Gas-Phase Separation of Benzocaine Protonation Site Isomers and Phenylalanine Using Travelling-Wave Ion Mobility MS

Význam tématu

Ionová mobilita spojená s hmotnostní spektrometrií (IM-MS) představuje důležitý nástroj pro rozlišení izomerů a protomerů ve fázi plynu. V klinické diagnostice metabolických poruch, například fenylketonurie, je přesné stanovení poměru fenylalaninu a tyrosinu klíčové. Oddělení strukturálních izomerů, jako je benzokain, který může interferovat s detekcí fenylalaninu, zvyšuje spolehlivost screeningových protokolů.

Cíle a přehled studie

Studie se zaměřila na oddělení dvou protonačních protomerů benzokainu a izomeru fenylalaninu pomocí techniky Travelling-Wave Ion Mobility MS. Cílem bylo prokázat, že volba driftového plynu (dusík vs. oxid uhličitý) a specifické podmínky T-Wave umožňují unikatní separaci interferujících látek.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky benzokainu a fenylalaninu byly připraveny v methanolu a infundovány do hmotnostního spektrometru SYNAPT G2-Si HDMS s T-Wave ionovou mobilitou. Ionizace proběhla metodou ESI v pozitivním režimu. Klíčové parametry:

• Kapilární napětí 2,5 kV
• Teplota zdroje 110 °C, desolvační teplota 250 °C
• Driftový plyn N2 (90 mL/min) a CO2 (65 mL/min)
• T-Wave rychlost 750–1000 m/s, amplituda 27–40 V

Hlavní výsledky a diskuse

Oddělení vedlo k detekci tří mobilitních komponent pro ionty m/z 166. Za N2 driftového plynu byly protomery benzokainu detekovány při průměrných drift times 3,45 ms a 4,36 ms, fenylalanin při 3,81 ms. Při použití CO2 se separace výrazně zlepšila.
Kolaudační průřezy (CCS) v N2: protomer P1 131 Å2, fenylalanin 137 Å2, protomer P2 147 Å2. Po mobilitní separaci byla aplikována kolizní indukovaná disociace (15 V) a získány samostatné MS/MS spektra. Rozdílné fragmentační vzorce potvrzují protonaci na karbonylu respektive aminové skupině.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje eliminovat falešné pozitivní výsledky v novorozeneckém screeningu fenylketonurie způsobené kontaminací benzokainem. Rozšíření iontové mobility ve screeningových protokolech zvyšuje specifičnost a citlivost kvantifikace biomedicínských metabolitů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozvoj iontové mobility s alternativními driftovými plyny pro optimalizaci separace izomerů. Integrace s vysokorozlišujícími hmotnostními analyzátory a automatizované metody připravy vzorků otevřou cestu k širšímu nasazení v klinické a farmaceutické praxi.

Závěr

Studie prokázala účinné rozlišení protonačních protomerů benzokainu a izomeru fenylalaninu pomocí Travelling-Wave Ion Mobility MS. Volba CO2 jako driftového plynu významně zlepšila separaci a umožnila spolehlivé oddělení interferující látky od cílového analyzovaného metabolitu.

Reference

1. Hunt P Newborn Screening by Tandem Mass Spectrometry in Texas 2012
2. Snelling JR Characterisation of pharmaceutical and polymer formulations by novel mass spectrometry approaches PhD thesis University of Warwick 2012
3. Warnke S Seo J Boschmans J Sobott F Scrivens JH Bleiholder C Bowers MT Gewinner S Schollkopf W Pagel K von Helden G Protomers of Benzocaine Solvent and Permittivity Dependence J Am Chem Soc 2015 Mar 17