Масс-спектрометрическая идентификация и установление

«Масс-спектрометрическая идентификация
и установление структуры соединений групп
синтетических каннабимиметиков и их метаболитов»
Колунтаев Дмитрий Александрович
22 октября, Москва,
ФГБУ «Национальный научный центр наркологии»
Министерства здравоохранения РФ, 2014
Введение
Масс-спектрометрия – это метод, который определяет,
что за вещество проанализировано и его состав, согласно
детектируемой массе молекулы.
J.J. Thomson
Масса молекулы – это уникальная характеристика, которая характеризует
молекулу с высокой точностью.
Номинальная молекулярная масса
Mr = 314.0 Da
Молекулярная масса – это сумма масс атомов,
входящих в состав данной молекулы.
Molar Mass Calculator:
http://www.bmrb.wisc.edu/metabolomics/mol_mass.php
http://www.convertunits.com/molarmass/
Молекулярная масса 314,0 Da
соответствует
780 брутто-формулам.
Mr = 314.0 Da
Mr = 314.2245 Da
Моноизотопная молекулярная масса
Mr = 314.2245 Da
Молекулярная масса 314.2245 Da
Соответствует
6 брутто-формулам.
Масса, как уникальная характеристика исследуемого вещества.
E=
2
mc
Масса молекулы – это уникальная
характеристика, которая характеризует
молекулу с высокой точностью.
Времяпролётная масс-спектрометрия
(TOF, Q-TOF)
Уравнение нахождения
скорости
Уравнение кинетической
энергии
Ионное зеркало
Траектория полета
Бесполевое
пространство
Ионный источник
С хроматографической
колонки (ГХ или ВЭЖХ)
A
B
+
B+ A
Детектор
C+
C
Импульс высокого
напряжения
Времяпролётная масс-спектрометрия
(TOF, Q-TOF)
Уравнение нахождения
скорости
Уравнение кинетической
энергии
Ионное зеркало
Траектория полета
Ионный
источник
A
B
C
+
B+ A
C+
Детектор
Психоактивные курительные смеси
Spice («спайс», K2, в пер. с англ. «приправа», «специя») один из
брендов синтетических курительных смесей, поставляемых в
продажу в виде травы с нанесённым химическим веществом.
Некоторые представители синтетических каннабиноидов группы
нафтоилиндолы.
Название
Молекулярный
вес
Моноизотопная
масс
JWH-073
327.42
327.16231
JWH-018
341.45
341.17796
AM-2201
359.44
359.16854
Обнаружение каннабимиметиков в остаточном количестве курительной
смеси, на стенках табачной камеры в курительной трубке.
- пробоподготовка
+ 3 мл (2:1 метанол/дихлорметан)
m = 50 - 70 мг
Аликвоту 1 мл
Comprehensive Analysis of Drug Residues from a Confiscated Pipe: GC-High Resolution Mass Spectrometry with Chemical Ionization to Facilitate Unknown Identification
LECO Corporation; Saint Joseph, Michigan USA
TOF
Обнаружение каннабимиметиков в остаточном количестве курительной
смеси, на стенках табачной камеры в курительной трубке.
Unknown А
Comprehensive Analysis of Drug Residues from a Confiscated Pipe: GC-High Resolution Mass Spectrometry with Chemical Ionization to Facilitate Unknown Identification
LECO Corporation; Saint Joseph, Michigan USA
Результат библиотечного поиска предположил вещества со спектральными
сходством порядка 500 единиц из возможных 1000.
Низкая схожесть со значением библиотечного спектра, плюс оценка полученных
данных позволяет исследователю предположить, что это неизвестно вещество и оно
не присутствует в коммерчески доступных библиотеках.
Задача: «Определить это вещество!»
Comprehensive Analysis of Drug Residues from a Confiscated Pipe: GC-High Resolution Mass Spectrometry with Chemical Ionization to Facilitate Unknown Identification
LECO Corporation; Saint Joseph, Michigan USA
Химическая ионизация
«мягкий» метод ионизации.
Избыточная энергия
молекулярных ионов не
превышает 5 эВ, следовательно,
фрагментация оказывается
весьма незначительной.
*Adapted from Ref. [14] by permission. © Springer-Verlag Heidelberg, 1991.
Comprehensive Analysis of Drug Residues from a Confiscated Pipe: GC-High Resolution Mass Spectrometry with Chemical Ionization to Facilitate Unknown Identification
LECO Corporation; Saint Joseph, Michigan USA
EI
Mr = 359.16861 Da
CI
Mr = 360.17632 Da
Comprehensive Analysis of Drug Residues from a Confiscated Pipe: GC-High Resolution Mass Spectrometry with Chemical Ionization to Facilitate Unknown Identification
LECO Corporation; Saint Joseph, Michigan USA
Моноизотопная масса: 359.16861
Наименьшая дельта массы (0.2 ppm) – C24H22FNO
Например: Molecular Weight Calculator (Matthew Monroe / PNNL)
Протонированная моноизотопная масса: 360.17632
Наименьшая дельта массы (0.1 ppm) – C24H23FNO
Например: Molecular Weight Calculator (Matthew Monroe / PNNL)
EI
Mr = 359.16861 Da
C24H22FNO
(d = 0.2 ppm)
CI
Mr = 360.17632 Da
C24H22FNO
(d = 0.1 ppm)
Comprehensive Analysis of Drug Residues from a Confiscated Pipe: GC-High Resolution Mass Spectrometry with Chemical Ionization to Facilitate Unknown Identification
LECO Corporation; Saint Joseph, Michigan USA
EI
Mr = 359.16861 Da
C24H22FNO
= 0.2 ppm)
В ходе веб-поиска (d
информации
о
вероятном кандидате с
брутто-формулой C24H22FNO было
выделено соединение с названием
1-(5-fluoropentyl)-3-(1-naphthoyl)indole),
CI
известное
как АМ-2201.
Mr = также
360.17632
Da
C24H22FNO
(d = 0.1 ppm)
Comprehensive Analysis of Drug Residues from a Confiscated Pipe: GC-High Resolution Mass Spectrometry with Chemical Ionization to Facilitate Unknown Identification
LECO Corporation; Saint Joseph, Michigan USA
Точная масса на системах низкого разрешения «Маэстро».
Хромато-массспектрометр МАЭСТРО
7820/5975
Программное обеспечение для
идентификации брутто-формулы
исследуемого соединения через
калибровку в отношении его
величины m/z и формы пика
на системах ГХ/МС «Маэстро».
Вследствие чего осуществляется
повышение низкого разрешения
спектра на высокое разрешение с
помощью показателя
«спектральной точности»
анализируемого соединения.
Калибровка «Спектральной точности» данных
Хромато-массспектрометр
МАЭСТРО 7820/5975
В роли известного «теоретического спектра» на системах низкого
разрешения предложено использовать калибровочный стандарт с
известным элементным составом, к примеру, на
ГХ/МС системах «Маэстро» - газ перфтортрибутиламин (PFTBA).
измеренный спектр
теоретически
рассчитанный
спектр
PFTBA
измеренный спектр
теоретически
рассчитанный
спектр
Масс-спектр приобретает
определённую функцию формы
пика, и вычисляется его
«спектральная точность».
Accurate Mass
Charge
Mass Tolerance (mDa)
Electron State
Double Bond Equivalent
Minimum
Double Bond Equivalent
Maximum
Profile Mass Start (Da)
Profile Mass End (Da)
194.0932
1
20
Odd
-1
300
-1
2.5
Row
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Formula
C8H10N4O2
C7H10N6O
C6H10N8
C10H14N2O2
C11H14O3
C4H6N10
C7H14O6
C6H14N2O5
C5H14N4O4
C4H14N6O3
Mono
Isotope
194.0804
194.0916
194.1028
194.1055
194.0943
194.0777
194.079
194.0903
194.1015
194.1127
Mass
Error
(mDa)
12.8244
1.591
9.6424
12.3277
1.0943
15.5098
14.1618
2.9284
8.305
19.5383
Mass
Error
(PPM)
66.0735
8.1972
49.679
63.5144
5.6381
79.9088
72.964
15.0878
42.7885
100.6648
Spectral
Accuracy RMSE DBE
99.7105
402
6
99.6118
539
6
99.4462
769
6
98.9898
1 403
5
98.8018
1 664
5
98.4966
2 087
7
97.8927
2 926
1
97.7258
3 158
1
97.5527
3 398
1
97.375
3 645
1
В итоге работы формируется лист, который согласно наивысшей «Спектральной
точности» расставляет рассчитанные брутто-формулы в таблице кандидатов.
В результате:
 наличие точной массы изучаемого соединения;
 определение брутто-формулы и структуры неизвестного соединения;
 подтверждение соединения предполагаемого библиотекой данных.
С8H10N4O2
Caffeine
Заключение
 Масса молекулы – это уникальная характеристика, которая
характеризует молекулу с высокой точностью.
 Использование системы высокого разрешения, типа
времяпролётный масс-детектор является наиболее практичным
решением задач установления элементного состава соединения,
включающего самые разные элементы, за несколько минут. Что
выгодно отличается от трудоёмкого последовательного
определения с помощью классического элементного анализа.
 Применения программного обеспечения «MassWorks» с
хромато-масс-спектрометрической системой «Маэстро» даёт
возможность фиксации точной массы изучаемого соединения;
определения его брутто-формулы и структуры неизвестного
соединения, а также подтверждение идентифицированного
соединения.
Благодарю Вас
за внимание!
P.S. Джордж Берджесс Маграт:
«Когда закон требует выступить в качестве
свидетеля, всегда будьте представителем науки»
Бостон, 1906
Докладчик:
Колунтаев Д.А. – специалист по разработкам методик
исследований, сервисный инженер компании Interlab, к.б.н.