eng
Выпуск #2/2012
Д.Бурмыкин, К.Вонг, З.Йонг
Новый подход к оптимизации условий мультикомпонетного анализа методом газовой хроматографии в сочетании с тандемной масс-спектрометрией
Новый подход к оптимизации условий мультикомпонетного анализа методом газовой хроматографии в сочетании с тандемной масс-спектрометрией
Просмотры: 7032
Компания Bruker Daltonics выпустила новейшее программное обеспечение Bruker MS Workstation для газового хромато-масс-спектрометра с тройным квадруполем Bruker SCION TQ.
Теги: gas chromatography/mass spectrometry software tandem mass-spectrometry газовая хроматография/масс-спектрометрия программное обеспечение тандемная масс-спектрометрия
В режиме мониторинга множественных реакций (MRM) ион-предшественник целевого соединения, выделенный первым квадруполем (Q1), распадается в ячейке столкновительной диссоциации (CID) во втором квадруполе (Q2), а один или несколько полученных ионов-продуктов отфильтровываются третьим квадруполем (Q3) и попадают в детектор. Метод MRM значительно повышает как чувствительность за счет увеличения специфичности, так и селективность путем уменьшения фоновых сигналов от матрицы. Кроме того, несколько MRM-переходов можно наблюдать одновременно от соединений, выходящих из хроматографической колонки одновременно. Однако существует ряд сложностей, которые необходимо учитывать при работе в режиме MRM. Так как обычно для подтверждения каждого компонента требуется два или три MRM-перехода, стандартный MRM-метод для определения 100 и более компонентов содержит от нескольких сотен до тысяч MRM-переходов, поэтому разработка методов анализа и обработки результатов очень утомительна и продолжительна. Кроме того, при таком количестве перекрывающихся MRM-переходов в одном хроматографическом анализе время сканирования (время сбора) каждого MRM-перехода должно быть тщательно подобрано, иначе чувствительность и точность будут потеряны из-за слишком короткого времени сканирования, искажения формы пика или недостаточного числа точек сбора данных на хроматографический пик. Для устранения этих проблем время регистрации традиционно разделяют на несколько окон (сегментов), в каждом из которых масс-спектрометр регистрирует только определенные MRM-переходы. Однако, если анализируемые вещества элюируются на стыке двух сегментов, необходимо настроить оба сегмента, чтобы зарегистрировать компонент, даже если он сдвинется из одного сегмента в другой. В результате детектируется много дублированных MRM-переходов, а время анализа возрастает.
Избежать подобных сложностей позволяет программный модуль CBS (Compound Based Scanning). При его использовании MRM-переходы сгруппированы для конкретного анализируемого соединения, а не для временного интервала, а выбранные параметры для каждого аналита используются как при сборе данных, так и при их обработке. Программное обеспечение CBS включает в себя более 2500 MRM-переходов для 900 наиболее часто встречаемых загрязнителей, в том числе – пестицидов. MRM-переходы искомых соединений могут быть легко выбраны и добавлены в метод при создании программы анализа. После нескольких пробных анализов, необходимых для определения времен удерживания каждого компонента, автоматически вычисляется оптимальное время сканирования компонента, исходя из средней ширины пика с учетом перекрывания диапазонов времен удерживания для близко элюирующихся или коэлюирующихся соединений. Таким образом, полный цикл сканирования оптимизируется, и нет необходимости использовать отдельные сегменты. CBS также упрощает обработку полученных данных, так как информация об анализируемых соединениях автоматически переносится из условий сбора данных в программу для обработки полученных результатов.
Эксперимент
В работе на примере 258-компонентной смеси пестицидов показан процесс оптимизации условий МС/МС для определения пестицидов в экстракте из перца. Экстракт получен методом QuEChERS [2] (см. врезку). Стандарты были приготовлены из пяти коммерчески доступных смесей пестицидов с концентрацией компонентов 10 ppm в растворе гексан/ацетон в соотношении 1:1, каждая из которых содержала по 50–60 компонентов. Бланковый экстракт готовился методом экстракции QuEChERS из смеси болгарских перцев по стандартной процедуре. Полученный экстракт в ацетонитриле высушили на воздухе, остаток перерастворили в смеси гексан/ацетон в соотношении 9:1. Стандарты пестицидов добавлялись в полученную матрицу для проведения калибровки.
ГХ/МС/МС-анализ проводился на масс-спектрометре Scion TQ компании Bruker, оснащенном газовым хроматографом Bruker 451-GC и автосамплером CP-8400, при условиях, приведенных в табл.1.
Определение параметров
МС/МС-анализа
Определение оптимальных условий масс-спектрометрического определения с использованием программного обеспечения Compound Based Scanning состояло из пяти этапов:
1. Выбор целевых компонентов из предустановленной библиотеки CBS или библиотеки, созданной пользователем, и импорт выбранных соединений в окно настройки параметров сбора данных.
2. Определение времени удерживания для каждого компонента. Это может потребовать проведения нескольких пробных анализов с использованием различных температурных программ или разделения пестицидов на более мелкие группы, чтобы работать с меньшим количеством соединений в одном анализе. В данном примере тестовые анализы проводились с использованием пяти стандартных смесей пестицидов, содержащих по 50–60 компонентов в каждой. Финальный метод формировался соединением всех MRM-переходов из пяти групп.
3. Автоматическое определение времени сканирования для каждого компонента. В примере средняя ширина пика составляла 4 с, а необходимое число точек на хроматографический пик было определено как 15. На основании полученных интервалов времен удерживания и введенных настроек, программное обеспечение определило время сканирования для каждого компонента от 15 до 266 мс (или от 7,5 до 133 мс на один MRM-переход).
4. Перенос таблицы компонентов в программу обработки полученных данных.
5. Обработка данных и просмотр результатов анализа при помощи простого в использовании программного обеспечения MS Workstation. Уточненные времена удерживания или соотношения ионов из текущего эксперимента могут быть загружены в редактор параметров сбора данных и использованы для анализа следующего набора образцов.
Результаты
На рис.1 представлена хроматограмма по полному ионному току смеси 258 пестицидов различных классов, включая хлорорганические, фосфорорганические и пиретроиды. Диапазон времен удерживания определяемых соединений составлял от 5,95 до 34,7 мин. Нижняя граница диапазона определяемых содержаний для исследованных пестицидов 0,1–0,5 ppb, а верхняя граница диапазона линейности калибровочных зависимостей достигала 50 или 100 ppb (в зависимости от соединения). Калибровочные кривые для трифуратина, гексахлорбензола и линдана приведены на рис.2.
Следует отметить, что сравнение результатов анализа пестицидов в чистых органических растворах и в природных матрицах методом добавок показали значительный матричный эффект, вызывающий в одних случаях рост интенсивности, в других – подавление сигнала определяемых веществ. Согласно литературным данным, для построения градуировочной зависимости рекомендуется использовать анализируемую матрицу [3]. Поэтому соответствующие калибровочные кривые были построены для экстракта из образцов перца чили, полученного методом QuEChERS. Сравнительные результаты представлены в табл.2. Для всего исследуемого диапазона среднеквадратичное отклонение (СКО) факторов отклика составляла менее 12%, что свидетельствует о хорошей точности метода определения пестицидов в сложных образцах. В соответствии с нормативными документами [4], для подтверждения присутствия любого индивидуального пестицида в образце оба MRM-перехода (первичный для количественного анализа, вторичный для подтверждения) должны присутствовать, а их соотношение (площадей пиков) используется так же, как критерий идентификации. Например, для фосмета соотношение площадей двух переходов 0,65±0,02 сохраняется постоянным в диапазоне концентраций от 0,5 до 100 ppb.
***
Таким образом программное обеспечение Compound Based Scanning значительно упрощает создание метода для мультикомпонентного анализа с использованием масс-спектрометра Scion TQ. Разработанный метод демонстрирует хорошую чувствительность, широкий диапазон линейности калибровочной зависимости и высочайшую надежность при анализе в природной матрице.
Литература
1. J.L.M. Vidal, F.J.A Liebanas, M.J.G. Rodriquez, A.G Frenich and J.L.F. Morena. Validation of a gas chromatography/triple quadrupole mass spectrometry based method for the quantification of pesticides in food commodities. – Rapid Communications in Mass Spectrometry, 2006, v.20, p 365–375.
2. M. Anastassiades, S. J. Lehotay, D. Stajnbaher, F.J. Schenck. Fast and easy multiresidue method employing acetonitrile extraction/partitioning and "dispersive solid-phase extraction" for the determination of pesticide residues in produce. – Journal of AOAC Internatinal, 2003, v.86, p.412–431.
3. J.W. Wong, K Zhang, K. Tech, D.G. Hayward, C.M. Makovi, A.J. Krynisky, F.J. Schenck, K. Barerjee, S. Dasgupta, D. Brown. Multiresidue pesticide analysis in fresh produce by capillary gas chromatography-mass spectrometry/selective ion monitoring (GC-MS/SIM) and -tandem mass spectrometry (GC-MS/MS). – Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2010, v.58, p.5868–5883.
4. European Committee for Standardization/Technical Committee CEN/TC 275. Foods of plant origin-determination of pesticide residues using GC-MS and/or LC-MS/MS following acetonitrile extraction/partitioning and cleanup by dispersive SPE-QuEChERS-method. prEN 15662. – Brussels,
European Committee for Standardization, 2007.
Избежать подобных сложностей позволяет программный модуль CBS (Compound Based Scanning). При его использовании MRM-переходы сгруппированы для конкретного анализируемого соединения, а не для временного интервала, а выбранные параметры для каждого аналита используются как при сборе данных, так и при их обработке. Программное обеспечение CBS включает в себя более 2500 MRM-переходов для 900 наиболее часто встречаемых загрязнителей, в том числе – пестицидов. MRM-переходы искомых соединений могут быть легко выбраны и добавлены в метод при создании программы анализа. После нескольких пробных анализов, необходимых для определения времен удерживания каждого компонента, автоматически вычисляется оптимальное время сканирования компонента, исходя из средней ширины пика с учетом перекрывания диапазонов времен удерживания для близко элюирующихся или коэлюирующихся соединений. Таким образом, полный цикл сканирования оптимизируется, и нет необходимости использовать отдельные сегменты. CBS также упрощает обработку полученных данных, так как информация об анализируемых соединениях автоматически переносится из условий сбора данных в программу для обработки полученных результатов.
Эксперимент
В работе на примере 258-компонентной смеси пестицидов показан процесс оптимизации условий МС/МС для определения пестицидов в экстракте из перца. Экстракт получен методом QuEChERS [2] (см. врезку). Стандарты были приготовлены из пяти коммерчески доступных смесей пестицидов с концентрацией компонентов 10 ppm в растворе гексан/ацетон в соотношении 1:1, каждая из которых содержала по 50–60 компонентов. Бланковый экстракт готовился методом экстракции QuEChERS из смеси болгарских перцев по стандартной процедуре. Полученный экстракт в ацетонитриле высушили на воздухе, остаток перерастворили в смеси гексан/ацетон в соотношении 9:1. Стандарты пестицидов добавлялись в полученную матрицу для проведения калибровки.
ГХ/МС/МС-анализ проводился на масс-спектрометре Scion TQ компании Bruker, оснащенном газовым хроматографом Bruker 451-GC и автосамплером CP-8400, при условиях, приведенных в табл.1.
Определение параметров
МС/МС-анализа
Определение оптимальных условий масс-спектрометрического определения с использованием программного обеспечения Compound Based Scanning состояло из пяти этапов:
1. Выбор целевых компонентов из предустановленной библиотеки CBS или библиотеки, созданной пользователем, и импорт выбранных соединений в окно настройки параметров сбора данных.
2. Определение времени удерживания для каждого компонента. Это может потребовать проведения нескольких пробных анализов с использованием различных температурных программ или разделения пестицидов на более мелкие группы, чтобы работать с меньшим количеством соединений в одном анализе. В данном примере тестовые анализы проводились с использованием пяти стандартных смесей пестицидов, содержащих по 50–60 компонентов в каждой. Финальный метод формировался соединением всех MRM-переходов из пяти групп.
3. Автоматическое определение времени сканирования для каждого компонента. В примере средняя ширина пика составляла 4 с, а необходимое число точек на хроматографический пик было определено как 15. На основании полученных интервалов времен удерживания и введенных настроек, программное обеспечение определило время сканирования для каждого компонента от 15 до 266 мс (или от 7,5 до 133 мс на один MRM-переход).
4. Перенос таблицы компонентов в программу обработки полученных данных.
5. Обработка данных и просмотр результатов анализа при помощи простого в использовании программного обеспечения MS Workstation. Уточненные времена удерживания или соотношения ионов из текущего эксперимента могут быть загружены в редактор параметров сбора данных и использованы для анализа следующего набора образцов.
Результаты
На рис.1 представлена хроматограмма по полному ионному току смеси 258 пестицидов различных классов, включая хлорорганические, фосфорорганические и пиретроиды. Диапазон времен удерживания определяемых соединений составлял от 5,95 до 34,7 мин. Нижняя граница диапазона определяемых содержаний для исследованных пестицидов 0,1–0,5 ppb, а верхняя граница диапазона линейности калибровочных зависимостей достигала 50 или 100 ppb (в зависимости от соединения). Калибровочные кривые для трифуратина, гексахлорбензола и линдана приведены на рис.2.
Следует отметить, что сравнение результатов анализа пестицидов в чистых органических растворах и в природных матрицах методом добавок показали значительный матричный эффект, вызывающий в одних случаях рост интенсивности, в других – подавление сигнала определяемых веществ. Согласно литературным данным, для построения градуировочной зависимости рекомендуется использовать анализируемую матрицу [3]. Поэтому соответствующие калибровочные кривые были построены для экстракта из образцов перца чили, полученного методом QuEChERS. Сравнительные результаты представлены в табл.2. Для всего исследуемого диапазона среднеквадратичное отклонение (СКО) факторов отклика составляла менее 12%, что свидетельствует о хорошей точности метода определения пестицидов в сложных образцах. В соответствии с нормативными документами [4], для подтверждения присутствия любого индивидуального пестицида в образце оба MRM-перехода (первичный для количественного анализа, вторичный для подтверждения) должны присутствовать, а их соотношение (площадей пиков) используется так же, как критерий идентификации. Например, для фосмета соотношение площадей двух переходов 0,65±0,02 сохраняется постоянным в диапазоне концентраций от 0,5 до 100 ppb.
***
Таким образом программное обеспечение Compound Based Scanning значительно упрощает создание метода для мультикомпонентного анализа с использованием масс-спектрометра Scion TQ. Разработанный метод демонстрирует хорошую чувствительность, широкий диапазон линейности калибровочной зависимости и высочайшую надежность при анализе в природной матрице.
Литература
1. J.L.M. Vidal, F.J.A Liebanas, M.J.G. Rodriquez, A.G Frenich and J.L.F. Morena. Validation of a gas chromatography/triple quadrupole mass spectrometry based method for the quantification of pesticides in food commodities. – Rapid Communications in Mass Spectrometry, 2006, v.20, p 365–375.
2. M. Anastassiades, S. J. Lehotay, D. Stajnbaher, F.J. Schenck. Fast and easy multiresidue method employing acetonitrile extraction/partitioning and "dispersive solid-phase extraction" for the determination of pesticide residues in produce. – Journal of AOAC Internatinal, 2003, v.86, p.412–431.
3. J.W. Wong, K Zhang, K. Tech, D.G. Hayward, C.M. Makovi, A.J. Krynisky, F.J. Schenck, K. Barerjee, S. Dasgupta, D. Brown. Multiresidue pesticide analysis in fresh produce by capillary gas chromatography-mass spectrometry/selective ion monitoring (GC-MS/SIM) and -tandem mass spectrometry (GC-MS/MS). – Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2010, v.58, p.5868–5883.
4. European Committee for Standardization/Technical Committee CEN/TC 275. Foods of plant origin-determination of pesticide residues using GC-MS and/or LC-MS/MS following acetonitrile extraction/partitioning and cleanup by dispersive SPE-QuEChERS-method. prEN 15662. – Brussels,
European Committee for Standardization, 2007.
Отзывы читателей
