"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
R&D project
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

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.