Small Molecule Ion Mobility Investigations into Cross-platform and Long-term Robustness of a CCS Metric

Význam tématu

Ionová pohyblivostní hmotnostní spektrometrie (IM-MS) se v posledních dvou desetiletích stala klíčovou technikou pro analýzu malých molekul. Měření kolizní průřezy (CCS) poskytuje nezávislé plynové rozlišení, které zvyšuje selektivitu a spolehlivost identifikace ve spojení s retenčním časem, přesnou hmotností a fragmentací.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo ověřit dlouhodobou robustnost, vnitro- a mezilaboratorní reprodukovatelnost a vzájemnou srovnatelnost CCS metriky napříč třemi IM-MS platformami: dvěma liniovými TWIM-Q-ToF přístroji (Vion a SYNAPT G2-Si) a prototypem kyklické IM (cIM). Analýza pokrývala stovky sloučenin relevantních pro forenzní toxikologii, potravinovou bezpečnost a QC standardy.

Použitá metodika a instrumentace

Veškeré analýzy kombinovaly UPLC separaci s ESI-IM-MS detekcí. Byly použity:

• UPLC systémy: ACQUITY UPLC I-Class PLUS s BEH C18 kolonkou a M-Class s ionKey BEH C18 (micro-flow), HSS C18 pro forenzní vzorky.
• MS platformy:
• Waters Vion IMS Q-Tof (IM rozlišení ≈20 Ω/ΔΩ, MS rozlišení 30 000 FWHM)
• Waters SYNAPT G2-Si (IM rozlišení ≈40 Ω/ΔΩ, MS rozlišení 20 000 FWHM)
• Cyklický IMS-MS výzkumný prototyp (cIM, IM rozlišení ≈65 Ω/ΔΩ na jedno kolo, MS rozlišení 60 000)
• Kalibrace CCS probíhala jednorázově s IMS/ToF Calibration Kit a referenčním lockmassem (leucin-enkefalin, sodiovaný raffinóza).
• Data byly zpracovány softwary MassLynx, DriftScope a UNIFI.

Hlavní výsledky a diskuse

• V mezilaboratorním srovnání (Vion A+B vs. SYNAPT) pro 432 forenzních molekul byly CCS rozdíly <2 % (79 % <1 %), korelace R²≈0,998.
• Dlouhodobá kalibrační stabilita pro steviol glykozidy: 18 974 detekcí za 45 dní se střední chybou 0,26 %.
• QC směsi sledované 10 týdnů (ESI+ i ESI–) udržely CCS Δ <2 % bez opakované kalibrace.
• Cross-platform srovnání fluoroquinolonových protomerů (2015 vs. 2018) ukázalo Δ <2 % mezi liniovým IM a cIM a dlouhodobou konzistenci přes tři roky.
• Profilování flavonoidů z Passiflora extraktů přineslo Δ <2 % ve srovnání s referenční 2015 CCS databází.
• Vyhodnocení 200 pesticidů (2 000 měření za 4 roky) prokázalo průměrné CCS Δ <1 %.

Přínosy a praktické využití metody

• Dodatečná plynová dimenze rozlišení zvyšuje selektivitu identifikace.
• Robustní CCS knihovny umožňují spolehlivé potvrzení molekul bez časté kalibrace.
• Metoda je vhodná pro forenzní toxikologii, potravinářské kontroly i QC v průmyslu.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření CCS databází o nové molekulární třídy a izomery.
• Integrace cIM víceprůchodových separací pro ultravyšší rozlišení.
• Automatizované vyhodnocovací algoritmy v rámci strojového učení.
• Standardizace CCS metriky napříč výrobci a laboratořemi.

Závěr

Studie prokázala mimořádnou dlouhodobou stabilitu, robustnost a přesnost CCS metriky při analýze malých molekul na různých IM-MS platformách. Jednorázová kalibrace dokáže udržet validní CCS hodnoty po týdny až měsíce bez opakované kalibrace, což významně zvyšuje provozní efektivitu a spolehlivost v routine analýzách.

Reference

• 1. D’Atri V. et al. J Sep Sci. 2018;41(1):20–67.
• 2. Lanucara F. et al. Nat Chem. 2014;6(4):281–294.
• 3. Giles K. et al. Rapid Commun Mass Spectrom. 2004;18:2401–2414.
• 4. Pringle S.D. et al. Int J Mass Spectrom. 2007;261(1):1–12.
• 5. Goscinny S., McCullagh M. ASMS 2013 Conference Proceedings.
• 6. McCullagh M., Goscinny S. Waters AN 2014, 720005028EN.
• 7. Goscinny S. et al. Rapid Commun Mass Spectrom. 2019;33(S2):34–48.
• 8. Giles K. et al. Anal Chem. 2019;91(13):8564–8573.
• 9. Møllerup C.B. et al. J Chromatogr A. 2018;1542:82–88.
• 10. McCullagh M. et al. Rapid Commun Mass Spectrom. 2019;1–11.
• 11. McCullagh M. et al. Phytochem Anal. 2019;30:424–436.
• 12. McCullagh M. et al. Anal Chem. 2018;90:4585–4595.
• 13. European Commission SANTE/11813/2017.