Characterization of Complex Biological Mixtures Using Multi-Reflection TOFMS in Different Mass Resolution Modes

Význam tématu

Analýza komplexních biologických směsí, zejména lipidů, vyžaduje vysokou hmotnostní rozlišovací schopnost a přesnost. Multi-reflexní TOFMS spektrometr s volitelnými režimy rozlišení umožňuje rychlé screeningové měření, detailní chromatografické analýzy i potvrzení strukturálních informací o stopových složkách. V praxi to otevírá nové možnosti vhodné pro farmaceutický průmysl, biochemii, environmentální monitoring i výzkum biomolekulárních interakcí.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem studie bylo demonstrovat analytický přínos tří režimů hmotnostního rozlišení u MR-TOFMS spektrometru: nízkého (Diamond Mode), středního (Normal Mode) a vysokého (Zoom-In Mode). Autoři formulovali pracovní postup, který kombinuje rychlý screening oxidace fosfatidylethanolaminů (PE) s chromatografickou identifikací a detailním rozlišením izobarických složek.

Použitá metodika a instrumentace

Pro charakterizaci lipidových extraktů Escherichia coli B byly využity následující postupy:

• Přímá infuze: vzorky ředěné 10× v methanol-ammonium acetát/isopropanol/voda (90/5/5) s interním standardem Agilent tuning mix.
• Kapalinová chromatografie: expressLC-100 (Ekisent) s Agilent Zorbax SB-C18 kolonkou (150×0,5 mm, 5 μm) za isokratických podmínek mobilní fáze methanol/ammonium acetát/isopropanol/voda (90/5/5).
• Ionizace: pozitivní ESI s možností in-source CID zvýšením skimmer napětí z 35 na 95 V.

Použitá instrumentace

Multi-reflexní TOFMS spektrometr sestavený ze dvou sad planárních bezroštových zrcadel a periodických iontových čoček ve volném poli:

• Režimy rozlišení: Diamond Mode (R≈3 000, 20 kHz), Normal Mode (R≈50 000, 1 kHz) a Zoom-In Mode (R≈100 000, 0,5 kHz).
• Letová dráha: až 64 reflexí, hmotnostní rozsah do 2 500 m/z.
• Typická přesnost hmoty: <1 ppm v režimu s vysokým rozlišením.

Hlavní výsledky a diskuse

Studie ukázala, že jednotlivé rozlišovací režimy poskytují:

• Diamond Mode – rychlý screening lipidových profilů a srovnání oxidovaných vs. neoxidovaných vzorků během 24 h expozice vzduchu.
• Normal Mode – separaci složitých lipidových směsí v LC a přesnou identifikaci oxidovaných PE s chybami hmotnosti <1 ppm.
• Zoom-In Mode – potvrzení struktur oxidovaných acylů a oddělení izobarických interferencí, např. M+2 izotopu PE C33:1 od PE oxide C32:1.

Workflow studie demonstrovalo generování hypotézy o oxidaci PE, její testování flow-injekcí a LC-MS analýzou a finální potvrzení pomocí vysokého rozlišení. Diskuse zdůraznila nízkou úroveň iontových ztrát díky grid-free designu a výhody přesného určení elementárních vzorců oxidů lipidů.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje:

• Vysokopropustný screening komplexních biologických vzorků.
• Detailní strukturální analýzu a potvrzení izobarických sloučenin.
• Práci s minimálním objemem vzorku a rychlou změnu režimů rozlišení bez nutnosti výměny přístroje.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření aplikací MR-TOFMS v metabolomice, proteomice a monitoringu environmentálních toxinů. Dalším trendem je integrace rychlých režimů s automatizovaným datovým zpracováním a strojovým učením pro okamžitou identifikaci biomarkerů v reálném čase.

Závěr

Ukázalo se, že multi-reflexní TOFMS spektrometr s volitelnými režimy rozlišení nabízí univerzální nástroj pro analýzu komplexních biologických směsí. Kombinace Diamond, Normal a Zoom-In režimu zajišťuje optimální poměr rychlosti, rozlišení a přesnosti pro různé fáze analytického workflow.

Reference

• Giardina M., Artaev V., Gavrik M. a kol. Characterization of Complex Biological Mixtures Using Multi-Reflection TOFMS in Different Mass Resolution Modes. LECO Corporation Application Note.