Echtzeit-Atem-Analyse mithilfe von sekundären Nanoelectrospray Ionisation mit hochauflösenden Massenspektrometrie gekoppelt
Summary
Ein Protokoll zur Charakterisierung der chemischen Zusammensetzung der Ausatmungsluft in Echtzeit mithilfe von sekundären Nanoelectrospray Ionisation gekoppelt an hochauflösende Massenspektrometrie nachgewiesen wird.
Abstract
Ausgeatmete flüchtige organische Verbindungen (VOC) haben großes Interesse geweckt, da sie als Biomarker für die Diagnose von Krankheiten und Exposition der Umwelt in eine nicht-invasive Weise dienen können. In dieser Arbeit präsentieren wir ein Protokoll zur Charakterisierung der ausgeatmeten VOC in Echtzeit mithilfe von sekundären Nanoelectrospray Ionisation mit hochauflösenden Massenspektrometrie (Sec-NanoESI-HRMS) gekoppelt. Die hausgemachten Sec-NanoESI-Quelle wurde bereitwillig basierend auf einer kommerziellen NanoESI Quelle eingerichtet. Hunderte von Gipfeln im Hintergrund subtrahiert Massenspektren der Ausatmungsluft beobachtet wurden, und die Massengenauigkeit Werte -4.0-13,5 ppm und-20.3-1,3 ppm in den positiven und negativen Ionen-Erkennung Modi, beziehungsweise. Die Gipfel wurden mit präzise elementare Zusammensetzung nach der genauen Masse und Isotopen Muster zugewiesen. Weniger als 30 s dient zur Messung einer Ausatmung, und es dauert ca. 7 min. für sechs replizierten Messungen.
Introduction
Mit der schnellen Entwicklung der modernen analytischen Techniken wurden Hunderte von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) in der Ausatmungsluft1identifiziert. Diese flüchtigen organischen Verbindungen ergeben sich meist aus alveoläre Luft (~ 350 mL für einen gesunden Erwachsenen) und anatomischen Totraum Luft (~ 150 mL)2, die vom Körper Stoffwechsel3,4,5,6,7 betroffen sind ,8 und Umweltverschmutzung9, beziehungsweise. Infolgedessen wenn identifiziert, sind diese flüchtigen organischen Verbindungen vielversprechend als Biomarker für die Diagnose von Krankheiten und Exposition der Umwelt in eine nicht-invasive Weise verwendet werden.
Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) ist die am weitesten verbreitete Technik zur qualitativen und quantitativen Analyse der ausgeatmeten VOC2, haben direkte MS-Techniken, die für Echtzeit-Atem-Analyse entwickelt wurden, die Vorteile der hohe zeitliche Auflösung und einfache Pre-Probenvorbereitung. Direkte MS Techniken wie Proton Transfer Reaktion MS (PTR-MS)10, ausgewählte Ion Strömungsrohr MS (SIFT-MS)11, sekundäre Electrospray Ionisierung MS (SESI-MS)12,13 (auch benannt als mineralgewinnenden Elektrospray Ionisation MS, EESI-MS14,15), Spur atmosphärische Gas Analyzer (TAGA)16 und Plasma Ionisierung MS (PI-MS)17 wurden untersucht den letzten Jahren.
Unter den direkten MS-Techniken ist SESI bekannt als eine universelle weiche Ionisierung Technik19,20,21; und die Quelle ist leicht angepasst und mit verschiedenen Arten von Massenspektrometer, z.B., Time Flight Massenspektrometer8,15gekoppelt werden, Ionenfallen mass Spectrometer14 und Orbitrap Massenspektrometer12 ,18. Bis jetzt, SESI-MS erfolgreich eingesetzt bei der Diagnose von Erkrankungen der Atemwege22, zirkadianen Rhythmus3,6,23, Pharmakokinetik7,8, Messung und Stoffwechselwege4usw.offenbart. Vor kurzem ist eine kommerzielle SESI Quelle verfügbar geworden.
In dieser Studie wurde eine einfache und kompakte sekundäre Nanoelectrospray Ionisierung Quelle (Sec-NanoESI) eingerichtet und mit einem hochauflösenden Massenspektrometer gekoppelt. Echtzeit-Messungen der ausgeatmeten VOC in Atem wurden vorgestellt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bau der Sec-NanoESI-Quelle basiert auf einer kommerziellen NanoESI-Quelle, ist die Ionisation Effizienz höher als bei der Verwendung einer ESI-Quelle-30. Darüber hinaus die Ionisation Effizienz wird weiter verbessert in einer geschlossenen Kammer, da es den Prozess isoliert aus der Luft ambient Hintergrund und zur gleichen Zeit erleichtert die Vermischung zwischen der Gasprobe und der Spray-Plume. Durch die Verwendung einer Sec-NanoESI, weniger Parameter optimiert werden müssen im Vergleich zu …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von National Natural Science Foundation of China (Nr. 91543117) finanziell unterstützt.
Materials
| Ultrapure water | Merck Millipore, USA | MPGP04001 | Resistance >18.2 MΩ·cm |
| Formic acid | Sigma-Aldrich, USA | F0507 | Corrosive to the respiratory tract. |
| Nitrogen gas | Guangzhou Shiyuan Gas Co. Ltd., China | N.A.a | Purity >99.99% |
| Q Exactive hybrid quadrupole-orbitrap mass spectrometer | Thermo Scientific, USA | 02634L(S/N) | Beware of high voltage and high temperature |
| NanoESI source | Thermo Scientific, USA | ES002373(S/N); ES071(P/N) | Beware of high voltage and high temperature |
| Nano LC pump | Thermo Scientific, USA | 5041.0010A(P/N) | / |
| Xcalibur software (Version 3.0) | Thermo Scientific, USA | BRE0008596 | / |
| Dino-Lite Digital Microscope | Tech Video System (SuZhou) Co.Ltd., China | CQ401833R(S/N) | / |
| Nafion tubing | Perma Pure LLC, USA | ME60 | / |
| PTFE tubing (I.D. 4 mm) | Dongguan Hongfu Insulating Material Co. Ltd., China | N.A. | Beware of the possible loss of polar compounds |
| Mass flow controller | Line-Tech, Korea | M15122007 (S/N) | / |
| Flow meter | Yuyao Industrial Automation Meter Factory, China | 40784 | / |
| aN.A.: not available. |
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