HANDBOOK OF HYPHENATED ICP-MS APPLICATIONS - 2nd Edition

Význam tématu

Speciace kovů a toxických organických sloučenin v biologických vzorcích je klíčová pro pochopení jejich role v biochemii, toxikologii a environmentálních procesech. Kromě běžných hyphenovaných technik LC–ICP-MS, GC–ICP-MS a CE–ICP-MS se v posledních letech rozvíjejí i méně tradiční metody, které kombinují kapilární gelovou elektroforézu, laserovou ablaci, speciově cílené izotopové zředění a další nástroje pro separaci a detekci s vysokou prvkovou i molekulární selektivitou.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem této kapitoly je představit tzv. „ostatní“ techniky speciace, které doplňují standardní přístupy:

• Off-line gelová elektroforéza (GE) s laserovou ablací (LA) a ICP-MS pro lokalizované stanovení kovů v proteinových pásmech.
• Capilární elektroforéza (CE) spojená s ICP-MS pro separaci a kvantifikaci fosforu, mědi, zinku a síry v proteinech.
• CE–ICP-MS pro detekci arsonanilové sloučeniny roxarsone a jejích degradátů v močových vzorcích.
• Speciálně izotopově značená kalibrace (SIDMS) v kombinaci s elektroforézou či gelovou elektroforézou a LA–ICP-MS pro absolutní kvantifikaci metaloproteinů, např. superoxiddismutázy (SOD).

Použitá metodika a instrumentace

• GE–LA–ICP-MS: Řešení proteinových směsí GEL–SDS, následná laserová ablaci pásů a ICP-MS detekce Cu a Zn izotopů.
• CE–ICP-MS: Kapilární elektroforéza ve fosfátovém pufru pH 9,2, off-line přídavné rozprášení, ICP-MS v He modu pro S a prvky Cu/Zn.
• CE–ICP-MS (roxarsone): CE v pufru pH 5,7, off-line OD a NA derivatizace nebo [mBBr], přímé měření As izotopů.
• SIDMS–GE–LA–ICP-MS: Elektroforéza označeného standardu, laserové řezy GEL a ICP-MS pro měření poměrů 65Cu/63Cu a 68Zn/66Zn pro kvantifikaci SOD.

Hlavní výsledky a diskuse

• GE–LA–ICP-MS potvrdila stabilitu Cu/Zn vazby ve SOD a umožnila stanovit SOD v rozsahu několik µg se 100% selektivitou kovového středu.
• CE–ICP-MS rozlišila v jednom běhu proteiny podle obsahu 31P, 63Cu, 65Cu, 64Zn, 66Zn a 34S a ukázala různé afinity agregátů BSA k Cu.
• CE–ICP-MS pro roxarsone umožnila selektivně měřit 8 As sloučenin v moči s LOD v ppt a recoveries 72–112 %.
• SIDMS–GE–LA–ICP-MS přinesla první absolutní kvantifikaci SOD v gelové matrici bez známých standardů.

Přínosy a praktické využití metody

Tyto techniky umožňují: vysokou selektivitu pro sledování kovů i nekovů ve vysoce složitých bio­matricích; simultánní detekci >1 prvku či heteroatomu; korekci ztrát a konverzí díky SIDMS; prostorovou lokalizaci proteinů v gelech; analýzu nízkomolekulárních a makromolekulárních komplexů. Jsou vhodné pro klinické studie, monitorování kontaminace z potravin a životního prostředí, farmaceutický výzkum a biomarkerové studie.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj: miniaturizace elektrofotézy a mikrofluidních nativních gelů; rozšíření SIDMS na další metaloproteiny; kombinace s ultrarychlými MS/MS (Q-TOF, orbitrap) pro standardless identifikaci; integrace FFF–MALS–ICP-MS pro bio­makrosložky; přechod od off-line k on-line přímému měření v gelech a buněčných kulturách.

Závěr

„Ostatní“ speciace, zahrnující GE–LA–ICP-MS, CE–ICP-MS a SIDMS, představují výkonné doplňky standardních hyphenovaných metod. Umožňují selektivní, kvantitativní a location-based analýzu kovových a heteroatomových forem v proteinech, buňkách i biologických tekutinách, a otevírají nové možnosti ve výzkumu toxikologie, klinických studiích a prostředí.