Development of a MULTI-2D LC×LC-ESI/TPI-DUAL SOURCE-QTOF-MS for the analysis of complex samples

Význam tématu

Analýza velmi složitých matric vyžaduje kombinaci vysokorozlišovací chromatografie a citlivé hmotové spektrometrie. Komplexní vzorky mohou obsahovat stovky až tisíce komponent v širokém rozsahu koncentrací, včetně izomerů nebo chemických tříd s podobnými fyzikálně-chemickými vlastnostmi. Pro jejich oddělení a jednoznačnou detekci je klíčové využít více dimenzionální chromatografii spojenou s duálním ionizačním zdrojem a hmotovým analyzátorem typu QTOF, který nabízí vysokou přesnost hmotnosti a možnosti neadresného (non-targeted) profilování.

Cíle a přehled studie

Hlavním cílem bylo vyvinout robustní platformu zvanou Multi-2D LC×LC-ESI/TPI-DUAL SOURCE-QTOF-MS pro analýzu potravinových vzorků, rostlinných extraktů a environmentálních matric. Studie demonstruje:

• optimalizaci gradientních programů v obou dimenzích pomocí bayesovské optimalizace
• využití dvou oddělovacích režimů (reverzní C18, PFP, HILIC a další) v první i druhé dimenzi
• přepínání mezi ionizačními zdroji ESI a TPI během jediné chromatografické analýzy
• implementaci výpočetního nástroje pro zpracování čtyřrozměrných dat LC×LC-IMS-MS.

Použitá metodika a instrumentace

Pro separaci byla sestavena dvoustupňová chromatografie s modulací mezi 1D a 2D:

• Přístroje Agilent s čerpadly a ventily Eurotherm pro přesné řízení gradientů
• Kolony 1D: C18, PFP, fenyl-hexyl, cyano, amino a HILIC; kolony 2D: polar C18, C8, HILIC, ZIC-HILIC
• Ionizační zdroje: vysokorychlostní ESI Agilent Jet Stream a zdroj TPI založený na nízkoteplotním mikrotubulárním plazmatu (iLTP/FµTP)
• Hmotový analyzátor QTOF s dual-source konfigurací
• Pro dodatečnou separaci izomerů a konformačních forem byla použita technologie IMS: driftová IM-MS a pokročilá platforma SLIM IM s provozní cestou 13 m.

Hlavní výsledky a diskuse

Bayesovská optimalizace umožnila rychlé stanovení gradientních parametrů, které maximalizují rozlišení až několika stovek složek ve vzorku. Duální ionizační zdroj prokázal komplementární citlivost pro polaritu analyzovaných sloučenin, přičemž TPI v některých případech dosahovalo nižších detekčních mezí než konvenční ESI. Multidimenzionální chromatografie významně snižuje potlačení signálu i iontovou supresi ve srovnání s 1D LC-MS. IMS-QTOF navíc poskytuje kolizní průřezové plochy (CCS) jako dodatečnou identifikační dimenzi a zlepšuje separaci izobarických látek.

Přínosy a praktické využití metody

Multi-2D LC×LC-DUAL SOURCE-QTOF-MS umožňuje:

• bezprecedentní separaci a detekci stopových organických látek v potravinách, rostlinných extraktech a vodách
• přesnější neadresnou analýzu metabolitů, pesticidů, fenolických látek či doplňků stravy
• rychlejší vývoj metod a menší potřebu manuální optimalizace díky automatizované bayesovské optimalizaci
• komplexní chemický profil složitých vzorků s podporou IMS a CCS databází.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávaným směrem je integrace vysoce výkonných IMS technik (SLIM IM, TWIMS) do Multi-2D systémů a rozšíření CCS databází pro podporu neadresné identifikace. Dále je perspektivní vývoj plně automatizovaných datových platforem s umělou inteligencí pro odhalování skrytých vzorců v čtyřrozměrných datech. Také se předpokládá rozšíření aplikací do farmaceutické QA/QC, metabolomiky a environmentálních monitorovacích sítí.

Závěr

Navržená platforma Multi-2D LC×LC-ESI/TPI-DUAL SOURCE-QTOF-MS přináší synergii mezi chromatografickou selektivitou, citlivou hmotovou spektrometrií a iontovou mobilitou. Kombinace bayesovské optimalizace, duální ionizace a pokročilé IMS technologie nabízí univerzální nástroj pro řešení analýzy velmi komplexních vzorků s vysokou kvalitou dat a reprodukovatelností.