Online coupling of microchip electrophoresis with ion mobility spectrometry for direct analysis of complex liquid samples

Význam tématu

V současné analytické chemii se klade důraz na miniaturizaci, automatizaci a rychlou odezvu. Hybridní techniky kombinují výhody separačních metod s citlivou detekcí, což zvyšuje analytický výkon při analýze složitých vzorků. Kombinace mikrochipové elektroforézy (MCE) a iontové mobilitní spektrometrie (IMS) nabízí dvojitou separaci – nejprve v kapalné fázi a poté v plynné fázi – a umožňuje rychlou identifikaci a kvantifikaci ionogenních látek v komplexních matricích.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem práce bylo vyvinout a ověřit online hyphenaci mikrochipové elektroforézy s iontovou mobilitní spektrometrií pro přímou analýzu tekutých vzorků. Autoři navrhli rozhraní založené na přímém odparu kapalin (DLS) a demonstrovali schopnost dvojdimenzionální separace na modelové směsi C1–C6 karboxylových kyselin a v odpadní vodě z chovu skotu. Studie hodnotila opakovatelnost, limity detekce, rozsah linearity a praktickou aplikovatelnost navržené techniky.

Použitá metodika

Elektroforetická část probíhala na PMMA mikrochipu s integrovanými vodivostními senzory (IonChip™ 3.0), kde byla použita zóna elektroforéza v aniontovém režimu. Rozdílový tok slabého bufferu (10 mM MES/L‐histidin, pH 6,1) sloužil jako pomocné hydraulické medium pro přesun separovaných analyz po ukončené elektroforéze.

Použitá instrumentace

• Mikrochipový elektroforetický systém s peristaltickými mikropumpy a membránovými elektrodami.
• Detektor vodivosti integrovaný na výstupu separační dráhy mikrochipu.
• Rozhraní DLS (Direct Liquid Sampling) pro odpar a vstup vzorku do IMS.
• Iontová mobilitní spektrometrie s korónovým výbojem a Bobrovou‐Nielsenovou mřížkou, driftová trubice o délce 10,6 cm při 60 °C a 600 mbar.

Hlavní výsledky a diskuse

Autoři prokázali úspěšné oddělení šesti karboxylových kyselin během 2,3 min v MCE a následnou detekci v IMS do 6 minut celkem. Reprodukovatelnost migrace v MCE dosahovala RSD<0,6 %, šířky píků 0,6–1,9 % a doby nástupu signálu v IMS 2,5–5,4 %. Redukované iontové mobility (K0) pro modelové sloučeniny se pohybovaly mezi 1,59–2,23 cm2 V−1 s−1 (RSD<0,56 %). Limity detekce v IMS byly 0,07–2,61 mg L−1. V reálném vzorku odpadní vody byly potvrzeny acetic, valeric, isovaleric a hexanoic acid a stanoveny jejich koncentrace.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá dvoufázová separace a identifikace ionogenních látek v tekutých vzorcích.
• Vysoká opakovatelnost a rozlišovací schopnost bez potřeby rozsáhlé přípravy vzorků.
• Možnost analýzy vodných odpadních, biologických i průmyslových vzorků.

Budoucí trendy a možnosti využití

Dalším krokem je zvýšení citlivosti pomocí on‐line koncentračních technik, rozšíření spektra analyzovatelných sloučenin (např. biopolymerů, metabolitů) a integrace do přenosných „lab‐on‐a‐chip“ systémů pro in‐situ a polní měření. Vývoj automatizovaných rozhraní a softwaru k rychlé datové analýze zvýší uživatelskou přívětivost a rozšíří aplikace v environmentální a potravinářské chemii.

Závěr

Bylo úspěšně demonstrováno online propojení mikrochipové elektroforézy a iontové mobilitní spektrometrie pomocí DLS rozhraní. Vyvinutá metoda nabízí rychlou, opakovatelnou a selektivní analýzu komplexních tekutých vzorků s potenciálem pro rozšiřující se aplikace v moderní analytické praxi.

Reference

• H.H. Hill Jr., et al., Coronaspray nebulization and ionization of liquid samples for IMS, Anal. Chem. 61 (1989) 601–606.
• D. Kaniansky, M. Masár, Column switching in zone electrophoresis on a chip, J. Chromatogr. A 1051 (2004) 33–42.
• M. Sabo, M. Malásková, Direct liquid sampling for corona discharge IMS, Anal. Chem. 87 (2015) 7389–7394.
• A.A. Shvartsburg, R.D. Smith, Protein analyses using differential IMS microchips, Anal. Chem. 84 (2012) 7297–7300.