Improved Low Mass Transmission Efficiency in High Resolution Ion Mobility (HRIM) – Mass Spectrometry (MS) for Expanded Application Profiles

Význam tématu

Analýza malomolekulárních sloučenin pomocí high resolution ion mobility–mass spectrometry (HRIM–MS) je klíčová pro aplikace od metabolomiky po farmaceutický vývoj. Zlepšení přenosu nízkých hmotností (low mass transmission, LMT) rozšiřuje rozsah detekovaných analyz – zejména malých aminokyselin, léků a metabolitů – a zvyšuje citlivost a selektivitu analyz.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo modifikovat platformu MOBIE (SLIM HRIM) tak, aby byla výrazně zlepšena účinnost přenosu iontů pod 150 m/z. Prokázání užitku bylo provedeno na LC-HRIM-MS workflow pro metabolomiku *E. coli* s použitím credentialed standardů.

Použitá metodika a instrumentace

Pro zvýšení LMT byly aplikovány následující úpravy:

• Zvýšení RF frekvence na SLIM desce z 800 kHz na 1,07 MHz pomocí MIPS Ultra High Q RF Head.
• Náhrada N₂ drift plynu za helium 5.0 při tlaku 2,5 Torr pro lepší konfinement nízkomolárních iontů.
• Detekce na Agilent 6545B QTOF MS spojeném s Acquiris SA220 14bit ADC.
• Chromatografie: HILIC-Z HPLC s credentialed *E. coli* kit (CIL MSK-CRED-KIT) v poměru C12/C13 1:1.

Metodika zahrnovala přímou infuzi standardních aminokyselin (Leu, Ile) a komplexní LC-HRIM-MS analýzu referenčních směsí.

Hlavní výsledky a diskuse

• Zlepšení LMT umožnilo spolehlivou detekci iontů až do ~100 m/z, což je výrazný pokrok oproti stávajícím 300 m/z limitům.
• Baselové rozlišení izobarických aminokyselin leucin/isoleucin (132 m/z) s diferencí ~1,3 % ve ΔCCS.
• Úspěšné rozlišení syn- a anti-konformer adenosinu v mobilitní doméně poprvé v plné baseline separaci.
• Separation racemických párů (verapamil) pomocí proton-indukované chirality a mobilně zarovnané fragmentace (MAF) při 30 eV ukazuje shodu se známými MS/MS spektry.
• HRIM základní separace devíti QC referenčních sloučenin pokrývajících rozsah 149–608 m/z.

Přínosy a praktické využití metody

• Rozšíření HRIM–MS aplikací na malé metabolity a lékové molekuly.
• Vyšší citlivost pro QC směsi a standardní testy v průmyslové analytice.
• Detailní strukturní rozlišení izomerů, konformerů a racemátů.
• Možnost integrace s metabolomickými a farmakokinetickými workflow pro rychlou identifikaci a kvantifikaci.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další optimalizace RF vln a drift plynů pro přenost iontů pod 100 m/z.
• Integrace s novými chromatografickými i spektroskopickými technikami pro multi-omics studie.
• Automatizace a vysokopropustné (high-throughput) workflow pro klinické a environmentální aplikace.
• Vývoj kompaktních SLIM-MS systémů pro in situ a polní analýzy.

Závěr

Modifikace SLIM HRIM platformy (vyšší RF frekvence, helium drift plyn) významně zlepšily přenos nízkých hmotností až do ~100 m/z. Výsledné rozšíření masového rozsahu a schopnost baseline separace izomerů, konformerů a racemátů otevírá nové možnosti v analytické chemii i průmyslových aplikacích.

Reference

1. Zheng et al. Chem. Sci. 8(11), 2017, pp 7724–7736.
2. Leritano C. et al. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 61(9), 2022.
3. Chytil L. et al. J. Chromatogr. B 878(30), 2010.
4. Mahieu NG et al. Anal. Chem. 86, 2014, pp 9583–9589.
5. Di Poto C. et al. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 32(8), 2021, pp 2072–2080.