[Взгляд читателя] Матричные эффекты в масс-спектрометрическом анализе: причины и решения

Статья представлена ​​экспертом-хроматографом Оу Шуо-Джуном . Компания Welch Materials, Inc. уполномочена перевести статью на английский язык и опубликовать её от имени автора.

Матричные эффекты являются одной из основных причин значительных отклонений количественных результатов масс-спектрометрического анализа. Эти эффекты возникают главным образом из-за недостаточного разделения эндогенных веществ в образце от целевого соединения , что приводит к конкуренции при ионизации в источнике ионов. Эта конкуренция влияет на эффективность ионизации целевого соединения, что приводит к значительным отклонениям интенсивности отклика.

Эффекты матрицы обычно подразделяются на два типа: положительные и отрицательные , которые также можно понимать как эффекты усиления и подавления . Стандарт оценки обычно включает сравнение наклона калибровочных кривых, полученных с использованием предварительно обработанных холостых растворов матрицы (окончательного раствора для восстановления или раствора, готового к приборному анализу), с наклонами калибровочных кривых, полученных с использованием чистых растворителей (например, метанола, ацетонитрила, воды). Если отклонение превышает ±10%, эффект матрицы считается значимым.

В рутинных экспериментах широко используется метод коррекции , заключающийся в построении калибровочных кривых, соответствующих матрице, с использованием холостых растворов для количественного определения. Несмотря на эффективность, этот подход имеет ряд недостатков :

1. Для этого требуются пустые матричные растворы, что увеличивает сложность экспериментальных процедур.
2. Эффекты матриц различаются в зависимости от матриц образцов, что требует подготовки нескольких калибровочных кривых, соответствующих матрицам.
3. Для изначально положительных образцов (например, витаминов в пищевых добавках) требуется точная количественная оценка фона образца перед подготовкой точных калибровочных кривых, соответствующих матрице.
4. Для методов предварительной обработки, включающих минимальные объемы восстановления (например, микроэкстракция жидкость-жидкость), получение достаточного количества восстанавливающего раствора для построения калибровочных кривых матрицы может оказаться сложной задачей.

Для решения этих проблем мы предлагаем несколько альтернативных решений и их подходящие варианты применения.

Этот метод предполагает удаление примесей во время предварительной обработки образца , хотя его реализация может оказаться наиболее сложной.

Например, большинство соединений, обнаруживаемых методом масс-спектрометрии, содержат такие элементы, как азот (N) и кислород (O), обычно входящие в состав функциональных групп, таких как амины, гидроксилы и карбонилы. Примеси в образце могут конкурировать за ионизацию из-за схожести функциональных групп, что затрудняет разделение во время предварительной обработки. Тем не менее, можно попытаться максимально повысить степень очистки, используя такие методы, как многоступенчатая жидкостно-жидкостная экстракция, градиентное элюирование с использованием колонок для твердофазной экстракции, комбинированная дисперсионная твердофазная экстракция или методы молекулярного импринтинга.

Квадрупольные масс-спектрометры демонстрируют высокую способность к разделению родительских ионов неизобарических соединений. В результате многие методы масс-спектрометрии характеризуются коротким временем удерживания, что часто позволяет применять схожие составы подвижной фазы и программы градиентного элюирования для различных соединений.

Хотя это удобно, это может стать «слепым пятном» в методах анализа. Короткое время удерживания часто приводит к недостаточному отделению примесей от целевого соединения, усугубляя влияние матрицы.

Решения включают в себя применение многосегментных градиентных программ, изменение состава подвижной фазы для увеличения времени удерживания или использование двухколоночной хроматографии для улучшения разделения. Хотя примеси могут оставаться незамеченными, влияние матрицы может служить основой для оценки метода.

Возьмём в качестве примера малатион. Он может образовывать такие родительские ионы, как [M+H]+, [M+NH4]+ и [M+Na]+. В присутствии примесей, богатых аминами (например, аминокислот), конкуренция за ионы водорода может привести к эффекту подавления матрицы.

Для смягчения этого эффекта можно использовать подвижную фазу на основе ацетата аммония с концентрацией 20 ммоль/л для длительной промывки прибора с целью удаления остаточных ионов водорода. Выбор соотношения массы иона [M+NH4]+ к заряду для малатиона во время анализа позволяет эффективно снизить влияние матрицы, поскольку аминокислоты демонстрируют низкую интенсивность отклика на ионы [M+NH4]+ и, следовательно, минимальную конкуренцию.

Методы внутренних стандартов обеспечивают надежную коррекцию для различных матриц. Использование изотопных внутренних стандартов позволяет строить калибровочные кривые с использованием чистых растворителей, устраняя проблемы, связанные с вариациями состава матрицы. Однако изотопные внутренние стандарты могут быть дорогостоящими, особенно при многокомпонентном анализе, что значительно увеличивает затраты.

В случаях сильного влияния матрицы может помочь увеличение степени разбавления. Это снижает концентрацию примесей, тем самым уменьшая конкуренцию за ионизацию. По опыту автора, в идеале концентрация аналита должна находиться в диапазоне 2–3 пределов количественного определения. Для положительных образцов с высокой концентрацией такой подход позволяет эффективно снизить влияние матрицы.