Matrix effects in liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS, LC-MS/MS)

Chromatografia cieczowa sprzężona ze spektrometrią mas cechuje się wysoką selektywnością i czułością oznaczeń. Pomimo ogromnego rozpowszechnienia, technika ta ma wiele ograniczeń. Do jednego z ich możemy zaliczyć efekty matrycowe, które mogą prowadzić do błędnych oznaczeń analitu w próbce. Efekty te mogą być wywoływane przez związki różnego pochodzenia, zarówno egzo- jak i endogenne (np. fosfolipidy obecne we krwi). W niniejszej pracy jakościowy efekt matrycowy badano wykorzystując post-kolumnowy nastrzyk analitu do prądu fazy ruchomej, natomiast ilościowy efekt określono korzystając z wzoru zaproponowanego przez Matuszewskiego. Efekt matrycowy badany był dla dwóch grup związków: leków z grupy pochodnych benzodiazepiny i syntetycznych kannabinoidów. Dla benzodiazepin najlepszym sposobem przygotowania próbki krwi do analizy okazała się być ekstrakcja do fazy stałej, natomiast w przypadku syntetycznych kannabinoidów była to ekstrakcja ciecz – ciecz ze środowiska alkalicznego (pH 9). Związki wymywane z kolumny przy dużej zawartości ACN w fazie ruchomej (syntetyczne kannabinoidy), są w większym stopniu narażone na efekty matrycy, gdyż w takich warunkach wymywana jest również większość składników próbki, co wpływa na proces jonizacji analitu. Przeprowadzone badania dowodzą, że wielkość efektu matrycowego zależy między innymi od: sposobu przygotowania próbki do analizy, rodzaju i stężenia analitu, a także parametrów pracy detektora. Skutki działania składników matrycy mogą być zredukowane poprzez poprawę oczyszczenia próbki lub optymalizację warunków chromatograficznych.

Liquid chromatography - mass spectrometry with electrospray ionization is a highly selective and sensitive analytical technique. Despite of the huge spread of this technique, it has many limitations, including matrix effects. It may result in false determination of analyte in the sample. These effects can be caused by various factors, such as exo- and endogenous compounds (e.g. blood phospholipids). In this work, the qualitative matrix effects was tested using post-column injection of the analyte to the mobile phase, while the quantitative effect was determined by using the formula proposed by Matuszewski. The matrix effects was tested for two groups of compounds: benzodiazepines and synthetic cannabinoids. Solid phase extraction has proven to be the best way to prepare blood samples for the analysis of benzodiazepines, while liquid - liquid extraction from an alkaline medium (pH 9) was the best choice for synthetic cannabinoids. Compounds eluting from the column at high contents of ACN in the mobile phase (synthetic cannabinoids) are more susceptible to the matrix effects. In these conditions, most components of the sample were eluted, which influences on the process of anlyte ionization. The studies show that the size of the matrix effect is dependent on: sample preparation, the type and concentration of the analyte, as well as operating parameters of the detector. These effects can be reduced by improving the purification of the sample or optimization chromatographic conditions.