COMPARATIVE EVALUATION OF HIGH RESOLUTION MASS SPECTROMETRY ACQUISITION STRATEGIES FOR THE DETECTION AND ANALYSIS OF ILLICIT DRUG SUBSTANCES

Význam tématu

Screening a kvantifikace nelegálních i legálních psychoaktivních látek v biologických matricích je klíčová pro léčebné programy, forenzní laboratoře a monitorování dodržování léčby. Tradiční workflowy (imunochemie následovaná LC-MS/MS) poskytují vysokou citlivost, avšak často postrádají širší pokrytí anebo flexibilitu pro detekci neočekávaných látek. Studie porovnává dvě vysokorozlišovací akviziční strategie typu time-of-flight (Tof-MRM a Tof-MSE) s cílem zajistit současně kvantitativní citlivost a širší záchyt analytů v jednom instrumentálním řešení.

Cíle a přehled studie

Hlavní cíle studie byly: zhodnotit analytickou citlivost a spolehlivost Tof-MRM (cílená, data-dependent) versus Tof-MSE (nedílná/data-independent) při stanovení skupiny 20 cílových drog v moči; porovnat limity detekce (LOD), schopnost identifikace v autentických vzorcích a užitečnost pro rozšířené screeningové režimy; a ověřit workflowy včetně zpracování dat v platformách waters_connect, MS Quan a UNIFI.

Použitá instrumentace

Waters ACQUITY UPLC I-Class FTN PLUS systém spojený s hmotnostním spektrometrem Xevo MRT MS (hybridní Q‑multi‑reflecting ToF). Chromatografie: ACQUITY HSS C18 kolona, gradient 15 minut; mobilní fáze A: 5 mM amonium formiát (pH 3), mobilní fáze B: acetonitril s 0,1 % kyselinou mravenčí; ionizace ESI+.

Použitá metodika a příprava vzorků

Byly použity tři typy vzorků: komerční systémová standardní směs rozpuštěná na 25 ng/mL, kalibrační vzorky připravené do pole 0,01–2500 ng/mL v pooled blank moči s dvaceti sledovanými analýzy a sada dvaceti anonymizovaných autentických močových vzorků včetně komerční referenční moči ACQ Science DCT –25% UR. Všechny močové vzorky byly před analýzou zředěny 1:5 mobilní fází A (5 mM amonium formiát, pH 3). Identifikace vyžadovala shodu retence (±0,3 min), přesnou hmotnost precursoru a fragmentů (Tof-MSE s tolerancí ≤2 ppm) a odpovídající spektrální podpisy.

Data akvizice a zpracování

Tof-MRM: cílený, datadependentní přístup s kvadrupólovou selekcí precursoru, monitorováním kvantifikačního a pokud možno kvalifikačního fragmentu; optimalizované napětí cone a energetiky kolizí pro každý analyty; zpracování v MS Quan (waters_connect) s integračním prahem plochy a tolerancí retence ±0,3 min.

Tof-MSE: data‑independent režim, kde kvadrupól propouští všechny ionty do kolizní buňky, která střídá nízkou energii (přesná hmotnost precursoru) a rampovanou energii (10–40 eV) pro generování fragmentů; komplexní datová sada zpracovaná v UNIFI, identifikace podpořena Waters Toxicology Library (>2100 léků a metabolitů).

Hlavní výsledky a diskuse

Tof-MRM dosáhl významně nižších limitů detekce (LOD) než Tof-MSE: typicky 0,05–0,5 ng/mL v fortifikovaných močích pro sledované látky (příklad: karfentanil detekovatelný a kvantifikovatelný při 0,05 ng/mL s jasnými kvantifikačními a kvalifikačními přechody). Tof-MSE vykazoval LOD v rozmezí přibližně 0,5–5 ng/mL, tedy zhruba o řád méně citlivý, avšak poskytl mnohem širší spektrální a strukturální informace.

V analýze 20 autentických vzorků byl zjištěn vysoký kvalitativní soulad mezi režimy; důležitým přínosem Tof-MSE byla možnost odhalit další farmaceutické látky, benzodiazepiny, antidepresiva a jiné nečekané drogy mimo původně zacílenou dvacítku. V referenční komerční moči byly nalezeny látky v koncentracích od ~0,75 ng/mL (fentanyl) až po ~225 ng/mL (codein, dihydrokodein), což ilustruje praktické rozsahy detekce v reálných vzorcích.

Přínosy a praktické využití metody

Výsledky ukazují, že kombinace cíleného Tof-MRM a nedílného Tof-MSE na jednom vysokorozlišovacím ToF MS přístroji poskytuje kompromis mezi kvantitativní citlivostí a šíří detekce:

• Tof-MRM: vhodný pro vysoce citlivé kvantifikace nízkoconcentrovaných analyz v režimech compliance a potvrzovacích testů.
• Tof-MSE: vhodný pro screening, post‑hoc „discovery“ analýzy a případné rozšíření panelu bez nové akvizice dat.

Tento přístup umožňuje laboratořím zjednodušit instrumentální park, zkrátit workflow a zároveň nést přidanou hodnotu v podobě archivovatelného, bohatého datasetu pro pozdější vyhledávání a identifikaci nově vznikajících sloučenin.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje zahrnují: integraci rozsáhlejších a pravidelně aktualizovaných toxikologických knihoven, automatizované vyhodnocení pomocí strojového učení, vyšší standardizaci tolerancí přesnosti hmotnosti a robustnosti retence pro forenzní použití a širší adopci hybridních pracovních postupů kombinujících cílené a nedílné akvizice. Dále je pravděpodobné rozšíření aplikací na screening nových psychoaktivních látek (NPS) a retrospektivní analýzy díky archivovaným MSE datasetům.

Závěr

Oba akviziční režimy na Xevo MRT MS ukazují proveditelné a výkonné řešení pro toxikologický screening v moči: Tof-MRM poskytuje citlivost srovnatelnou s konvenčními tandem‑kvadrupólovými metodami, zatímco Tof-MSE rozšiřuje schopnost detekovat neočekávané nebo nefiltrované látky. Kombinované použití zvyšuje diagnostickou šíři a nabízí flexibilní framework pro rutinní i „discovery“ screening v laboratořích se zaměřením na forenzní a klinickou toxikologii.

Reference

• N. S. Mistry, L. J. Calton, J. Cooper. The Utility of MSE for Toxicology Screening with waters_connect and the Xevo G3 QTof Mass Spectrometer. Waters Application Note, 720008045, September 2023.
• N. S. Mistry, L. J. Calton, J. Cooper. The Ultimate Forensic Toxicology Screening Companion—Xevo G3 QTof. Waters Application Note, 720008033, September 2023.
• N. S. Mistry, G. Hammond, R. Lieberman, V. Starkie. Forensic Toxicology Data-Independent Analysis Screening Using Xevo MRT Mass Spectrometer Delivering Routine Parts-per-Billion (ppb) Mass Accuracy. Waters Application Note, 720009219, February 2026.