Evaluating Dynamic Range of High Resolution Demultiplexing of Drift Tube Ion Mobility - Mass Spectrometry Analysis

Význam tématu

Ionová mobilita v kombinaci s hmotnostní spektrometrií rozšiřuje možnosti separace a identifikace strukturálních izomerů v komplexních vzorcích. Zlepšení rozlišovací schopnosti a dynamického rozsahu je klíčové pro vysoce výkonné nezaměřené analytické postupy v oblasti metabolomiky, proteomiky i průmyslové kontroly kvality.

Cíle a přehled studie

Hlavním cílem bylo vyhodnotit dynamický rozsah technologie vysokého rozlišení demultiplektingu (HRdm) ve spojení s driftovou trubicovou iontovou mobilitou (DTIMS) a TOF-MS. Srovnání standardního režimu (rozlišovací síla ≈55) a HRdm (rozlišovací síla >200) bylo provedeno na třech párech izomerů s rozdíly v koliziální křížové ploše (CCS) 1,7 %, 2,7 % a 3,2 %.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky izomerických hydroxyeikosatetraenových a epoxyeikosatrienových kyselin byly připraveny v LC-MS metanolu s poměrným ředěním až do koncentrace 1:200.

• LC: Agilent 1290 Infinity II UHPLC, přímé vstřikování, 0,200 μL/min, 2 μL, 1 min, 70 % metanol/voda.
• IM-MS: Agilent 6560B IM-QTOF v pozitivním režimu, driftová trubice 12,5 V/cm, 4bit multiplexing, 20 IM-MS snímků/soubor, m/z 1700.
• Datové zpracování: PNNL PreProcessor (beta 3.1), IM-MS Browser 10.0, HRdm 2.1.4 (beta).
• Kalibrace CCS: Single Field kalibrace s tune mixem.

Hlavní výsledky a diskuse

Syntetické modelování ukázalo, že při rozlišovací síle 200 je zřetelná mezera (valley) mezi izomerními píky ve 100 % případů. Experimentální data potvrdila, že standardní režim zvládne separaci izomerů 2,7 % do ředění 1:8 a 3,2 % do 1:25, zatímco HRdm umožnil detekci i u 1,7 % páru až do 1:16, u 2,7 % až do 1:100 a u 3,2 % až do 1:200. Rozlišovací schopnost klesá u méně zastoupeného píku s nižší intenzitou signálu, ale u dominantního píku zůstává stabilní. Přesnost stanovení CCS se pohybuje v maximálním posunu 0,4 % (3,2 % pár), 0,8 % (2,7 % pár) a 0,9 % (1,7 % pár). Vylepšené algoritmy vedou k vyšší píkové věrnosti a odstraňují drobné artefakty.

Přínosy a praktické využití metody

HRdm ve spojení s DTIMS-MS přináší vysoké rozlišení bez kompromisu v rozsahu mobility nebo rychlosti akvizice. Umožňuje rozšířený dynamický rozsah pro měření strukturálních izomerů, zlepšuje citlivost a spolehlivost analýz v QA/QC, metabolomice a průmyslové analytice. Oba režimy (standardní a HR) lze získat z jednoho experimentu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další vývoj algoritmů a kompenzačních postupů může zvýšit rozlišovací schopnost i při nižších intenzitách signálu. Očekává se širší využití v komplexních směsích, sloučení s kapilární elektroforézou, aplikace v klinickém výzkumu a rozšíření kalibračních strategií pro přesnější kvantifikaci.

Závěr

Nové verze HRdm (2.x) významně zlepšují analytickou výkonnost DTIMS-MS. Poskytují vysoké rozlišení, rozšířený dynamický rozsah a přesnost stanovení CCS, aniž by bylo nutné obětovat rychlost nebo mobilitní rozsah, což podporuje nezaměřené workflow a rozšiřuje pole aplikací v analytické chemii.

Reference

1. Jody C. May et al. Resolution of Isomeric Mixtures in Ion Mobility Using a Combined Demultiplexing and Peak Deconvolution Technique. Anal. Chem. 2020, 92(14), 9482–9492.
2. Bilbao et al. A Preprocessing Tool for Enhanced Ion Mobility-Mass Spectrometry-Based Omics Workflows. Journal of Proteome Research 2021.