DPiMS-MS (PESI) combined with vacuum differential mobility spectrometry for rapid forensic analysis

Význam tématu

Ambientní ionizační metody hmotnostní spektrometrie umožňují rychlou a minimálně invazivní analýzu biologických vzorků, což je zásadní pro forenzní vyšetřování a klinický screening. Absence chromatografické separace zkracuje dobu stanovení, ale zvyšuje riziko chemického šumu a izobarických interferencí. Vakuová diferenciální mobilitní spektrometrie (vDMS) nabízí dodatečnou dimenzi separace, která může tyto problémy efektivně řešit.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo implementovat prototyp vakua-DMS do systému Shimadzu DPiMS-8060 (PESI) a prokázat jeho schopnost při rychlé a selektivní analýze malých molekul (paracetamol, metformin) a steroidu kortizolu v umělé slině. Studie demonstruje optimalizaci parametrů pole a ukazuje snížení šumu a eliminaci izobarických interferencí.

Použitá instrumentace

• Shimadzu DPiMS-8060 (PESI) s prototypem vDMS
• Tripolární kvadrupólový analyzátor
• Softwarové vybavení LabSolutions v5.97 a proprietární PESI MS řešení

Použitá metodika

vDMS buňka byla umístěna mezi desolvační linku a Q¹ při tlaku 33 mbar. Pole bylo nastavováno v jednotkách Townsend (Td) pomocí rozpínacího (EdN) a korekčního (EcN) pole. Analýzy probíhaly v pozitivním režimu, data akumuloval software LabSolutions a proprietární PESI MS aplikace.

Hlavní výsledky a diskuse

Optimalizovaná kombinace EdN/EcN umožnila selektivní přenos iontů kortizolu (m/z 363 H⁺, 386 Na⁺, 401 K⁺) a současné potlačení interferencí z matice.
Bez vDMS se v chromatogramu m/z 363 objevovalo několik šumových signálů, které mohly vést k falešně pozitivním výsledkům. Po aplikaci vDMS tyto nežádoucí signály zcela vymizely, přičemž analytické addukty kortizolu zůstaly zachovány.
U paracetamolu a metforminu v umělé slině bylo možné za středních hodnot EdN oddělit interferenční složky z rozpouštědla nebo matice.

Přínosy a praktické využití metody

• Zvýšená selektivita bez prodloužení analýzy
• Snížení pravděpodobnosti falešně pozitivních signálů
• Rychlá akvizice dat vhodná pro „walk-up“ režim
• Možnost aplikace ve složitých matricích (slina, moč, plazma)

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření vDMS-MS technik do rutinní forenzní praxe pro screening drog a biomarkerů. Další vývoj se zaměří na optimalizaci parametrů pole pro širší spektrum látek a na integraci s on-site detekčními systémy, včetně AI-podpory.

Závěr

Integrace vakua-DMS do PESI-MS systémů značně zlepšuje selektivitu analýzy malých molekul ve složitých matricích bez obětí rychlosti. Metoda nabízí slibný přístup pro forenzní a klinické aplikace, kde je klíčová vysoká spolehlivost a krátký čas stanovení.

Reference

• Shvartsburg A.A. et al., Anal. Chem., 90(1), 936–943 (2018)
• Girard C. et al., Anal. Bioanal. Chem., 414, 7243–7252 (2022)