A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
פרוטוקול זה מציג שיטת ספקטרומטריית מסה מאומתת של כרומטוגרפיה נוזלית - ניידות יון ברזולוציה גבוהה כדי לקבוע את נוכחותם של אלקלואידים ארגוט במזון בהתאם לתקנה של הנציבות (EU) 2023/915 שפורסמה לאחרונה.
ספקטרומטריית מסה של ניידות יונים (IMS) פועלת כממד הפרדה נוסף כאשר היא משולבת בזרימות עבודה של ספקטרומטריית מסות כרומטוגרפיה נוזלית (LC-MS). שיטות LC-IMS-MS מספקות רזולוציית שיא גבוהה יותר, הפרדה משופרת של תרכובות איזובריות ואיזומריות ויחס אות לרעש (S/N) משופר בהשוואה לשיטות LC-MS מסורתיות. IMS מספק מאפיין מולקולרי נוסף לזיהוי אנליטים, כלומר פרמטר חתך התנגשות (CCS), הפחתת תוצאות חיוביות שגויות. לכן, שיטות LC-IMS-MS נותנות מענה לאתגרים אנליטיים חשובים בתחום בטיחות המזון (כלומר, איתור תרכובות ברמות קורט במטריצות מזון מורכבות וזיהוי חד משמעי של מולקולות איזובריות ואיזומריות).
אלקלואידים של ארגוט (שם מדעי: Ergot alkaloids) הם משפחה של מיקוטוקסינים המיוצרים על ידי פטריות התוקפות מגוון רחב של מיני עשב, כולל דגנים קטנים כמו שיפון, טריטיקל, חיטה, שעורה, דוחן ושיבולת שועל. רמות מקסימליות (MLs) של מיקוטוקסינים אלה נקבעו במספר מצרכי מזון, כמפורט בתקנה EC/2023/915 של הנציבות. חקיקה חדשה זו כוללת שישה EAs עיקריים ואת האפימרים המתאימים להם, ולכן נדרשת מתודולוגיה יעילה כדי להבחין כראוי בין מולקולות איזומריות אלה בהתחשב בהופעתן המשותפת.
לכן, המטרה של פרוטוקול זה היא להראות כיצד שילוב IMS בזרימות עבודה LC-MS תורם להפרדה של EAs איזומריים, שיפור הסלקטיביות של השיטה האנליטית. בנוסף, הוא ממחיש כיצד יצירת ספריות CCS באמצעות אפיון סטנדרטים אנליטיים מספקת ביטחון גבוה יותר לזיהוי מיקוטוקסינים. פרוטוקול זה נועד להסביר בבירור את היתרונות של יישום IMS בבטיחות מזון, תוך לקיחת כדוגמה את הקביעה של EAs בדגנים. חילוץ מבוסס QuEChERS ואחריו ספקטרומטריית ניידות יונים לכודה LC (TIMS)-MS סיפקו גבולות כימות שנעו בין 0.65 ל -2.6 ננוגרם/גרם עם דיוק מקובל (אם כי התאוששות נמוכה עבור ארגוטמנין) ב 1.5x, 1x ו- 0.5x ML והציגו אפקט מטריצה זניח.
ספקטרומטריית מסה של ניידות יונים (IMS) הופכת לטכניקה אנליטית בשימוש הולך וגובר, המוצגת לעתים קרובות כממד הפרדה נוסף המשולב בכרומטוגרפיה מסורתית של נוזל/גז (LC/GC) המשולבת בזרימות עבודה של טרשת נפוצה. IMS מורכב מהפרדת מולקולות לאורך תא ניידות, מלא בגז חיץ, תחת שדה חשמלי ובלחץ אטמוספרי1. בהתאם ליחס המסה-מטען (m/z) והקונפורמציה הגיאומטרית, מולקולה מייננת תתקשר עם גז החיץ כשהוא נע על פני תא הניידות, דבר המשתקף בפרמטר ניידות היונים (K)2 ומחושב באמצעות המשוואה הבאה:
כאשר D מייצג את אורך הסחיפה הכולל, td הוא זמן הסחיפה הכולל, ו - E הוא השדה החשמלי. לכן, K נמדד ב-m2 V−1 s−1, אם כי מסיבות מעשיות הוא מבוטא לעתים קרובות כס"מ2 V−1 s−1. היכולת הפנימית לנוע על פני תא הניידות ניתנת למדידה על ידי זמן הסחף ולאחר מכן מומרת למה שמכונה ערך חתך התנגשות (CCS), שהוא פרמטר הניתן לשחזור עבור כל מולקולה בנפרד ממכשיר IMS3. ניתן לגזור את CCS מהניידות בעקבות המשוואה הבאה:
Q להיות המטען של היון; N צפיפות מספר גז החיץ; μ המסה המופחתת של שותפי ההתנגשות חוצצת גז-יון; kB קבוע בולצמן; ו-T טמפרטורת גז החיץ. לכן, IMS מספק מידע נוסף המשלים לנתונים האנליטיים הנובעים מניתוחי כרומטוגרפיה וטרשת נפוצה.
יישום IMS בפלטפורמות LC-MS הוכח כמגביר את האמינות של קביעות אנליטיות, במיוחד כאשר עובדים עם תרכובות שנמצאות בריכוזי עקבות. מספר מחקרים דיווחו כי שיטות LC-IMS-MS משפרות את איכות ספקטרום המסה על ידי הפחתת רעשי רקע, מה שמשפיע בסופו של דבר על רגישות השיטה, ומפחית את שיעור התוצאות החיוביות והשליליות הכוזבות המסופקות על ידי מתודולוגיות LC-MS מרובות שאריות 4,5,6. יתר על כן, יכולת השחזור של ערכי CCS מאפשרת השוואה לא רק בין מכשירים שונים המשתמשים באותה טכנולוגיה, אלא גם בין טכנולוגיות ניידות יונים שונות, כלומר ספקטרומטריית ניידות יוני גל נודד (TWIMS), ספקטרומטריית ניידות יונים לכודים (TIMS) וספקטרומטריית ניידות יוני צינור סחף (DTIMS)2,7, שהן המערכות הנפוצות ביותר1. לפיכך, תוצאה יוצאת דופן של הפוטנציאל של CCS כפרמטר זיהוי טמונה באפשרות לבנות ספריות CCS, הבאה לידי ביטוי ביישומו במחקרי מטבולומיקה8. עם זאת, אחת התכונות החזקות ביותר של IMS היא היכולת להפריד תרכובות איזומריות ואיזובריות שעשויות שלא להיפתר מספיק בשיטות LC-MS. זה עשוי להיות המקרה כאשר עובדים עם קבוצות גדולות של אנליטים של עניין מטריצות מורכבות, שהוא מצב נפוץ בניתוח סביבתי ומזון. בהקשר זה הוצעו שיטות LC-IMS-MS לניטור חומרי הדברה, ובמידה פחותה תרופות וטרינריות ומיקוטוקסינים במזון9.
בשל כוח הרזולוציה הגבוה והסלקטיביות שלהן, פלטפורמות LC/GC-IMS-MS מתגלות ככלים השימושיים ביותר להתמודדות עם כמה מהאתגרים הנוכחיים בבטיחות מזון, במיוחד אלה הקשורים לתערובות איזומריות. החשש הבריאותי הקשור לתערובות איזומריות כמזהמי מזון בא לידי ביטוי בחקיקה האירופית הנוכחית, המגבילה, למשל, את הריכוז המרבי של שישה אלקלואידים עיקריים של ארגוט (EAs) ואת ששת האפימרים המתאימים להם במספר מוצרי מזון10.
EAs מהווים משפחה של מטבוליטים משניים רעילים המיוצרים על ידי מגוון רחב של פטריות, בעיקר ממשפחת Clavicipitaceae (למשל, Claviceps purpurea, יצרנית EA החשובה ביותר בשל טווח המאכסן הרחב שלה), אך גם Trichocomaceae, אשר יכול לטפיל את ראש הזרעים של צמחים חיים (כגון שיפון, שעורה, חיטה ושיבולת שועל) בזמן הפריחה11, 12. בתנאים מסוימים, במיוחד טמפרטורה ופעילות מים, פטריות Claviceps יכולות לייצר EAs המצטברים בגופי פרי, הידועים בשם סקלרוטיה או ארגוט, ביבול המארח. במידה מסוימת, EAs יכול לעמוד בעיבוד של חומר הגלם עד הגעה למוצר הסופי; לכן, פריצה לשרשרת המזון. בליעה של מזון מזוהם יכול להוביל שיכרון EA, המכונה ארגואיזם, אשר מציג עם תסמינים חריפים כגון כאבי בטן, הקאות, תחושת צריבה של העור, נדודי שינה, הזיות13. כדי להפחית את ההשפעה של EAs על בריאות האדם, הנציבות האירופית קבעה רמות מקסימליות (MLs) במספר מזונות עבור סכום של EAs העיקריים: R-epimers ergometrine (Em), ergotamine (Et), ergosine (Es), ergocristine (Ecr), ergokryptine (Ekr), ו ergocornine (Eco) ואת ה- S אפימרים המתאימים שלהם: ארגומטרנין (Emn), ארגוזנין (Esn), ergotaminine (Etn), ergocorninine (Econ), ergokryptinine (Ekrn), וארגוקריסטינין (Ecrn). תרכובות אלה יכולות להתפשט מצורות R ל- S ולהיפך, במיוחד תחת חשיפה לאור חזק, אחסון ממושך, או מגע עם ממיסים מסוימים ב- pH גבוה או נמוך 12. למרות שחלקם של צורות R ו- S עשוי להשתנות בתנאים שונים, פאנל EFSA CONTAM דיווח על הופעה גבוהה יותר של צורות R מאשר צורות S לאחר סקירת הספרות הזמינה על EAs במוצרי מזון14. לפיכך, MLs להשתנות בהתאם למספר גורמים, כגון הרגישות של היבול, מידת העיבוד, או תדירות הצריכה. במסגרת האיחוד האירופי, MLs עבור מוצרים טחונים של שעורה, חיטה, כוסמין ושיבולת שועל נקבעו על 50 או 150 מיקרוגרם / ק"ג (בהתאם לתכולת אפר נמוכה או גבוהה מ 900 מ"ג / 100 גרם, בהתאמה), בעוד דגנים המיועדים ישירות למאכל אדם כפופים ML של 150 מיקרוגרם / ק"ג, למעט מזון תינוקות מבוסס דגנים, שבו ML מופחת ל 20 מיקרוגרם / ק"ג10.
חקיקה מחמירה זו דורשת מתודולוגיות אנליטיות רגישות מספיק כדי לקבוע את רמות ריכוז העקבות (מק"ג/ק"ג) תוך זיהוי נכון של EAs מוסדרים והאפימרים המתאימים להם, שכן ניתן למצוא את שתי הצורות, איזומרים R ו-S, יחד בדגימות מזוהמות. משימה זו מהווה אתגר גדול מכיוון שכל זוג רעלן-אפימר חולק את אותה מסה ודפוס פיצול בדיוק. בנוסף, הפרדה כרומטוגרפית נכונה בין שתי התרכובות עשויה להיות מורכבת. לכן, נדרשים שיפועי LC אופטימליים היטב כדי למנוע כימות שגוי כאשר אפימרים של EA מופיעים יחד בדגימות מזון. למרות שמספר מחקרים דיווחו על שיטות LC-MS לקביעה חד משמעית של EAs 15,16,17,18, יש לחקור את השיטה הכרומטוגרפית בהרחבה כדי להשיג הפרדה נאותה של הפסגות הכרומטוגרפיות כדי לזהות באופן חד משמעי EAs. עם זאת, זה בדרך כלל לא אפשרי עבור שיטות מרובות מחלקות שבו מזהמים השייכים למשפחות כימיות שונות נקבעים בו זמנית. בהקשר זה, מחקר שנערך לאחרונה על ידי Carbonell-Rozas, Hernández-Mesa, et al.19 דיווח על שיטת LC-IMS-MS לכימות של EAs בדגימות חיטה ושעורה, תוך שימוש בשני מכשירי TWIMS שונים שסיפקו ערכי CCS הניתנים לשחזור וגבולות נמוכים של כימות (LOQs) כדי לזהות כל אי ציות בהתאם לחקיקה הנוכחית. לכן, המטרה של פרוטוקול זה היא להראות כיצד שילוב IMS בזרימות עבודה LC-MS תורם להפרדה של EAs איזומריים, שיפור הסלקטיביות של השיטה האנליטית. בנוסף, הוא ממחיש כיצד יצירת ספריות CCS באמצעות אפיון סטנדרטים אנליטיים מספקת ביטחון גבוה יותר לזיהוי מיקוטוקסין. פרוטוקול זה נועד להסביר בבירור את היתרונות של יישום IMS בניתוח בטיחות מזון, תוך לקיחת כדוגמה את הקביעה של EAs בדגנים. פרוטוקול זה מתייחס לטיפול לדוגמה המבוסס על הליך QuEChES, ניתוח דגימה על ידי LC-TIMS-MS וחילוץ ופירוש נתוני IMS.
1. הכנת פתרונות מלאי, ביניים וסטנדרט עבודה
הערה: יש להשתמש בכפפות ניטריל, מעיל מעבדה ומשקפי בטיחות.
2. הכנת ריאגנטים ופתרונות
הערה: יש להשתמש בכפפות ניטריל, מעיל מעבדה ומשקפי בטיחות.
3. הגדרת פרמטרים אינסטרומנטליים
הערה: המכשיר ששימש לביצוע מחקר LC-IMS-MS זה היה UHPLC בשילוב עם IM-HRMS, מצויד במקור יינון אלקטרוספריי מחומם בוואקום (VIP-HESI). המכשיר הופעל במצב חיובי.
4. איסוף נתונים מסטנדרטים אנליטיים של EAs
הערה: יש להשתמש בכפפות ניטריל, חלוק מעבדה ומשקפי בטיחות לשלב 4.1 בלבד.
5. טיפול בנתונים ליצירת שיטת כימות
6. יצירת שיטת עיבוד נתונים לקביעה שגרתית של אלקלואידים ארגוט
7. דגימה
8. הכנת מדגם
9. טיפול בנתונים כמותיים
ראשית, פתרונות סטנדרטיים לעבודה הוזרקו למכשיר LC-IMS-MS כדי להשיג את כל תכונות הזיהוי (כלומר, זמן שמירה, CCS וספקטרום מסות) של כל EA שניתח כאן. מכיוון שפרמטרי הזיהוי, למעט המסה המדויקת, לא היו ידועים בתחילה, שיטת הרכישה התבססה על אירוע של שתי סריקות, החל מסריקה מלאה של כל ספקטרום ה...
השימוש המוצלח בפרוטוקול זה מבוסס על אופטימיזציה של הליך המיצוי, שבוצע בעבר על ידי Carbonell-Rozas et al.17, שיישמו את השימוש בממס מיצוי יעיל מספיק כדי לחלץ EAs ממטריצות מזון מורכבות כגון שעורה וחיטה, וניקוי שסיפק ערכי SSE נמוכים יחסית. הבחירה של ממס מיצוי מייצג צעד קריטי ב...
למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.
מחקר זה מומן על ידי Consejería de Universidad, Investigación e Innovación - Junta de Andalucía (PROYEXCEL_00195) ומענק הפוסט-דוקטורט שניתן על ידי Generalitat Valenciana והקרן החברתית האירופית + (CIAPOS/2022/049). המחברים מודים ל-"Centro de Instrumentación Científica (CIC)" באוניברסיטת גרנדה על מתן גישה למכשור האנליטי המשמש בפרוטוקול זה.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Acetonitrile | VWR | 83640.32 | |
Amber glass tubes 4 mL | VWR | 548-0052 | |
Amber glass tubes 12 mL | VWR | 548-0903 | |
Amber vials 1.5 mL | Agilent | 5190-9063 | |
Ammonium carbonate | Fluka | 9716 | |
Analytical balance BAS 31 | Boeco | 4400519 | |
Balance CP 323 S | Sartorius | 23-84182 | |
C18 | Supelco | 52604-U | |
Centrifuge tubes, 15 mL | VWR | 525-1082 | |
Centrifuge tubes, 50 mL | VWR | 525-0155 | |
Centrifuge Universal 320 R | Hettich | 1406 | |
Compass HyStar | Bruker | Acquisition software | |
DataAnalysis | Bruker | Qualitative software | |
Elute PLUS UHPLC | Bruker | ||
EVA EC-S evaporator | VLM | V830.012.12 | |
Formic acid GR for analysis ACS, Reag. Ph Eur | Merck | 100264 | |
Grinder TitanMill300 | Cecotec | 1559 | |
Methanol | VWR | 83638.32 | |
Milli-Q water purification system (18.2 MΩ cm) | Millipore | ZD5211584 | |
Pipette tips 1- 5 mL | Labortecnic | 162005 | |
Pipette tips 100 - 1000 µL | Labortecnic | 1622222 | |
Pipette tips 5 - 200 µL | Labortecnic | 162001 | |
Pippette Transferpette S variable, DE-M 10 - 100 µL | BRAND | 704774 | |
Pippette Transferpette S variable, DE-M 100 - 1000 µL | BRAND | 704780 | |
Pippette Transferpette S variable, DE-M 500 - 5000 µL | BRAND | 704782 | |
Syringe 2 mL | VWR | 613-2003 | |
Syringe Filter 13 mm, 0.22µm | Phenomenex | AF-8-7707-12 | |
TASQ | Bruker | Quantitative software | |
timsTOFPro2 IM-HRMS | Bruker | ||
Vortex Genie 2 | Scientific Industries | 15547335 | |
Zorbax Eclipse Plus RRHD C18 column (50 x 2.1 mm, 1.8 µm particle size) | Agilent | 959757-902 | |
Z-Sep+ | Supelco | 55299-U | Zirconia-based sorbent |
Ergot alkaloids | CAS registry sorbent | ||
Ergocornine (Eco) | Techno Spec | E178 | 564-36-3 |
Ergocorninine (Econ) | Techno Spec | E130 | 564-37-4 |
Ergocristine (Ecr) | Techno Spec | E180 | 511-08-0 |
Ergocristinine (Ecrn) | Techno Spec | E188 | 511-07-9 |
Ergokryptine (Ekr) | Techno Spec | E198 | 511-09-1 |
Ergopkryptinine (Ekrn) | Techno Spec | E190 | 511-10-4 |
Ergometrine (Em) | Romer Labs | "002067" | 60-79-7 |
Ergometrinine (Emn) | Romer Labs | LMY-090-5ML | 479-00-5 |
Ergosine (Es) | Techno Spec | E184 | 561-94-4 |
Ergosinine (Esn) | Techno Spec | E194 | 596-88-3 |
Ergotamine (Et) | Romer Labs | "002069" | 113-15-5 |
Ergotaminine (Etn) | Romer Labs | "002075" | 639-81-6 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved