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

Эта статья написана экспертом-хроматографистом Хроматографи Маунд. Содержание статьи представляет исключительно точку зрения автора. Welch Materials, Inc. уполномочена перевести эту статью на английский язык и опубликовать ее от имени автора.

Матричные эффекты являются одной из основных причин значительных отклонений в количественных результатах при масс-спектрометрическом анализе. Эти эффекты в основном возникают из-за недостаточного отделения эндогенных веществ в образце от целевого соединения, что приводит к конкуренции во время ионизации в ионном источнике. Эта конкуренция влияет на эффективность ионизации целевого соединения, что приводит к серьезным отклонениям в интенсивности отклика.

Матричные эффекты обычно подразделяются на два типа: положительные эффекты и отрицательные эффекты, которые также можно понимать как эффекты усиления и эффекты подавления. Стандарт оценки обычно включает сравнение отношения наклона калибровочных кривых, подготовленных с использованием предварительно обработанных растворов матриц-пустышек (либо конечный раствор для восстановления, либо раствор, готовый к инструментальному анализу), с кривыми, подготовленными с чистыми растворителями (например, метанол, ацетонитрил, вода). Если отношение отклоняется более чем на ±10%, матричный эффект считается значительным.

В рутинных экспериментах обычно используется метод коррекции — построение матрично-сопоставленных калибровочных кривых с использованием растворов матриц-пустышек для количественного определения. Хотя этот подход эффективен, он имеет определенные недостатки:

1. Требуются растворы матриц-пустышек, что усложняет экспериментальные процедуры.
2. Матричные эффекты различаются для разных матриц образцов, что требует подготовки нескольких матрично-сопоставленных калибровочных кривых.
3. Для изначально положительных образцов (например, витаминов в пищевых добавках) требуется точное количественное определение фонового значения образца перед подготовкой точных матрично-сопоставленных калибровочных кривых.
4. Для методов предварительной обработки, включающих минимальные объемы восстановления (например, микроэкстракция жидкость-жидкость), получение достаточного объема раствора для восстановления для подготовки матричных калибровочных кривых может быть затруднительным.

Для решения этих проблем мы делимся несколькими альтернативными решениями и их подходящими применениями.

Этот метод включает удаление примесей во время предварительной обработки образца, хотя он может быть наиболее сложным в реализации.

Например, большинство соединений, обнаруживаемых масс-спектрометрией, содержат такие элементы, как азот (N) и кислород (O), обычно встречающиеся в функциональных группах, таких как амины, гидроксилы и карбонилы. Примеси в образце могут конкурировать за ионизацию из-за схожих функциональных групп, что затрудняет разделение во время предварительной обработки. Однако можно попытаться максимизировать очистку с использованием таких методов, как многократная жидкостно-жидкостная экстракция, градиентное элюирование с колонками для твердофазной экстракции, комбинированная дисперсионная твердофазная экстракция или методы молекулярного импринтирования.

Квадрупольные масс-спектрометры обладают сильными разделительными способностями для родительских ионов неизобарических соединений. В результате многие масс-спектрометрические методы имеют короткие времена удерживания, часто позволяя применять аналогичные составы подвижной фазы и программы градиентного элюирования к различным соединениям.

Хотя это удобно, это может стать слепым пятном в методах анализа. Короткие времена удерживания часто приводят к неадекватному разделению примесей от целевого соединения, усугубляя матричные эффекты.

Решения включают принятие многосегментных градиентных программ, изменение состава подвижной фазы для увеличения времени удерживания или использование двухколоночной хроматографии для улучшения разделения. Хотя примеси могут оставаться незамеченными, матричные эффекты могут служить основой для оценки метода.

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

Чтобы уменьшить это, можно использовать подвижную фазу с 20 ммоль/л ацетата аммония для длительной промывки прибора для удаления остаточных ионов водорода. Во время анализа выбор соотношения массы к заряду иона [M+NH4]+ для малатиона может эффективно уменьшить матричные эффекты, поскольку аминокислоты демонстрируют низкую интенсивность отклика для ионов [M+NH4]+ и, следовательно, минимальную конкуренцию.

Методы внутреннего стандарта обеспечивают надежную коррекцию для различных матриц. Использование изотопных внутренних стандартов позволяет готовить калибровочные кривые с чистыми растворителями, устраняя опасения по поводу вариаций матрицы. Однако изотопные внутренние стандарты могут быть дорогими, особенно для многокомпонентных анализов, что значительно увеличивает затраты.

В случае сильных матричных эффектов может помочь увеличение коэффициента разбавления. Это уменьшает концентрацию примесей, тем самым снижая конкуренцию за ионизацию. По опыту автора, концентрация аналита в идеале должна быть в 2-3 раза выше предела количественного определения. Для высококонцентрированных положительных образцов этот подход может эффективно снизить матричные эффекты.