"Estonian Science Foundation Research Grant" project ETF8572
ETF8572 "Ionization efficiency in ESI-MS analysis (1.01.2011−31.12.2014)", Koit Herodes, University of Tartu, Faculty of Science and Technology (old), Institute of Chemistry, Tartu University.
ETF8572
Ionisatsiooni efektiivsus ESI-MS analüüsil
Ionization efficiency in ESI-MS analysis
1.01.2011
31.12.2014
Estonian Science Foundation Research Grant
Field of researchSubfieldCERCS specialtyFrascati Manual specialtyPercent
4. Natural Sciences and Engineering4.11. Chemistry and Chemical TechnologyP300 Analytical chemistry 1.3. Chemical sciences (chemistry, other allied subjects)100,0
PeriodSum
01.01.2011−31.12.201112 960,00 EUR
01.01.2012−31.12.201212 960,00 EUR
01.01.2013−31.12.201312 960,00 EUR
01.01.2014−31.12.201412 960,00 EUR
51 840,00 EUR
52995,54

Vedelikkromatograafia-massispektromeetria (LC-MS) koos elektropihustuse ioonallikaga (ESI) on üks võimsamaid keemilise analüüsi meetodeid. Üheks olulisemaks probleemiks LC-MS kasutamisel on maatriksiefekt - analüüdi signaali vähenemine/suurenemine kaaselueeruvate maatriksi komponentide tõttu. Üldjoontes on ioonide tekke mehhanism ESI allikas selge, kuid sügavam arusaamine (eriti molekulidevahelisi interaktioone silmas pidades) siiski puudub. Seetõttu: 1. Puudub võimalus ennustada kui hästi üks või teine aine ESI allikas antud solventi kasutades ioniseerub. 2. Puudub ülevaade maatriksiefekti esinemist ja suurust põhjustavatest faktoritest. Neid puudusi silmas pidades defineerisime uue suuruse - ionisatsiooni efektiivsus (IE) - ja töötasime välja metoodika selle määramiseks. Selgitasime välja, et analüüdi molekulaarsetest parameetritest on pKa ja molekulaarruumala kõige olulisemsd IE faktorid. Käesolevas projektis on plaanis: - Oluliselt täiendada IE skaalat. - Teha kindlaks, kas ESI-MS instrumendi ehitusest sõltumatu IE skaala loomine on võimalik. - Uurida IE sõltuvust solvendist. - Luua matemaatiline mudel, mille abil arvutada IE lähtudes molekulaarsetest parameetritest ja solvendist. - Leida seosed IE ja maatriksiefekti vahel. Kui osutub võimalikuks, siis ka: - Kasutada IE poolkvantitatiivse analüüsi läbiviimiseks. - Koostada tarkvaralahendus IE arvutamiseks. - Luua uudseid efektiivseid derivatiseerivaid reagente. - Võtta kasutusele uudseid LC-MS eluendi lisandeid, mis ei muuda analüüdi ionisatsiooni.
Liquid chromatography with mass spectrometric detection (LC-MS) with electrospray ionization (ESI) is among the most powerful methods of chemical analysis. One of the most serious problems of LC-MS is the matrix effect - suppression/enhancement of analyte signal due to coeluting compounds. In general terms the ESI process is understood, but in-depth understanding (especially from the point of view of molecular interactions) is still lacking. Therefore: 1. It is impossible to accurately predict the IE of a compound in the ESI source based on its structure and solvent composition. 2. Understanding of the factors that govern the occurrence and magnitude of the matrix effect is almost completely lacking. Keeping these shortcomings in mind, new parameter - ionization efficiency (IE) - was defined by us and method for its determination was developed. Statistical analysis revealed that pKa and molecular volume of the analyte are the molecular parameters that play major role in determining IE. Planned activities in the current project: - Significantly expand the existing IE scale. - Assess the feasibility of IE scale, which is independent of ESI-MS instrument manufacturer. - Study solvent-dependence of IE. - Create a mathematical model for calculation of IE from molecular parameters of analyte and solvent properties. - Study relations between IE and matrix effect. If feasible then also: - Demonstrate utility of IE for semiquantitative LC-MS analysis. - Create software tool for IE prediction. - Design novel derivatization reagents for obtaining higher sensitivity. - Employ novel eluent LC-MS additives that do not alter analyte ionization.
Vedelikkromatograafia (LC) massispektromeetrilise (MS) detektoriga on kujunenud tähtsaimaks orgaaniliste ühendite analüüsimeetodiks. Levinuimaks LC-MS ionisatsioonimeetodiks on elektropihustuse ionisatsioon (ESI). ESI ionisatsiooni efektiivsus (IE) sõltub paljudest faktoritest, kuid eelkõige uuritava aine omadustest. Käesoleva projekti töögrupis on loodud ainete IE kvantitatiivne skaala. ESI ioonallika puuduseks on maatriksiefekt (ME), mis tähendab, et aine IE sõltub teistest ioonallikas olevatest ainetest. ME võib kaasa tuua ionisatsiooni mahasurumise või tugevnemise. Käesoleva projekti eesmärgiks oli IE skaala universaalsuse demonstreerimine ja rakendamine erinevate analüütilise keemia probleemide lahendamisel. Projekti olulisemad tulemused on järgmised: - Määrati ainete IE-d kasutades 4 ESI-MS süsteemi. Kuigi eri instrumentide abil saadud IE skaalad ei langenud ideaalselt kokku, võib öelda, et ESI IE on universaalne. - IE mõjutavad mitmed instrumentaalsed parameetrid, nt ioonide transpordi (ja lõksustamise) potentsiaalid massispektromeetris, ESI pihusti asend ja ESI pihusti ehitus. Konstrueeriti ja patenteeriti uudne ESI pihusti, mis võimaldab ainete efektiivsemat ionisatsiooni ja on vähem mõjutatud maatriksiefektidest. - IE skaalat täiendati enam kui 30 praktilist tähtsust omava ainega, nende seas pestitsiidid ja aminohapete derivaadid. - Näidati, et ainetele mõjuv ME sõltub aine struktuurist, LC eluendist ja ESI pihustuse efektiivsusest. - Kasutades IE skaalat disainiti kaks uudset aminohapete derivatiseerimise reagenti (FOSF ja DBEMM), mis võimaldavad aminohapete analüüsi femtomooli tasemel. DBEMMi puhul täheldati minimaalset ME ka keeruliste maatriksite korral. - Võeti kasutusele eluendi lisandid HFIP ja HFTB, mis sobivad aluselise puhverlahuse komponentideks LC-ESI-MS analüüsil. HFIP kasutamine muudab kromatograafilist selektiivsust ja parandab ainete ionisatsiooni. Projekti tulemused on avaldatud 13 teadusartiklina ja esitatud on 2 patenditaotlust. Projekti tulemuste vastu on huvi teadusmaailmas, LC-MS instrumentide tootjatel ja analüütiliste reagentide tootjatel.

Principal investigator (1)

PersonDegreeInstitution and occupationCVPeriod
Koit HerodesDoctor's DegreeEST / ENG01.01.2011−31.12.2014

Senior research staff (17)

PersonDegreeInstitution and occupationCVPeriod
Anna-Maria AasWorkplace missingEST / ENG01.01.2012−31.12.2012
Erik BerlinMaster's DiplomaWorkplace missingEST / ENG01.01.2011−16.06.2011
Kristel EtsMaster's DiplomaWorkplace missingEST / ENG01.01.2012−31.12.2013
Irja HelmDoctor's DegreeEST / ENG01.01.2012−31.12.2012
Sergei JurtšenkoDoctor's DegreeEST / ENG01.01.2011−31.12.2012
Karin KipperDoctor's DegreeEST / ENG01.03.2012−31.12.2014
Kristo KleemannMaster's DiplomaEST / ENG01.01.2012−31.12.2013
Anneli Kruve-ViilDoctor's DegreeUniversity of Tartu, Faculty of Science and Technology (old), Institute of Chemistry, Tartu University, Research Fellow (1,00)EST / ENG01.01.2011−31.12.2014
Allan KünnapasMaster's DegreeWorkplace missingEST / ENG01.01.2011−31.12.2013
Jaanus LiigandMaster's DiplomaEST / ENG20.02.2013−31.12.2014
Märt LõkovMaster's DiplomaEST / ENG01.09.2014−31.12.2014
Maarja-Liisa OldekopDoctor's DegreeUniversity of Tartu, Faculty of Science and Technology (old), Institute of Chemistry, Tartu University, Manager (0,60)EST / ENG01.01.2013−31.12.2014
Merit OssMaster's DiplomaUniversity of Tartu, Faculty of Science and Technology (old), Institute of Chemistry, Tartu University, Chemist (0,50)EST / ENG01.01.2011−31.12.2014
Riin RebaneDoctor's Degreeanalüütilise ja füüsikalise keemia teadurEST / ENG01.01.2011−31.12.2014
Sigrid SelbergMaster's DiplomaWorkplace missingEST / ENG01.09.2014−31.12.2014
Anu TeearuDoctor's DegreeUniversity of Tartu, Faculty of Science and Technology (old), Institute of Chemistry, Tartu University, Chemist (0,25)EST / ENG01.01.2014−31.12.2014
Ruta Veigure07.11.2014−31.12.2014
Projects
Project
ETF7127; "Elektropihustusionisatsiooni uurimine"; Koit Herodes;
Publications
Publications
Haljasorg, Tõiv; Saame, Jaan; Kipper, Karin; Teearu, Anu; Herodes, Koit; Reinik, Mari; Leito, Ivo (2014). Alternative Eluent Composition for LC-MS Analysis of Perfluoroalkyl Acids in Raw Fish Samples. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 62 (23), 5259−5268.dx.doi.org/10.1021/jf5007243.
Rebane, Riin; Oldekop, Maarja-Liisa; Herodes, Koit (2014). Matrix influence on derivatization and ionization processes duringselenoamino acid liquid chromatography electrospray ionizationmass spectrometric analysis. Journal of Chromatography B-Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences, 955, 34−41.dx.doi.org/10.1016/j.jchromb.2014.02.016.
Oldekop, Maarja-Liisa; Herodes, Koit; Rebane, Riin (2014). Study of the matrix effects and sample dilution influence on the LC–ESI–MS/MS analysis using four derivatization reagents. Journal of Chromatography B, 967, 147−155.dx.doi.org/10.1016/j.jchromb.2014.07.027.
Põldma, Priit; Moor, Ulvi; Tõnutare, Tõnu; Herodes, Koit; Rebane, Riin (2013). Selenium treatment under field conditions affects mineral nutrition, yield and antioxidant properties of bulb onion (Allium cepa L.). Acta Scientiarum Polonorum - Hortorum Cultus, 12 (6), 167−181.
Rebane, Riin; Oldekop, Maarja-Liisa; Herodes, Koit (2012). Comparison of amino acid derivatization reagents for LC-ESI-MS analysis. Introducing a novel phosphazene-based derivatization reagent. Journal of Chromatography B-Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences, 904, 99−106.
Rebane, Riin; Herodes, Koit (2012). Comparison of three buffer solutions for amino acid derivatization and following analysis by liquid chromatography electrospray mass spectrometry. Journal of Chromatography A, 1245, 134−142.10.1016/j.chroma.2012.05.039.
Rebane, Riin; Herodes, Koit (2012). Influence of boric acid on electrospray ionization efficiency. European journal of mass spectrometry, 18 (1), 71−75.10.1255/ejms.1160.
Kipper, Karin; Herodes, Koit; Leito, Ivo (2011). Fluoroalcohols as novel buffer components for basic buffer solutions for liquid chromatography electrospray ionization mass spectrometry: Retention mechanisms. Journal of Chromatography A, 1218 (45), 8175−8180 .10.1016/j.chroma.2011.09.025.
Kruve, Anneli; Auling, Ragne; Herodes, Koit; Leito, Ivo (2011). Study of liquid chromatography/electrospray ionization mass spectrometry matrix effect on the example of glyphosate analysis from cereals. Rapid Communications in Mass Spectrometry, 25 (21), 3252−3258.DOI:10.1002/rcm.5222.
Nei, Lembit; Haiba, Egge; Kutti, Sander; Kipper, Karin; Herodes, Koit; Lillenberg, Merike (2014). Sewage sludge compost, microbial activity and pharmaceuticals. Global Journal on Advances in Pure & Applied Sciences, 3, 30−37.
Haiba, E.; Nei, L.; Lillenberg, M.; Kipper, K.; Herodes, K. (2013). Degradation of some pharmaceuticals during sewage sludge composting. AWERProcedia Advences in Applied Sciences, 1, 857−862.
Haiba, E.; Lillenberg, M.; Kipper, K.; Astover, A.; Herodes, K.; Ivask, M.; Kuu, A.; Litvin, S.V.; Nei, L. (2013). Fluoroquinolones and sulfonamides in sewage sludge compost and their uptake from soil into food plants. African Journal of Agricultural Research, 8 (23), 3000−3006.
Rebane, Riin; Rodima, Toomas; Kütt, Agnes; Herodes, Koit (2015). Development of amino acid derivatization reagents for liquid chromatography electrospray ionization mass spectrometric analysis and ionization efficiency measurements. Journal of Chromatography A, 1390, 62−70.10.1016/j.chroma.2015.02.050.
Tamme, K.; Oselin, K.; Kipper, K.; Low, K.; Standing, JF.; Metsvaht, T.; Karjagin, J.; Herodes, K.; Kern, H.; Starkopf, J. (2015). Pharmacokinetics of doripenem during high volume hemodiafiltration in patients with septic shock. Journal of Clinical Pharmacology, 55 (4), 438−446.10.1002/jcph.432.
Kruve, Anneli; Kaupmees, Karl; Liigand, Jaanus; Oss, Merit; Leito, Ivo (2013). Sodium adduct formation efficiency in ESI source. Journal of Mass Spectrometry, 48 (6), 695−702.10.1002/jms.3218.
Rebane, Riin; Oldekop, Maarja-Liisa; Herodes, Koit (2013). Method development strategy for derivatization LC/ESI/MS. International Symposium on High Performance Liquid Phase Separations and Related Techniques, Amsterdam, 16.-20.06.2013.
Kipper, Karin; Hüüdma, Kristi; Tamme, Kadri; Starkopf, Joel; Herodes, Koit (2013). Simultaneous Analysis of Carbapenems in Human Bodily Liquids Using HFIP as Buffer Additive in LC-ESI-MS/MS. International Symposium on High Performance Liquid Phase Separations and Related Techniques, Amsterdam, 16.-20.06.2013.
Kruve, A; Leito, I, Herodes, K; Laaniste, A; Lõhmus, R. (2012). Enhanced Nebulization Efficiency of Electrospray Mass Spectrometry: Improved Sensitivity and Detection Limit. Journal of the American Society for Mass Spectrometry, 23 (12), 2051−2054.10.1007/s13361-012-0475-y.
Nei, L.; Lillenberg, M.; Haiba, E.; E.Kipper, K.; Herodes, K. (2011). Pharmaceuticals in Sewage Sludge Compost and Their Uptake from Fertilized Soil by Food Plants. Abstract Book: Society of Environmental Toxicology and Chemistry North America 32nd Annual Meeting. Boston, Massachusetts, 241.
Supervision
Supervision
Maarja-Liisa Oldekop, Master's Degree, 2013, (sup) Riin Rebane; Koit Herodes, Aminohapete derivatiseerivate reagentide võrdlemine, University of Tartu, Faculty of Science and Technology (old), Institute of Chemistry, Tartu University.
Karin Kipper, Doctor's Degree, 2012, (sup) Koit Herodes, Fluoroalcohols as Components of LC-ESI-MS Eluents: Usage and Applications, University of Tartu, Faculty of Science and Technology (old), Institute of Chemistry, Tartu University.
Riin Rebane, Doctor's Degree, 2012, (sup) Koit Herodes, Advanced method development strategy for derivatization LC/ESI/MS, University of Tartu, Faculty of Science and Technology (old), Institute of Chemistry, Tartu University.
Erik Berlin, Master's Degree, 2011, (sup) Koit Herodes, Nitrotselluloosi baasil propellantide stabiilsuse testimine, kasutades stabilisaatorite ammendumist (Stability testing of nitrocellulose based propellants using stabilizer depletion), University of Tartu, Faculty of Science and Technology (old), Institute of Chemistry, Tartu University.
Anneli Kruve, Doctor's Degree, 2011, (sup) Ivo Leito; Koit Herodes, Matrix Effects in Liquid-Chromatography Electrospray Mass-Spectrometry, University of Tartu, Faculty of Science and Technology (old), Institute of Chemistry, Tartu University.
Kristo Kleemann, Master's Degree, 2013, (sup) Anneli Kruve, Ionisatsiooniefektiivsuste muutuste uurimine elektropihustusionisatsioonil amiinide näitel (Ionization efficiency changes in electrospray ionization source on the example of amines), University of Tartu.
Vahur Toss, Master's Degree, 2013, (sup) Anneli Kruve, Glüfosaadi määramine pinnaveest SPE HPLC/ESI/MS/MS metoodikaga: kitsaskohad ja nende lahendamine (Evaluation and solving of crucial problems in glyphosate groundwater analysis with SPE HPLC/ESI/MS), University of Tartu.
Hanno Evard, Master's Degree, 2012, (sup) Anneli Kruve, Paberpihustusionisatsiooni ja selle võimalike rakenduste uurimine (Study of Paperspray Ionization and its Possible Applications), University of Tartu.
Industrial property
Industrial property
Patentne leiutis: Uudsed derivatiseerivad reagendid; Omanikud: Tartu Ülikool; Autorid: Riin Rebane, Koit Herodes, Toomas Rodima; Prioriteedi number: GB1317556.7; Prioriteedi kuupäev: 3.10.2013.
Patentne leiutis: Meetod ja seade uuritava aine või seda sisaldava kandevedeliku pihustamiseks ionisatsiooniallikast massispektromeetrisse; Omanikud: Tartu Ülikool, Eesti Nanotehnoloogiate Arenduskeskuse AS ; Autorid: Anneli Kruve, Koit Herodes, Rünno Lõhmus, Ivo Leito, Ants Lõhmus; Prioriteedi number: P201100030; Prioriteedi kuupäev: 27.04.2011.
Patentne leiutis: Lülimanipulaator; Omanikud: Tartu Ülikool; Autorid: Maarja Kruusmaa, Mart Anton, Andres Punning, Alvo Aabloo; Prioriteedi kuupäev: 1.01.0001.
Patentne leiutis: Biosensor ja selle valmistamise meetod; Omanikud: Tartu Ülikool; Autorid: Toonika Rinken, Jaak Järv, Ago Rinken, Toomas Tenno; Prioriteedi kuupäev: 1.01.0001.