Kapillærelektroforese–massespektrometri

Kapillærelektroforese–massespektrometri (forkortet til CE-MS fra engelsk capillary electrophoresis–mass spectrometry) er en analytisk kjemiteknikk dannet av kombinasjonen av væskeseparasjonsprosessen av kapillærelektroforese med massespektrometri. CE-MS kombinerer fordelene med både CE og MS for å gi høy separasjonseffektivitet og molekylmasseinformasjon i en enkelt analyse. Den har høy oppløsningsevne og følsomhet, krever minimalt volum (flere nanoliter) og kan analyseres i høy hastighet. Ioner dannes vanligvis ved elektrosprayionisering, men de kan også dannes ved matriseassistert laserdesorpsjon/ionisering eller andre ioniseringsteknikker. Den har anvendelser innen grunnleggende forskning innen proteomikk og kvantitativ analyse av biomolekyler så vel som i klinisk medisin. Siden introduksjonen i 1987 har ny utvikling og anvendelse gjort CE-MS kraftig separasjon og identifikasjonsteknikk. Bruk av CE-MS har økt for protein- og peptidanalyse og andre biomolekyler. Imidlertid er utviklingen av online CE-MS ikke uten utfordringer. Forståelse av CE, grensesnittoppsett, ioniseringsteknikk og massedeteksjonssystem er viktig for å takle problemer mens man kobler kapillærelektroforese til massespektrometri.

Historie 
Det opprinnelige grensesnittet mellom kapillærsonelektroforese og massespektrometri ble utviklet i 1987 av Richard D. Smith og kollegaer ved Pacific Northwest National Laboratory, og som også senere var involvert i utvikling av grensesnitt med andre CE-varianter, inkludert kapillær isotachophoresis og kapillær isoelektrisk fokusering.

Prøveinjeksjon 
Det er to vanlige teknikker for å laste prøven inn i CE-MS-systemet, som ligner på tilnærminger for tradisjonell CE: hydrodynamisk og elektrokinetisk injeksjon.

Hydrodynamisk injeksjon 
For å laste analyttene plasseres kapillæren først i hetteglasset. Deretter er det forskjellige måter for hydrodynamisk injeksjon: det kan påføres positivt trykk på innløpet, undertrykk til utløpet eller prøveinnløpet kan heves i forhold til kapillærutløpet. Denne teknikken er i stand til å gi robust og reproduserbar injisert prøvemengde i forhold til elektrokinetisk injeksjon og injeksjon RSD verdi er vanligvis under 2%. Injisert volum og reproduserbarhet av prøven avhenger vanligvis av injeksjonstid, fortrengning av prøvehøyde og trykket på prøven. For eksempel har det blitt funnet at bruk av høyere trykk og lavere injeksjonstid fører til reduksjon av RSD for toppområder og migrasjonstider. En av hovedfordelene med hydrodynamisk injeksjon er også at den er upartisk for molekyler med høy eller lav elektroforetisk mobilitet. For å øke gjennomstrømningen av CE-MS-analyse ble det laget hydrodynamisk multisegmentinjeksjonsteknikker. I dette tilfellet lastes flere prøver hydrodynamisk til separasjonskapillæren før analysen, og hvert prøvesegment plasseres mellom bakgrunnselektrolyttavstandsstykker.

Elektrokinetisk injeksjon 
I denne metoden påføres en høy spenning på prøveoppløsningen, og molekyler blir ladet til CE-kapillæren ved elektromigrasjon og elektroosmotisk strømning av prøven. Elektrokinetisk injeksjon forbedrer følsomheten sammenlignet med hydrodynamisk injeksjon mens du bruker lavere spenning og lengre injeksjonstid, men reproduserbarheten av toppområder og migrasjonstider er lavere. Metoden er imidlertid partisk til analytter med høy elektroforetisk mobilitet: molekyler med høy mobilitet injiseres bedre. Som et resultat er elektrokinetisk injeksjon utsatt for matriseeffekter og endringer i prøvens ionestyrke.

Grensesnitt CE med MS 
Kapillærelektroforese er en separasjonsteknikk som bruker høyt elektrisk felt for å produsere elektroosmotisk strømning for separasjon av ioner. Analytikere migrerer fra den ene enden av kapillær til den andre basert på ladning, viskositet og størrelse. Jo høyere det elektriske feltet er, større er mobiliteten. Massespektrometri er en analytisk teknikk som identifiserer kjemiske specier avhengig av forholdet mellom masse og ladning. I løpet av prosessen vil en ionkilde konvertere molekyler som kommer fra CE til ioner som deretter kan manipuleres ved hjelp av elektrisk og magnetisk felt. De separerte ionene blir deretter målt ved hjelp av en detektor. Det største problemet når kobling av CE til MS oppstår på grunn av utilstrekkelig forståelse av grunnleggende prosesser når to teknikker er grensesnitt. Separasjonen og deteksjonen av analytter kan forbedres med bedre grensesnitt. CE har blitt koblet til MS ved hjelp av forskjellige ioniseringsteknikker som FAB, ESI, MALDI, APCI og DESI. Den mest brukte ioniseringsteknikken er ESI.

Elektrospray-ioniseringsgrensesnitt 

I det første CE-MS-grensesnittet ble en kapillærkappe i rustfritt stål rundt separasjonskapillærterminalen brukt i stedet for terminalelektroden i typisk CE-oppsett. En elektrisk kontakt av kapillær i rustfritt stål med bakgrunnselektrolytt som strømmer ut fra separasjonskapillæren ble laget på det tidspunktet som fullførte kretsen og startet elektrosprayen. Dette grensesnittsystemet hadde noen få ulemper som manglende samsvar med strømningshastighetene til to systemer. Siden da har grensesnittsystemet blitt forbedret for å ha kontinuerlig strømningshastighet og god elektrisk kontakt. En annen nøkkelfaktor for vellykket CE-MS-grensesnitt er valget av bufferløsning som må være egnet for både CE-separasjon og ESI-drift. For tiden eksisterer det tre typer grensesnittsystem for CE / ESI-MS som diskuteres kort.

Slirefritt grensesnitt 
CE-kapillær er koblet direkte til en elektrospray-ioniseringskilde med et kappeløst grensesnittsystem. Den elektriske kontakten for ESI oppnås ved å bruke en kapillær belagt med et ledende metall. Siden det ikke brukes slirevæske, har systemet høy følsomhet, lave strømningshastigheter og minimal bakgrunn. Imidlertid har disse grensesnittdesignene alle utfordringer, inkludert lav mekanisk robusthet, dårlig reproduserbarhet.

Den nyeste slirefrie grensesnittdesignet har porøs ESI-emitter gjennom kjemisk etsning. Dette designet gir effektivt robust grensesnitt med massespektrometri og adresserer reproduserbarhetsutfordringene knyttet til tidligere design. Dette porøse emitter grensesnittet har blitt utforsket til et par CITP/CZE (eller forbigående ITP) som i stor grad forbedrer prøvebelastningskapasiteten til CE og muliggjorde ultrafølsom deteksjon av sporeanalyser. Høy reproduserbarhet, robusthet og følsomhet ble oppnådd i slirefritt forbigående kapillær isatokoforese (CITP) / kapilærsone elektroforese (CZE) -MS grensesnitt, der ledende væske ble brukt. Ledende væske kommer i kontakt med den metallbelagte ytre overflaten på emitteren som fullfører kretsen, men samtidig blandes den ikke med separasjonsvæsken, og det er derfor ingen prøvefortynning.

Slire-flyt grensesnitt 

Med skjermstrømningsgrensesnittet opprettes den elektriske forbindelsen mellom en elektrode og bakgrunnselektrolytt når CE-separasjonsvæsken blandes med slirevæsken som strømmer koaksialt i et kapillarrør av metall. I de mest populære kommersielle CE-ESI-MS-grensesnittene brukes et ytterligere ytterrør (tre-rørs koaksial design) med sliregass, som bidrar til å forbedre elektrospraystabilitet og fordampning av løsemiddel. Men det har blitt funnet at strøm av sliregass kan forårsake sugeeffekt nær kapillærenden, noe som fører til parabolsk strømningsprofil og som en konsekvens lav separasjonseffektivitet. Vanlig brukt slirevæske er 1:1 blanding av vann-metanol (eller isopropanol) med 0,1% eddiksyre eller maursyre. Systemet er mer pålitelig og har et bredt utvalg av separasjonselektrolytter. Imidlertid, siden strømningshastigheter av slirevæske som kreves for en stabil elektrospray vanligvis er ganske høye (1-10 µl/min), kan dette være en viss reduksjon i følsomhet på grunn av fortynning av prøver med slirevæske. slirevæske kan leveres hydrodynamisk (med en sprøytepumpe) eller elektrokinetisk. Elektrokinetisk metode gjør det enkelt å operere i nanoelektrospray-regime (ESI-strømningshastigheter ved nl/min) og dermed forbedre følsomheten.

Referanser 

Massespektrometri