Введение к работе
Актуальность темы. Одна из наиболее актуальных задач аналитической химии - идентификация и высокочувствительное количественное определение биологически активных соединений в различных средах. В первую очередь это касается лекарственных препаратов, из которых к числу наиболее важных относятся арилалкиламины и их производные. На основе этих соединений разработаны и разрабатываются многочисленные лекарственные препараты, используемые в терапевтической практике в качестве нейростимуляторов, медиаторов, антидепрессантов и сосудорасширяющих средств. Ряд арилалкиламинов относятся к сильнодействующим психотропным соединениям, включены в конвенцию по психотропным веществам и являются объектами судебно-медицинских исследований. Производными арилалкиламинов являются также некоторые синтетические наркотики, распространение которых становится в последние годы серьезной социальной проблемой. Все эти соединения обычно находятся в анализируемых образцах в следовых количествах. В этой связи, очевидно, что разработка высокочувствительного и селективного метода определения арилалкиламинов является актуальной задачей.
Одним из наиболее перспективных подходов для решения этой задачи является метод лазерной десорбции-ионизации, активируемой поверхностью (surface assisted laser desorption ionization - SALDI). Этот метод отличает высокой чувствительностью при определении ряда органических и биоорганических соединений и активно развивается в последнее десятилетие. Традиционно приборная реализация метода SALDI основана на использовании серийных MALDI времяпролетных масс-спектрометров, при которой анализируемую пробу наносят на активную поверхность эмиттера ионов, высушивают и помещают в вакуумную камеру масс-спектрометра для анализа. Такой подход ограничивает спектр определяемых соединений только малолетучими веществами и характеризуется низкой воспроизводимостью. Другим подходом, перспективным для анализа летучих соединений, может быть сочетание метода SALDI с газовой хроматографией (ГХ). Ариалкиламины достаточно легко могут быть переведены в газовую фазу путем нагрева, что создает предпосылки для разработки высокочувствительного метода их определения на основе сочетания ГХ с SALDI-масс-спектрометрией (МС).
Цель работы. Целью настоящей работы являлось дальнейшее развитие метода SALDI путем его сочетания с газовой хроматографией и разработка на этой основе метода высокочувствительного определения соединений группы арилалкиламинов.
Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
разработать интерфейс сопряжения ГХ с МС и определить оптимальные условия хроматографического разделения арилалкиламинов для их последующего детектирования методом SALDI;
исследовать зависимость эффективности SALDI от химического состава эмиттера ионов, интенсивности лазерного излучения, величины потока протонодонорных молекул на поверхность эмиттера и на основе полученных результатов найти оптимальное сочетание этих факторов для анализа арилалкиламинов;
получить и изучить SALDI масс-спектры арилалкиламинов на примере 20 соединений и исследовать основные направления фрагментации;
определить основные аналитические параметры - эффективность ионизации, предел обнаружения, чувствительность, воспроизводимость и динамический диапазон в условиях ГХ/SALDI-MC определения арилалкиламинов в многокомпонентных растворах;
провести квантово-химические расчеты величин сродства к протону (РА) и основности в газовой фазе (GB) для исследуемых соединений и установить связь между рассчитанными величинами и значениями чувствительности;
разработать методику ГХ/SALDI-MC определения арилалкиламинов в крови. Научная новизна работы.
Впервые продемонстрирована возможность сочетания ГХ с SALDI-времяпролетной МС для определения органических соединений в пробах сложного состава.
Разработан метод высокочувствительного и селективного определения арилалкиламинов, основанный на лазерной десорбции-ионизации с поверхности аморфного кремния в сочетании с ГХ.
Установлены закономерности фрагментации протонированных молекул арилалкиламинов, полученных при лазерной десорбции-ионизации с поверхности аморфного и пористого кремния.
На основе квантово-химических расчетов определены термодинамические параметры - энергии сродства к протону РА и основности в газовой фазе GB для 20 арилалкиламинов .
Найдено, что эффективность ионизации и чувствительность анализа в условиях ГХ/SALDI-MC экспоненциально зависит от основности в газовой фазе определяемых соединений.
Разработана методика определения арилалкиламинов в крови с пределом обнаружения на уровне 6-300 пг/мл.
Практическая значимость работы. Разработан метод определения арилалкиламинов, основанный на сочетании ГХ с SALDI-MC, с пределом обнаружения до 100 раз ниже, чем при использовании стандартных масс-спектрометрических методов анализа. Предложена методика определения арилалкиламинов в крови.
Представленные в работе схемы фрагментации позволяют по полученным масс-спектрам однозначно идентифицировать арилалкиламины в смесях сложного состава. Найденная зависимость чувствительности от GB дает возможность прогнозировать эффективность SALDI на основе рассчитанных или известных значений основности в газовой фазе определяемых соединений.
Разработанный метод может применяться в медицинской практике для терапевтического лекарственного мониторинга, для решения задач фармакокинетики, для проведения судебно-медицинской экспертизы, в аналитической практике для определения следовых количеств арилалкиламинов в природных и промышленных пробах. На защиту выносятся:
Метод высокочувствительного определения арилалкиламинов, основанный на лазерной десорбции-ионизации с поверхности аморфного кремния в сочетании с газовой хроматографией и времяпролетной масс-спектрометрией;
Результаты исследования факторов, определяющих эффективность образования ионов арилалкиламинов в условиях ГХ/SALDI-MC анализа: геометрии интерфейса сопряжения ГХ с МС, режима хроматографического разделения определяемых соединений, состава и структура эмиттера ионов, интенсивности лазерного излучения, плотности потока протонодонорных молекул на поверхность эмиттера ионов.
SALDI масс-спектры арилалкиламинов, схемы фрагментации образующихся в процессе SALDI ионов и результаты исследования зависимости степени фрагментации от интенсивности лазерного излучения.
Результаты квантово-химических расчетов величин сродства к протону РА и основности в газовой фазе GB для 26 соединений.
Результаты исследования зависимости эффективности ионизации и чувствительности разработанного метода от величины GB определяемых соединений.
Методика ГХ/SALDI-MC определения арилалкиламинов в крови с пределом обнаружения для различных арилалкиламинов 6-300 пг/мл.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на всероссийской конференции «Аналитика России» (2004), П-ом международном семинаре-школе: «Масс-спектрометрия в химической физике, биофизике и экологии» (2004), международной конференции «Analytical chemistry and chemical analysis» (2005, Украина),
XXII международной Чугаевской конференция по координационной химии (2005, Молдавия), всероссийской конференции "Масс-спектрометрия и ее прикладные проблемы" (2005, 2009, 2011), международном аналитическом конгрессе ICAS-2006 (2006), 40-ой конференции «Diskussionstagung der Deutschen Gesellschaft fur Massenspektrometrie» (2007, Германия), XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (2007), 57-ой масс-спектрометрической конференции ASMS (2009, США), 7-ой конференции BPU (2009, Греция), 16-ой международной школе в Болгарии (2009, Болгария), съезде аналитиков России "Аналитическая химия - новые методы и возможности" (2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей и 18 тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и списка литературы из 181 наименований. Диссертация изложена на 142 страницах печатного текста, содержит 37 рисунков и 12 таблиц.
