[Разбор для читателей] Почему фторид аммония добавляют в подвижную фазу в современной LC-MS?

Введение

При выборе добавок к подвижной фазе для рутинного анализа методом LC-MS чаще всего рассматривают два известных варианта: муравьиную кислоту и ацетат аммония. Для положительной электрораспылительной ионизации (ESI+) добавление 0,1 % муравьиной кислоты способствует протонированию и увеличивает интенсивность сигнала. Для отрицательной электрораспылительной ионизации (ESI−) традиционно используют ацетат аммония (или формиат аммония).

Однако если обратиться к недавним высокорейтинговым публикациям по нецелевой метаболомике, липидомике, олигонуклеотидным терапевтическим препаратам и анализу остатков пестицидов, можно заметить, что всё чаще встречается ещё одна добавка к подвижной фазе — фторид аммония (NH₄F).

Почему NH₄F, который не так широко известен в неорганической химии, привлёк внимание специалистов по масс-спектрометрии, стремящихся повысить чувствительность LC-MS в отрицательном режиме? В этой статье мы рассмотрим основные преимущества фторида аммония и механизмы его действия.

Повышение интенсивности сигнала в отрицательном режиме ESI

В масс-спектрометрии чувствительность в отрицательном режиме ESI часто ниже, чем в положительном. Многие кислые или слабокислые соединения, хотя и способны легко отдавать протоны, зачастую сложно детектировать с выраженным откликом в ESI−. Традиционные методы решения этой проблемы предполагают использование формиата аммония или гидроксида аммония, однако их эффективность может быть недостаточной для некоторых аналитов.

Фторид аммония, в свою очередь, позволяет добиться значительного роста интенсивности сигнала в ESI−. Фторид-ионы обладают высоким сродством к протонам. В процессе электрораспыления они отнимают протоны (H⁺) от целевого соединения и образуют летучую слабую кислоту (фтороводород), которая удаляется из системы. Это смещает процесс ионизации в сторону образования иона [M−H]⁻, увеличивая обилие целевого иона.

По сравнению с ацетатом и формиатом способность фторида отрывать протоны в газовой фазе значительно выше — он мгновенно повышает эффективность ионизации.

Исключение образования нежелательных аддуктов и упрощение масс-спектров

Одно из наиболее неприятных моментов при анализе в отрицательном режиме MS — образование конкурирующих аддуктных ионов. Мы можем целенаправленно искать [M−H]⁻, но при этом наблюдать масс-спектр, насыщенный аддуктами формиата ([M+HCOO]⁻), аддуктами ацетата ([M+CH₃COO]⁻) и даже аддуктами хлорида ([M+Cl]⁻), возникающими из-за следовых загрязнений или остаточных ионов в системе. Вместо того чтобы концентрироваться в целевом ионе, сигнал аналита распределяется между несколькими разными ионами, что снижает обилие иона, используемого для количественного определения.

Добавление фторида аммония способно изменить пути образования таких аддуктов. Поскольку фторид-ион связывает протоны чрезвычайно быстро, он эффективно подавляет конкуренцию за образование аддуктов со стороны других следовых анионов в системе, концентрируя сигнал в одном пике [M−H]⁻. Также стоит отметить, что сам фторид-ион с трудом образует стабильные аддукты [M+F]⁻ с большинством аналитов.

Таким образом, NH₄F не только резко повышает интенсивность отклика целевого пика, но и значительно упрощает масс-спектр, делая качественный и количественный анализ понятным и простым.

Улучшение формы хроматографических пиков

Помимо повышения отклика масс-спектрометра, фторид аммония в некоторой степени улучшает и хроматографические характеристики. Подобно формиату и ацетату аммония, фторид аммония улучшает форму пиков за счёт подавления вторичной удерживания аналита на колонке.

Ионная сила, создаваемая NH₄F, эффективно экранирует остаточные силанольные активные центры на поверхности сорбента колонки, уменьшая хвостование пиков основных или амфотерных соединений, что, в свою очередь, приводит к увеличению отношения сигнал/шум.

При этом буферная ёмкость фторида аммония значительно ниже, чем у формиата и ацетата аммония. Поэтому при изначально плохой форме пиков целевых соединений применение этой соли требует комплексной оценки.

Примечания по применению фторида аммония

Несмотря на все преимущества, фторид аммония не является универсальным решением. Его необходимо использовать с осторожностью, чтобы не ухудшить аналитические характеристики и не повредить лабораторное оборудование.

1.Поддерживайте низкую концентрацию (0,5–2 ммоль/л)

Не переносите автоматически концентрации, типичные для формиата аммония (часто 10–20 ммоль/л), на фторид аммония.

Во многих приложениях концентрации около 1 ммоль/л достаточно для заметного повышения интенсивности сигнала. Избыточная концентрация не только вызывает сильное ионное подавление, но и может повредить систему LC-MS.

2.Учитывайте коррозионное воздействие на стекло и риск загрязнений

При миллимолярных концентрациях коррозионная активность невелика, однако при длительном хранении в щелочной среде или при высокой доле органической фазы фторид аммония способен травить стеклянные флаконы. При этом вымываются силикаты, которые создают помехи при масс-спектрометрическом анализе.

3.Учитывайте эффект при переключении режимов ионизации

Если в рамках одной методики регистрация ведётся как в положительном, так и в отрицательном режиме ESI, концентрацию фторида аммония нужно подбирать особенно тщательно: высокие концентрации могут подавлять образование отдельных ионов в положительном режиме. При разработке методики для обоих режимов подбирайте концентрацию около 0,5 ммоль/л, чтобы найти оптимальный баланс чувствительности для положительного и отрицательного ESI.