilo rozlišení 17 500–140 000 a maximální rychlost až 12 Hz, přičemž při 70 000 bylo dosaženo 3,7 Hz (13 skenů/pík ~3,2 s).
• Implementace FS/ddAIF s cíleným seznamem redukuje počet fragmentačních skenů bez ztráty celkové rychlosti dat.
• Kvantifikace 85 pesticidů ve vzorcích (5–150 µg/kg) prokázala lineární kalibraci a minimalizované matriční interferencemi díky 5 ppm extrakčnímu oknu a vysokému rozlišení.
• Kvalitativní analýza prokázala potvrzení cílených látek podle RT, izotopického vzorce, fragmentů a knihovních spekter; obecný screening identifikoval dalších ~15000 komponent včetně aflatoxinů.
• Dostatečné rozlišení (~60 000) je klíčové k oddělení analyzovaných signálů od matričních šumů; nižší rozlišení by vedlo k posunu >2 ppm a falešným výsledkům.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá analýza s vysokou propustností (vysoký počet vzorků za den) bez kompromisu selektivity.
• Integrované kvantitativní i screeningové postupy v jednom běhu.
• Odstranění nutnosti MS/MS díky preciznímu vysokému rozlišení a přesné hmotnosti.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další zrychlování skenovací rychlosti a optimalizace softwarových algoritmů.
• Rozšíření obecného screeningu pomocí online databází a umělé inteligence pro identifikaci neznámých kontaminantů.
• Integrace do plně automatizovaných vysokopropustných laboratoří a on-line monitorovacích systémů.

Závěr

Analýza vysokého rozlišení a přesné hmotnosti na Orbitrap Exactive Plus v kombinaci s UHPLC a ExactFinder 2.0 nabízí spolehlivou, vysoce selektivní a rychlou metodu pro kvantitativní i kvalitativní screening reziduí pesticidů, dosahující výkonu srovnatelného s MS/MS technikami.

Reference

• 1. Kaufmann A. et al. Comprehensive comparison of liquid chromatography selectivity as provided by HRMS and MS/MS. Anal. Chim. Acta. 2010;673:60–72.
• 2. Poster ThP28 #623. Improved analysis of biopharmaceutical samples using an MS-only Orbitrap mass spectrometer.