Анализ реального времени дыхание с помощью вторичных Nanoelectrospray ионизации в сочетании с масс-спектрометрии высокого разрешения
Summary
Протокол для характеризующие химический состав выдыхаемого воздуха в режиме реального времени с помощью вторичных nanoelectrospray ионизации в сочетании с высоким разрешением, которую продемонстрировал масс-спектрометрии.
Abstract
Выдохнул летучих органических соединений (Лос) вызвали значительный интерес, поскольку они могут служить биомаркеров для диагностики заболеваний и воздействия на окружающую среду в неинвазивным способом. В этой работе мы представляем протокол характеризовать выдыхаемого Лос в режиме реального времени с помощью вторичных nanoelectrospray ионизации, в сочетании с масс-спектрометрии высокого разрешения (Sec-nanoESI-HRMS). Домашний сек nanoESI источник легко создан основанный на источник коммерческих nanoESI. Сотни пики были замечены в фон вычитается массового спектры выдыхаемого воздуха, и массовые точность значения -4.0-13,5 промилле и-20.3-1.3 ppm в режимах обнаружения положительных и отрицательных ионов, соответственно. Пики были назначены с точной компоновки согласно Точная масса и изотопные шаблон. Менее 30 s используется для измерения один выдох, и она занимает около 7 мин для шести реплицированной измерений.
Introduction
С быстрым развитием современных аналитических методов сотни летучих органических соединений (Лос) были определены в человека выдыхаемого воздуха1. Эти Лос главным образом результатом альвеолярного воздуха (~ 350 мл для здорового взрослого) и анатомические Мертвое пространство воздуха (~ 150 мл)2, которые страдают от тела метаболизм3,4,5,6,7 ,8 и9загрязнения окружающей среды, соответственно. В результате если определены, эти Лос перспективным для использования в качестве биомаркеров для диагностики заболеваний и воздействия на окружающую среду в неинвазивным способом.
Хотя газовой хроматографии с масс-спектрометрии (ГХ-МС) является наиболее широко используемым методом для качественного и количественного анализа выдыхаемого Лос2, прямые методы в MS, которые были разработаны для анализа в реальном времени дыхание, имеют преимущества Настало время резолюции и простой пример предварительной подготовке. Прямые MS методы, такие как Протон передачи реакции10мс (PTR-МС) выбран шланг потока ионов мс (SIFT-МС)11, электроспрей вторичной ионизации мс (СЕСИ-МС)12,13 (также названный как добывающих электроспрей ионизации MS, EESI MS14,15), трассировки атмосферного газа анализатор (TAGA)16 и плазмы ионизации мс (Пи-МС)17 были расследованы в последние годы.
Среди всех прямых методов MS СЕСИ хорошо известен как универсальная мягкая ионизация техника19,20,21; и источник легко настроить и в сочетании с различными типами масс-спектрометры, например, время полета масс-спектрометр8,15, ионная ловушка Масса спектрометра14 и Орбитрэп масс-спектрометр12 ,18. До сих пор, СЕСИ-МС успешно используется в диагностике22респираторных заболеваний замер Циркадный ритм3,6,23, фармакокинетики7,8, и выявление метаболических4и т.д. Совсем недавно коммерческий источник СЕСИ стала доступна.
В этом исследовании источник ионизации легким и компактным вторичных nanoelectrospray (Sec-nanoESI) была создана и в сочетании с высоким разрешением масс-спектрометр. Были представлены в реальном времени измерения выдыхаемого Лос в дыхании.
Protocol
Representative Results
Discussion
Строительство Sec-nanoESI источник, основанный на источнике коммерческой nanoESI, эффективность ионизации выше, чем с помощью еси источник30. Кроме того, эффективность ионизации дальнейшего повышения в закрытой камере, как это изолирует процесс от окружающего фона воздуха и в то же…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была финансово поддержана Национальный фонд естественных наук Китая (№ 91543117).
Materials
| Ultrapure water | Merck Millipore, USA | MPGP04001 | Resistance >18.2 MΩ·cm |
| Formic acid | Sigma-Aldrich, USA | F0507 | Corrosive to the respiratory tract. |
| Nitrogen gas | Guangzhou Shiyuan Gas Co. Ltd., China | N.A.a | Purity >99.99% |
| Q Exactive hybrid quadrupole-orbitrap mass spectrometer | Thermo Scientific, USA | 02634L(S/N) | Beware of high voltage and high temperature |
| NanoESI source | Thermo Scientific, USA | ES002373(S/N); ES071(P/N) | Beware of high voltage and high temperature |
| Nano LC pump | Thermo Scientific, USA | 5041.0010A(P/N) | / |
| Xcalibur software (Version 3.0) | Thermo Scientific, USA | BRE0008596 | / |
| Dino-Lite Digital Microscope | Tech Video System (SuZhou) Co.Ltd., China | CQ401833R(S/N) | / |
| Nafion tubing | Perma Pure LLC, USA | ME60 | / |
| PTFE tubing (I.D. 4 mm) | Dongguan Hongfu Insulating Material Co. Ltd., China | N.A. | Beware of the possible loss of polar compounds |
| Mass flow controller | Line-Tech, Korea | M15122007 (S/N) | / |
| Flow meter | Yuyao Industrial Automation Meter Factory, China | 40784 | / |
| aN.A.: not available. |
Referencias
- De Lacy Costello, B., et al. A review of the volatiles from the healthy human body. J. Breath Res. 8 (1), 014001-014030 (2014).
- Phillips, M., Greenberg, J. Ion-trap detection of volatile organic compounds in alveolar breath. Clin. Chem. 38 (1), 60-65 (1992).
- Martínez-Lozano Sinues, P., et al. Circadian variation of the human metabolome captured by real-time breath analysis. PLoS One. 9 (12), 0114422-0114438 (2014).
- Garcia-Gomez, D., et al. Secondary electrospray ionization coupled to high-resolution mass spectrometry reveals tryptophan pathway metabolites in exhaled human breath. Chem. Common. 52 (55), 8526-8528 (2016).
- Garcia-Gomez, D., et al. Real-time quantification of amino acids in the exhalome by secondary electrospray ionization-mass spectrometry: A proof-of-principle Study. Clin. Chem. 62 (9), 1230-1237 (2016).
- Martínez-Lozano Sinues, P., Kohler, M., Brown, S. A., Zenobia, R., Dallmann, R. Gauging circadian variation in ketamine metabolism by real-time breath analysis. Chem. Common. 53 (14), 2264-2267 (2017).
- Gamez, G., et al. Real-time, in vivo monitoring and pharmacokinetics of valproic acid via a novel biomarker in exhaled breath. Chem. Common. 47 (17), 4884-4886 (2011).
- Li, X., et al. Drug pharmacokinetics determined by real-time analysis of mouse breath. Angew. Chem. Int. Ed. 54 (27), 7815-7818 (2015).
- Amorim, L. L. A., Cardeal, Z. L. Breath air analysis and its use as a biomarker in biological monitoring of occupational and environmental exposure to chemical agents. J. Chromatogr. B. 853 (1-2), 1-9 (2007).
- Bajtarevic, A., et al. Noninvasive detection of lung cancer by analysis of exhaled breath. BMC Cancer. 9, 348 (2009).
- Smith, D., Wang, T. S., Pysanenko, A., Španěl, P. A selected ion flow tube mass spectrometry study of ammonia in mouth- and nose-exhaled breath and in the oral cavity. Rapid Commun. Mass Spectrom. 22 (6), 783-789 (2008).
- Li, X., Huang, L., Zhu, H., Zhou, Z. Direct human breath analysis by secondary nano-electrospray ionization ultrahigh resolution mass spectrometry: Importance of high mass resolution and mass accuracy. Rapid Commun. Mass Spectrom. 31 (3), 301-308 (2017).
- Martínez-Lozano, P., Fernandez de la Mora, J. Electrospray ionization of volatiles in breath. Int. J. Mass Spectrom. 265 (1), 68-72 (2007).
- Zeng, Q., et al. Detection of creatinine in exhaled breath of humans with chronic kidney disease by extractive electrospray ionization mass spectrometry. J. Breath Res. 10 (1), 016008-016015 (2016).
- Chen, H. W., Wortmann, A., Zhang, W. H., Zenobi, R. Rapid in vivo fingerprinting of nonvolatile compounds in breath by extractive electrospray ionization quadrupole time-of-flight mass spectrometry. Angew. Chem. Int. Ed. 46 (4), 580-583 (2007).
- Benoi, F. M., Davldson, W. R., Lovett, A. M., Nacson, S., Ngo, A. Breath analysis by atmospheric pressure ionization mass spectrometry. Anal. Chem. 55 (4), 805-807 (1983).
- Bregy, L., Martínez-Lozano Sinues, P., Nudnova, M. M., Zenobi, R. Real-time breath analysis with active capillary plasma ionization-ambient mass spectrometry. J. Breath Res. 8 (2), 027102-027110 (2014).
- Gaugg, M. T., et al. Expanding metabolite coverage of real-time breath analysis by coupling a universal secondary electrospray ionization source and high resolution mass spectrometry-a pilot study on tobacco smokers. J. Breath Res. 10 (1), 016010-016020 (2016).
- Martínez-Lozano, P., Zingaro, L., Finiguerra, A., Cristoni, S. Secondary electrospray ionization-mass spectrometry: breath study on a control group. J. Breath Res. 5 (1), 016002-016012 (2011).
- Martínez-Lozano Sinues, P., Zenobi, R., Kohler, M. Analysis of the exhalome a diagnostic tool of the future. Chest. 144 (3), 746-749 (2013).
- Martínez-Lozano Sinues, P., Fernandez de la Mora, J. Direct analysis of fatty acid vapors in breath by electrospray ionization and atmospheric pressure Ionization-Mass Spectrometry. Anal. Chem. 80 (21), 8210-8215 (2008).
- Martínez-Lozano Sinues, P., et al. Breath analysis in real time by mass spectrometry in chronic obstructive pulmonary disease. Respiration. 87 (4), 301-310 (2014).
- Martínez-Lozano Sinues, P., Kohler, M., Zenobi, R. Monitoring diurnal changes in exhaled human breath. Anal. Chem. 85 (1), 369-373 (2013).
- Chen, H. W., Zenobi, R. Neutral desorption sampling of biological surfaces for rapid chemical characterization by extractive electropray ionization mass spectrometry. Nat. Protoc. 3 (9), 1467-1475 (2008).
- Li, X., Hu, B., Ding, J., Chen, H. W. Rapid characterization of complex viscous samples at molecular levels by neutral desorption extractive electrospray ionization mass spectrometry. Nat. Protoc. 7 (6), 1010-1025 (2011).
- Gordon, S. M., Szidon, J. P., Krotoszynski, B. K., Gibbons, R. D., O’Neill, H. J. Volatile organic compounds in exhaled air from patients with lung cancer. Clin. Chem. 31 (8), 1278-1282 (1985).
- Ding, J. H., et al. Development of extractive electrospray ionization ion trap mass spectrometry in vivo breath analysis. Analyst. 134 (10), 2040-2050 (2009).
- Basum, G., Dahnke, H., Halmer, D., Hering, P., Mürtz, M. Online recording of ethane trances in human breath via infrared laser spectroscopy. J. Appl. Physiol. 95 (6), 2583-2590 (2003).
- Tøien, &. #. 2. 1. 6. ;. Automated open flow respirometry in continuous and long-term measurements: design and principles. J. Appl. Physiol. 114 (8), 1094-1107 (2013).
- Huang, L., Li, X., Xu, M., Huang, Z. X., Zhou, Z. Identification of relatively high molecular weight compounds in human breath using secondary nano electrospray ionization ultrahigh resolution mass spectrometry. Chem. J. Chinese U. 38 (5), 752-757 (2017).
