Utility of the ACQUITY UPLC I-Class System and Ion Mobility in a Routine Workflow to Understand the Challenge of Analyzing Fluoroquinolone Antibiotic Residues

Význam tématu

Ion mobility v kombinaci s ultravysoce výkonnou kapalinovou chromatografií (UPLC) rozšiřuje možnosti identifikace reziduí fluoroquinolonových antibiotik v komplexních matricích. Rozpoznání a charakterizace intra-molekulárních protomerů, měření kolizních průřezů (CCS) a zohlednění vlivu matrice jsou klíčové pro spolehlivé screeningové metody v oblasti kvality potravin a veterinární analytiky.

Cíle a přehled studie

Studie demonstruje rutinní workflow spojující systém ACQUITY UPLC I-Class, ion mobility hmotnostní spektrometrii (SYNAPT G2-S HDMS) a SW UNIFI pro:

• Identifikaci více lokalit protonace (protomerů) fluoroquinolonů
• Měření a využití kolizních průřezů jako dodatečného parametru
• Posouzení vlivu matrice na poměry protomerů
• Zlepšení specifity a reprodukovatelnosti screeningových metod

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky:

• Solventní standardy 9 fluoroquinolonů, extrakty z prasecího masa obohacené o 25 antibiotik

Podmínky UPLC:

• Systém ACQUITY UPLC I-Class, kolona BEH C18 (1,7 μm, 100×2,1 mm), 40 °C, průtok 0,6 mL/min
• Fáze A: voda 0,1 % kyseliny mravenčí; fáze B: acetonitril 0,1 % kyseliny mravenčí
• Gradient 0–9 min: 95 % A → 5 % A → 95 % A

Podmínky MS/IMS:

• SYNAPT G2-S HDMS, ESI+ (kapilární napětí 2 kV, konická deska 25 V)
• Desolvační teplota 550 °C, driftový plyn N₂, TWIMS T-Wave (900 m/s, pulzní výška 40 V)
• Rozsah m/z 50–1200, 4 spektra/s, kolizní energie 15–45 eV

Software:

• MassLynx MS, UNIFI Scientific Information System

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda umožnila rozlišit dvojice protomerů u 9 fluoroquinolonů s rozdíly CCS 6–12 Ų. Např. ciprofloxacin vykázal protomery s CCS 108,7 a 119,1 Ų, doprovázené odlišnými fragmentačními vzorci pro protonaci na acidické či bazické skupině. V prasecích extraktech byla díky IMS-filtraci dosažena vysoká přesnost měření m/z (<1 ppm) a CCS (<2 %) a efektivní odstranění matricového pozadí. Studie rovněž ukázala kolísání poměrů protomerů vlivem matrice, což významně ovlivňuje výběr MRM přechodů.

Přínosy a praktické využití metody

• CCS jako dodatečný identifikační parametr zvyšuje selektivitu a jistotu identifikace
• Spektrální čištění na základě IMS odstraňuje rušivé složky matrice
• Retrospektivní analýza IMS dat podporuje vývoj robustních a přenosných metod
• Zlepšení reprodukovatelnosti screeningů reziduí v QA/QC laboratořích

Budoucí trendy a možnosti využití

• Standardizace CCS knihoven pro širší třídy analytů
• Prohloubení výzkumu multi-protonací a jejich dopadu na MRM
• Integrace IMS-LC-MS do rutinních regulatorních screeningů
• Rozšíření na další skupiny malých molekul a automatizace datové analýzy

Závěr

Integrace UPLC s TWIMS-IMS a UNIFI platformou poskytuje komplexní řešení pro odhalení protomerů, měření CCS a účinnou eliminaci matricových interferencí. Tento přístup zvyšuje spolehlivost a robustnost screeningů reziduí fluoroquinolonů v potravinářských matricích a posouvá hranice rutinní analytické chemie.

Reference

1. McCullagh M., Stead S. et al. Identification of Multiple Sites of Intra-Molecular Protonation and Different Fragmentation Patterns within the Fluoroquinolone Class of Antibiotics in Porcine Muscle Extracts Using Traveling Wave Ion Mobility Mass Spectrometry. Waters Application Note 2013.
2. Verdon E., Couedor P., Roudaut B., Sandérs P.J. Multiresidue Method for Simultaneous Determination of Ten Quinolone Antibacterial Residues in Multimatrix/Multispecies Animal Tissues by Liquid Chromatography with Fluorescence Detection. AOAC International 2005.
3. Kaufmann A., Butcher P., Maden K., Widmer M., Giles K., Uria D. Are Liquid Chromatography/Electrospray Tandem Quadrupole Fragmentation Ratios Unequivocal Confirmation Criteria? Rapid Communications in Mass Spectrometry 2009.
4. Mol H.G., Zomer P., de Koning M. Qualitative Aspects and Validation of a Screening Method for Pesticides in Vegetables and Fruits Based on Liquid Chromatography Coupled to Full Scan High Resolution (Orbitrap) Mass Spectrometry. Analytical and Bioanalytical Chemistry 2012.
5. Croley T.R., White K.D., Callahan J.H., Musser S.M. The Chromatographic Role in High Resolution Mass Spectrometry for Non-Targeted Analysis. Journal of the American Society for Mass Spectrometry 2012.
6. Commission Decision 2002/657/EC. Official Journal of the European Communities 2002.
7. FDA Center for Veterinary Medicine, Order Prohibiting Extra Label Use of Fluoroquinolones and Glycopeptides. 1997.
8. Final Decision of the Commissioner, Docket #2000N-157. FDA, 2000.
9. EU Regulation (EC) No 1831/2003 on Additives for Use in Animal Nutrition.
10. EU Council Regulation (EEC) No 2377/90 on MRLs of Veterinary Medicinal Products in Foodstuffs of Animal Origin.
11. Lalli P.M., Iglesias B.A., Toma H.E., de Sá G.F., Daroda R.J., Silva Filho J.C., Szulejko J.E., Araki K., Eberlin M.N. Protomers: Formation, Separation, and Characterization via Traveling Wave Ion Mobility Mass Spectrometry. Journal of Mass Spectrometry 2012.