Noves estratègies per a l'anàlisi directa de compostos orgànics per espectrometria de masses

Abstract

Avui dia, l’espectrometria de masses és una eina indispensable en molts laboratoris analítics que treballen en els camps d’aplicació d’alimentació, medi ambient, d’anàlisi forense així com per a l’anàlisi clínica per al diagnòstic de malalties. Les excel·lents prestacions d’aquesta tècnica en termes de sensibilitat i de selectivitat i la gran quantitat d’informació estructural que se n’obté faciliten la identificació inequívoca d’una gran varietat de compostos orgànics en tot tipus de matrius. Així, el desenvolupament de mètodes analítics ràpids, senzills i versàtils que permetin donar una resposta gairebé immediata al problema analític que es planteja són de gran interès per millorar la productivitat d’aquests laboratoris i per facilitar la presa de decisions diagnòstiques. És per aquest motiu que aquesta tesi està centrada en un nou grup de tècniques d’ionització a pressió atmosfèrica anomenat Ambient Ionization Mass Spectrometry (Ambient MS), les quals possibiliten l’anàlisi directa de tot tipus de mostres sense o amb una mínima manipulació i permeten obtenir informació molecular rellevant gairebé en temps real. En aquesta tesi s’ha estudiat l’aplicabilitat de la tècnica d’ionització per desorció per electroesprai (DESI) combinada amb l’espectrometria de masses d’alta resolució, per a l’anàlisi de compostos sospitosos i desconeguts en matrius d’elevada complexitat. S’ha establert un mètode de cribratge de mostres per a la identificació de drogues veterinàries en pinsos com a conseqüència d’una contaminació creuada i s’ha caracteritzat un producte fitosanitari sospitós d’haver-se adulterat i del qual se’n desconeixia la seva naturalesa química. S’han avaluat diferents estratègies de manipulació ràpides (<5 min) de les mostres mitjançant les quals s’han resolt els problemes de contaminació del sistema instrumental del DESI provocats per la textura de les matrius de pinso i s’ha disminuït el temps d’assecatge de la mostra líquida fitosanitària analitzant un paper de filtre impregnat amb la mostra. També s’han estudiat els paràmetres operacionals que afecten d’una forma més crítica a l’eficàcia d’extracció i d’ionització dels compostos de la superfície de les matrius estudiades i s’han optimitzat la resolució i el temps d’acumulació dels ions a la C-Trap en l’analitzador híbrid Q-Orbitrap per assolir una molt bona exactitud en la mesura de la massa i una sensibilitat i una selectivitat adequades. Amb el propòsit d’interrogar ràpidament la gran quantitat d’informació espectral obtinguda en l’anàlisi de les mostres emprant els mètodes DESI-HRMS desenvolupats, s’han avaluat diferents

estratègies de tractament de les dades per facilitar la identificació dels compostos en les mostres, com són l’ús de bases de dades o l’anàlisi del defecte de massa de Kendrick. També en aquesta tesi s’han modificat i adaptat dues tècniques Ambient MS basades en l’ús de substrats mostrejadors com a sondes generadores de l’esprai. S’ha avaluat la possibilitat d’utilitzar hisops mèdics en la touch spray (TS) per al desenvolupament d’un mètode que permeti l’assistència en les proves de resecció de tumors (gliomes) mitjançant el mostreig i l’anàlisi directa del teixit viu. Per altra banda, s’ha incorporat una làmpada de Criptó al disseny original del paper spray (PS) per establir un mètode basat en la fotoionització a pressió atmosfèrica (PS-APPI) que permeti la determinació ràpida de compostos per- i polifluoroalquilats neutres (PFASs), que presenten problemes per ionitzar-se pel mecanisme d’electroesprai, en productes d’impregnació. En ambdós casos s’ha avaluat la millor configuració del disseny TS i PS-APPI per a la seva implementació al laboratori i s’han optimitzat els paràmetres operacionals. L’anàlisi de les mostres de teixit emprant el mètode TS-MS ha permès discriminar entre teixit sa i teixit tumoral, i les diferències en la resposta de dos oncometabòlits han possibilitat establir qualitativament el grau d’infiltració tumoral i si hi ha una mutació del tumor. Finalment, el mètode PS-APPI-HRMS desenvolupat per a la determinació de PFAS ha mostrat bons paràmetres de qualitat i s’ha aconseguit arribar a la sensibilitat necessària per determinar- los en productes d’impregnació a uns nivells de concentració de l’ordre dels mg L-1.

Nowadays, mass spectrometry is an indispensable tool in many application fields for food, environmental, forensic and for clinical analysis. This thesis is focused on a new family of mass spectrometric techniques called Ambient Ionization Mass Spectrometry (Ambient MS), which enable the direct analysis of samples with minimal or without any sample manipulation, providing relevant molecular information data almost in-real time. The applicability of desorption electrospray ionization (DESI) combined with high- resolution mass spectrometry (HRMS) has been evaluated for non-target analysis and for the identification of unknown compounds in complex samples. A DESI-HRMS method has been developed for the identification of veterinary drugs in cross-contaminated feedstuffs and for the characterization of unknown compounds in an adulterated phytosanitary product. Several fast sample manipulation strategies have been evaluated and DESI and Q-Orbitrap working conditions have been optimized to achieve accurate mass measurements and suitable sensitivity and selectivity. Furthermore, several approaches such as custom-made databases or Kendrick mass defect analysis have been applied for the rapid interrogation of mass spectral raw data. Modified touch spray (TS) and paper spray (PS) techniques have also been evaluated. A TS-MS method using commercial medical swabs has been developed to provide relevant diagnostic molecular information for brain cancer. Moreover, PS has been combined with atmospheric pressure photoionization (PS-APPI) for the direct determination of neutral polyfluorinated alkyl substances (PFASs) in waterproof impregnation sprays. The best TS and PS-APPI assembly configurations have been evaluated. Among the operational working parameter, solvent composition and spray voltage have been critical in TS for the generation of a stable cone-jet electrospray plume. Instead, in PS-APPI the effect of these parameters is more related to the response of the ions generated by APPI. Phospholipid profiles obtained by swab TS-MS tissue analysis have allowed to discriminate between cancer and normal tissues. Moreover, measurements of two oncometabolites have allowed to qualitatively assess tumor infiltration grade and glioma mutation status. PS-APPI-HRMS method quality parameters have demonstrated the good performance of the proposed method for the quantification of neutral PFASs in waterproof impregnation sprays and the analysis of raw samples revealed the presence of several PFASs at mg L-1 levels.