Матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация, МАЛДИ (от ) — десорбционный метод «мягкой» ионизации, обусловленной воздействием импульсами лазерного излучения на матрицу с анализируемым веществом. Матрица представляет собой материал, свойства которого обуславливают понижение деструктивных свойств лазерного излучения и ионизацию анализируемого вещества. МАЛДИ масс-спектрометрия находит своё широкое применение для анализа нелетучих высокомолекулярных соединений (пептиды, белки, углеводы, олигонуклеотиды и др.)

Впервые возможность применения матрицы для подавления фрагментации при анализе нелетучих органических соединений на примере белков и пептидов была продемонстрирована в 1987 году группой ученых в Германии (M. Karas and F. Hillenkamp). За открытие метода МАЛДИ японский инженер Коити Танака известной японской приборостроительной корпорации Shimadzu получил в 2002 году Нобелевскую премию.

Обычно используется в сочетании с времяпролётным масс-анализатором. Таким образом, верхний рубеж определяемых масс ограничивается пропускаемой способностью анализатора (около 1MDa). Чувствительность метода: << 1 фемтомоль.

Матрица

Количество самых разнообразных органических соединений, использованных в качестве матрицы, очень велико. Правильный выбор материала матрицы является ключевым моментом для успешной регистрации масс-спектра. Поэтому вещество, используемое в качестве матрицы, должно отвечать следующим основным требованиям: 1) обладать высоким коэффициентом экстинкции при длине волны лазерного излучения (иными словами, обладать высокой способностью поглощать используемое лазерное излучение); 2) иметь способность к ионизации нейтральных молекул анализируемого вещества путём переноса заряда или заряженной частицы; 3) обладать хорошей растворимостью в растворителях, применяемых в процессе пробоподготовки; 4) быть химически инертным по отношению к анализируемому веществу; 5) иметь низкую летучесть в условиях вакуума и термическую устойчивость.

Стоит указать на селективность в выборе матричных соединений по отношению к классу анализируемых соединений. Во многом это определяется различной природой механизмов образования ионов анализируемого вещества. Как правило, доминирующим процессом в их образовании являются процессы вторичной ионизации, а именно ион-молекулярные взаимодействия между матричными ионами и молекулами анализируемого вещества. Иными словами, вторичная ионизация может происходить за счет таких процессов, как перенос протона (Н+), заряженной частицы в виде электрона (e−), металл-катионов (Na+, Ag+ и др.).

Например, существует широко распространенная группа кислотных матриц для анализа белков и пептидов: 2,5-дигидроксибензойная кислота, различные производные коричной (β-фенилакриловой) кислот и т. д. Пептиды и белки, как правило, обладают высокими значениями сродства к протону от 900 кДж/моль и более. Эти значения превышают величины сродства к протону матричных соединений (870–910 кДж/моль), в результате чего реакция переноса протона является экзотермической: А + МН+ → М + АН+, где А – молекула анализируемого вещества, М – матричная молекула. Другой путь образования ионов происходит путём переноса электрона (процесс перезарядки), конечным результатом которого является образование молекулярного радикал-катиона: А + М+• → А+• + М. Это наиболее эффективный способ образования положительных ионов для неполярных соединений с низкими значениями энергии ионизации.

+ Примеры МАЛДИ матриц Название Английское название (аббревиатура) Растворители для матрицы Типы исследуемых веществ 2,5-Дигидроксибензойная кислота 2,5-Dihydroxybenzoic Acid(DHB) Вода, этанол, метанол, ацетон, ацетонитрил, хлороформ, тетрагидрофуран Пептиды, олигонулеотиды, полисахариды, синтетические полимеры 2-(4-Гидроксифенилазо)-бензойная кислота 2-(4-Hydroxyphenyazo)-benzoic acid (HABA) Диоксан, ацетон, тетрагидрофуран, диметилформамид Пептиды, белки, синтетические полимеры α-циано-4-гидроксикоричная кислота α-Cyano-4-hydroxycinnamic acid Ацетон, водн. ацетонитрил, ТГФ, ДМФА, этанол Пептиды, синтетические полимеры Синапиновая кислота Sinapic Acid ТГФ, ДМФА Пептиды, белки, липиды Феруловая кислота Ferulic Acid ТГФ, ДМФА Пептиды, белки 1,8,9-Антрацентриол 1,8,9-anthracentriol(Dithranol) ТГФ, ДМФА, толуол, хлороформ, хлорбензол Синтетические полимеры, липиды Как правило, раствор матрицы в подходящем растворителе (концентрация ~10 мг/мл) готовят ежедневно, поскольку он светочувствителен и подвержен фоторазложению. Наиболее широкое применение в качестве матриц нашли коричная кислота, 3-амино-4-гидроксибензойная кислота, никотиновая кислота, α-циано-4-гидроксикоричная кислота, 2,5-Дигидроксибензойная кислота, 6,7-дигидроксикумарин, 2-(4-Гидроксифенилазо)-бензойная кислота, 3-гидроксипиколиновая кислота, 2,4,6-тригидроксиацетофенон и многие другие. В качестве растворителей чаще всего используют воду, ацетон, этанол, ацетонитрил, хлороформ, тетрагидрофуран и др. Источники МАЛДИ с повышенным давлением позволяют использовать в качестве матрицы воду и ряд других соединений. В этих условиях эффективность работы ИК-лазеров выше, чем УФ-лазеровHillenkamp F., Berkenkamp S., Leisner A. How Cool is MALDI? An Introduction to High Pressure MALDI Sources // Ext. Abstr. 50th Proceedings of the ASMS Conference on Mass Spectrometry & Allied Topics. Orlando, Forida, USA, June 2-6, 2002, A020361..

Механизм ионизации

При облучении лазером с длительностью импульса несколько наносекунд и высокими величинами интенсивности излучения (106 — 107 Вт/см²) из образца, представляющего собой твердый раствор или смесь анализируемого вещества и матрицы, происходит выброс материала в виде микрочастиц. Такие частицы могут достигать размеров несколько сотен микрометров. Над поверхностью образца возникает область высокого локального давления — так называемый факел (от англ. ), который преимущественно состоит из нейтральных частиц. Вместе с тем, в нём присутствуют и заряженные частицы, доля которых по разным оценкам составляет 10−5—10−3 от полного числа всех частиц. На начальном этапе образования факела его плотность близка к плотности вещества в конденсированном состоянии. C расширением факела (в первые наносекунды) происходит распад конгломератов вплоть до образования отдельных молекул или их фрагментов, а также заряженных (преимущественно матричных) частиц. Ионизацию молекул, происходящую непосредственно при выбросе материала из конденсированного состояния, принято рассматривать как первичную. В расширяющемся факеле происходят непрерывные соударения между частицами, в том числе возможны ион-молекулярные реакции между матричными заряженными частицами и молекулами анализируемого вещества, которые приводят к ионизации последнего. Такого рода ионизацию относят к вторичной.

Применение К настоящему времени методом МАЛДИ успешно анализируют самые разнообразные классы веществ: Биоорганические соединения (полипептиды, белки, олигонуклеотиды, олиго- и полисахариды и т. п.); синтетические полимеры; органические комплексные соединения; высокомолекулярные материалы; гуминовые кислоты; синтетические дендримеры; фуллерены и др.

Метод МАЛДИ используют прежде всего для установления молярной массы соединения.

МАЛДИ масс-спектрометрия в медицине С конца 2000-х технология MALDI-TOF начала применяться в практической медицине для быстрой идентификации видовой принадлежности . В 2009 году компания Bruker представила первую в мире клиническую версию системы MALDI Biotyper. Идентификация микроорганизмов основывалась на получении общего масс-спектра белков в диапазоне 1000-10000 дальтон и биоинформационного сравнения полученного спектра с базой данных референсных спектров. Применение метода позволило значительно сократить затраты и время бактериологического анализа и увеличить его точность.

См. также Ионизация Масс-спектрометрия Электроспрей Прямая лазерная десорбция Десорбционные методы ионизации в масс-спектрометрии Guide to Sample Preparation with FLUKA products and Sigma Calibration Kits

Ссылки

Категория:Масс-спектрометрия Категория:Методы биологических исследований Категория:Аналитическая химия Категория:Ионизация Категория:Применение лазеров