WO2010149595A1 - Funktionskontrolle bzw. varianzenkompensation in der massenspektrometrie - Google Patents

Funktionskontrolle bzw. varianzenkompensation in der massenspektrometrie Download PDF

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WO2010149595A1
WO2010149595A1 PCT/EP2010/058665 EP2010058665W WO2010149595A1 WO 2010149595 A1 WO2010149595 A1 WO 2010149595A1 EP 2010058665 W EP2010058665 W EP 2010058665W WO 2010149595 A1 WO2010149595 A1 WO 2010149595A1
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mass
target analyte
test method
separation system
chromatographic separation
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PCT/EP2010/058665
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Michael Vogeser
Roland Geyer
Werner Hälg
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Tecan Trading Ag
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Definitions

  • the invention relates according to the preamble of independent claim 1, a method for controlling the function of a mass spectrometer, according to the preamble of independent claim 2, a method for compensating variances in mass spectrometry and according to the preamble of claim 12, a device for performing this function check or this compensation method for mass spectrometers.
  • Chromatographic and in particular chromatographic mass spectrometric analysis methods are of essential importance for the life sciences and especially for medical laboratory diagnostics, food and environmental analysis.
  • LC liquid chromatography
  • HPLC high-pressure or high-efficiency liquid chromatography.
  • the chromatographically fractionated sample is then fed continuously to a mass spectrometric detector.
  • mass spectrometry with atmospheric pressure ionization eg electrospray (ESI) MS / MS
  • the target analytes are ionized for detection.
  • any atmospheric pressure ionization is a highly complex physicochemical event in which a variety of molecular interactions must be assumed. This manifests itself among other things in the phenomenon of "ion suppression” and "ion enhancement".
  • Most unspecified components of the sample matrix which elute with time into the ion source with the respective target analyte, can lead to a reduction but also to an increase in the ion yield of the target analyte.
  • deposits on parts of the ion source and the ion optics (“charging") cause the ionization efficiency of a system to often drift or also vary the detector signal over time, a so-called “undulate” within an analysis series.
  • calibrator samples with known analyte concentrations
  • controls to be quantified. If a drift of the ionization yield with respect to the target analyte within the measurement series occurs in such a series, or if the ionization properties of calibrator samples and unknowns differ, incorrect measurement results of the unknowns are the result.
  • the concentration ratio of target analyte to internal standard for each sample which does not change during sample processing.
  • the signal of target analyte eg collision-induced ion transition in MS / MS technology
  • internal standard is recorded alternately or simultaneously as a mass spectrogram; so two independent mass spectrograms are recorded in the same run.
  • the Internal Standard should be selected to elute at a different time from the target analyte; In this case, two peak areas are determined in a mass spectrogram (analyte or internal standard).
  • the areas (at defined retention times) of the peaks of the internal standard or target analyte are determined.
  • the ratio of the peak area of the target analyte to the peak area of the internal standard is called the response of the single analysis. Calibration and quantification are performed on the basis of this response (ie a peak area ratio).
  • This principle of internal standardization at least partially equalizes variances in the ionization yield from sample to sample; The prerequisite for this, however, is that the ionization behavior of target analyte and internal standard is influenced in a very similar manner by modulating effects ("charging", matrix components, etc.).
  • the method according to Stahnke et al. uses a monitor substance that is not identical to the target analytes. Since the target analyte and the reference substance can differ with regard to their ionization behavior, this approach is fundamentally susceptible to anomaly.
  • the search for a suitable reference substance is demanding, since a substance must be found which under all circumstances experiences a similar modulation of the signal yield as the target analyte. For many target analytes it can be assumed that no suitable substances can be found.
  • a complicated evaluation of periodically recorded reference signal and peak area of the target analyte is required, i. an evaluation and quantification from the primarily recorded mass spectrogram is not directly possible or at least prone to failure.
  • the object of the present invention is to propose devices and methods which enable the verification of the function of a mass spectrometer or the
  • test method for controlling the function of a mass spectrometer.
  • the test method according to the invention is characterized in that it comprises the following steps:
  • step (a) mixing an eluate of a chromatographic separation system and a target analyte solution of known concentration; (b) injecting the mixture prepared in step (a) into a mass spectrometer comprising at least one signaling detector;
  • the compensation method according to the invention is characterized in that it comprises the following working steps:
  • step (a) mixing an eluate of a chromatographic separation system and a target analyte solution of known concentration; (b) injecting the mixture prepared in step (a) into a mass spectrometer comprising at least one signaling detector;
  • the device according to the invention is characterized in that it comprises: (a) a pump with pump control for conveying a solution of a target analyte of known concentration; and
  • a T-piece which can be arranged in front of the mass spectrometer, which has a first connection for connecting the T-piece to the mass spectrometer, a second connection for connecting the T-piece to the pump and a third connection for introducing the eluate from a chromatographic
  • Separation system includes, and optionally:
  • the device according to the invention is characterized in that it comprises: (a) a pump with pump control for conveying a solution of a target analyte of known concentration; and (b) a pre-mass spectrometer-settable delivery unit having a first port for connecting the delivery unit to a vacuum chamber upstream of the mass spectrometer, a first injection port having a second port for introducing the eluate from a chromatographic separation system, and a third port for connecting the delivery unit includes the pump, and optionally:
  • the device according to the invention is characterized in that it comprises:
  • a pump with pump control for delivering a solution of a target analyte of known concentration
  • a mixing unit which can be arranged in front of the mass spectrometer, having a first connection for connecting the mixing unit to the mass spectrometer, a first injection channel having a second connection for introducing the electrolyte from a chromatographic separation system and a third connection for connecting the mixing unit to the pump includes, and optionally:
  • step (e) the formation of a quotient A / B, B / A, AB / A or A 2 / B 2 or a difference log (A) - log (B) or a corresponding inversion value is preferred as the mathematical relationship in step (e) , Especially preferred as a mathematical relationship in step (e) is the respective formation of a quotient A / B.
  • PCI permanent postcolumn infusion
  • FIG. 2 shows a second design of a (PCI) system for admixing a target analyte to the eluate of a chromatographic separation system
  • FIG. 3 shows a third structure of a (PCI) system for admixing a target analyte to the eluate of a chromatographic separation system and having a reduced-pressure space upstream of the mass spectrometer;
  • PCI PCI
  • 4 shows a fourth structure of a (PCI) system for admixing a target analyte to the eluate of a chromatographic separation system
  • 5 shows a mass spectrogram for the evaluation according to the described invention, according to which a baseline increase is effected by the continuous addition of a target analyte to the eluate of a chromatographic separation system;
  • FIG. 6 Calibration function for measuring tacrolimus on the basis of the illustrated technical structure according to FIG. 1 and the described mass spectrographic evaluation method.
  • This system construction can be used as a reference solution for adding the target analyte to the eluate of a chromatographic separation system at a constant rate.
  • the target analyte in isocratic elution chromatographic processes
  • the described configurations ensure that the target analyte is fed to the detector in a continuous rate.
  • a sustained "background” signal is generated, raising the baseline, resulting in a so-called “base line offset", which is subordinate to the actual mass spectrometric analysis.
  • the test method according to the invention is based on a baseline elevation in the mass spectrogram, which can also be used to compensate for variances in the signal generation of the respective detector with respect to the respective target analyte.
  • a check of the function or performance of a mass spectrometer takes place before or after the actual sample analyzes by means of a target analyte solution.
  • particularly preferred is the simultaneous analysis of a mixture of samples with known analytes and / or unknown analytes and a known target analyte so that a current quality statement can be made about each analysis. This is achieved by continuously adding a separate solution of a target analyte to the eluate of the chromatographic separation system so that only this mixture reaches the detector 5 'of the mass spectrometer 5.
  • This admixing of a target analyte to the eluate from a chromatographic separation system 1, 2 can take place via a T-piece 3 by means of a pump 4 (see Fig. 1). If this pump 4 has sufficient storage volume (e.g., in the case of a large cylinder piston pump), no additional reservoir 4b is needed for the target analyte solution. However, if a peristaltic pump is used to deliver the target analyte solution to the T-piece 3 (which has no storage volume), the connection of such a reservoir 4b is unavoidable.
  • a high-precision syringe pump 4 is used for conveying the target analyte solution, it is preferable to connect a three-way valve 4c between the three ports to the tee 3, the reservoir 4b and the syringe pump 4 (see Fig. 2).
  • Pumps suitable for use in function control or variance compensation are preferably selected from a group comprising piezo pumps, syringe pumps, piston pumps (e.g., a per se known LC pump), and peristaltic pumps. Such pumps are well known to those skilled in the art (in the case of piezo pumps, for example, from document EP 0 956 449 B1).
  • a simultaneous injection of the eluate of the chromatographic separation system and of the target analyte solution takes place by means of a double nozzle or feed unit 10 known from US Pat. No. 6,465,776 B1 (see FIG.
  • This feed unit 10 comprises two injection channels 8, 9, which are completely separate from each other, of which one injection channel is connected to the eluate of the chro- Matographischen separation system 1,2 and the other injection channel with the Zielana- lytans from the pump 4 is charged.
  • This method requires a reduced pressure space 12 upstream of the mass spectrometer, located between the feeder unit 10 and the mass spectrometer 5.
  • a quadrupole ion guide (this is not shown here, but known from US 6,465,776 Bl) is arranged between the vacuum chamber 12 and the mass spectrometer 5, with which the individual fluid samples can be brought into a parallel trajectory before they enter the mass spectrometer.
  • a simultaneous injection of the eluate of the chromatographic separation system 1, 2 and of the target analyte solution takes place by means of a mixing nozzle (compare FIG. 4).
  • this mixing unit 11 comprises two injection channels 8, 9 which are only partially separated from one another, of which one injection channel is charged with the eluate of the chromatographic separation system 1, 2 and the other injection channel is supplied with the target analyte solution from the pump 4. Both injection channels unite within the mixing unit 11, so that it can be dispensed with a mass spectrometer upstream room with reduced pressure. Again, only the mixture reaches the detector 5 'of the mass spectrometer. 5
  • the admixture of a target analyte to the eluate from a chromatographic separation system 1, 2 via a T-piece 3 or a feed unit 10 or a mixing unit 11 and a separate pump 4 can be used in gradient processes or in isocratic processes.
  • the target analyte may be dissolved in the mobile phase of the analytical chromatographic system 1, 2 without the need for an additional pump 4. This is possible in the case of isocratic chromatographic analyzes. It can also be provided that the functional test is performed only with an analyte solution (without unknowns).
  • a flow detector 13th be arranged with associated control. With the aid of this flow-through detector 13, the continuous sample or the eluate of the chromatographic separation system 1, 2 is then analyzed continuously.
  • injection of the target analyte into the T-piece 3 or into the feed unit 10 or mixing unit 11 can be started.
  • injection of the target analyte can be stopped thereupon.
  • a time window 14 is thus defined within the running time of the mass spectrogram (see FIG. 5).
  • This time window is preferably so large that it covers just the interesting part of the transit time of the entire mass spectrogram, in which the detector signal is detected, which corresponds to an expected analyte.
  • an apparatus for carrying out the test method or compensation method comprising a flow detector 13 with associated control, wherein the flow detector 13 between the chromatographic separation system 1,2 and the tee 3 or between the chromatographic separation system 1,2 and the feed unit 10 or mixing unit 11 and for the optical analysis of the eluate from the chromatographic separation system 1,2.
  • Specific preferred flow detectors 13 are scanning detectors (eg UV, VIS and NIR detectors), refractive or fluorescence detectors.
  • the continuous feeding of the target analyte at a constant rate during a time window 14, which is shorter than the transit time of the mass spectrogram, can be achieved in all embodiments of the invention shown in FIGS. 1 to 4.
  • this target analyte feed can also be time-controlled. This is particularly advantageous and particularly easy to carry out if a number of similar or identical substances contained in samples to be analyzed in the mass spectrometer.
  • the target analyte preferably reaches the point of mixing with the eluate from the chromatographic separation system 1, 2 shortly before the time at which an interesting event from the chromatographic separation system 1, 2 likewise reaches this location of mixing.
  • this location of mixing can take place inside a T-piece 3 (compare FIGS. 1 and 2), following a feed unit 10 (see sub-pressure chamber 12 in FIG 3), or inside a mixing unit 11 (see Fig. 4).
  • the corresponding inlet leg of the T-piece 3 can be extended or have a labyrinth extending the path (not shown).
  • the target analyte delivery pump 4 may be timed in time.
  • the path extension 15 can be used advantageously.
  • the peak area A of the target analyte (which is generated by the actual mass spectrometric process) is detected by established methods of base point detection and area measurement.
  • the "background”, ie the area B of the quadrilateral is detected below the respective peak (see Fig. 5) .
  • the "response” of the single analysis is preferably calculated as the quotient of the peak area A to the area B of the quadrangle below the peak 7.
  • This Area B is formed by the integration line 6 of the peak 7, the baseline of the mass spectrogram and the solders which are precipitated from the ends of the peak integration line 6 to the baseline (see Figure 5, areas A and B).
  • the ionization efficiency with respect to the target analyte decreases or increases in the period of the elution of the analyte peak 7, there is a reduction or increase in the recorded peak area A.
  • a reduction or increase in the area B of the substrate likewise results under the peak.
  • the quotient of the two surfaces A / B is independent of the instantaneous ion yield.
  • the method is suitable for equalizing variances in ion yield, as well as for distinct internal standard substances added to a sample prior to analysis.
  • the quotient of the two surfaces A / B or another mathematical relationship such as the quotient of the squares of these surfaces A 2 / B 2 or the value of another previously mentioned - A mathematical relationship of the areas A and B a statement on the quality of the analysis.
  • the method described furthermore offers significant and surprising advantages over the prior art, since the possibility is opened up of developing chromatographic and above all mass spectrometric analysis methods, without requiring separate substances for internal standardization: the monitor substance (either added to the mobile phase or added post-column to the flow) is identical in the described method with the respective Zielanalyten. Compared to conventional methods of internal standardization with the addition of the internal standard in the context of sample preparation, labor savings in sample preparation are achieved. In the case of mass spectrometric methods - above all with respect to the method according to Stahnke et al. - results as a further advantage that only a single mass trace per analyte must be recorded for the quantification.
  • the search for a reference substance which is very similar to the target analyte in its signaling properties, has so far been a major challenge in the development of appropriate methods: If no suitable reference substances are found, the development of specific mass spectrometric methods often fails completely.
  • the invention substantially extends the applicability of quantitative chromatographic / mass spectrometric analytical methods in chemical analysis.
  • the functionality of the method is demonstrated by means of an exemplary embodiment by measuring the immunosuppressant tracrolimus from human whole blood samples. For this four calibrator samples were used in the therapeutic concentration range after protein precipitation. These precipitates were analyzed by means of LC-MS / MS (description of the method: Vogeser, Michael et al., 2008 "Instrument-specific matrix effects of calibration materials in the LC-MS / MS analysis of tacrolimus" Clin. Chem. 54: 1406-8).
  • a solution of tacrolimus (100 ⁇ g / l in methanol / water, 1/1) was infused via a T-piece at a rate of 5 ⁇ l / min (according to FIG. 1).
  • FIG. 5 shows a mass spectrometer thus recorded over its entire duration.
  • a mass transfer specific for tacrolimus is detected (parent ion 821.5 m / z, product ion 768.5 m / z).
  • the area A is the peak area; the area Surface B is the background area under the peak generated by the continuous tacro-limbus infusion.
  • the areas A and B can be calculated both from analog and from digital signals or data of the mass spectrometer detector.
  • FIG. 6 shows the calibration function that was created based on this mass spectrographic evaluation.
  • the known analyte concentrations of the calibrator samples were plotted.
  • the Y axis shows the corresponding response as peak area ratio area A / area B. The result is a linear relationship between peak area response and calibrator
  • a differentiated chromatographic analysis method for compensating variances in the signal-generating unit in quantitative chromatographic analyzes is characterized in that the signal-generating unit (the detector) during a series of analyzes continuously and at a constant rate a pure solution of the Zielanalyten the measurement is supplied.
  • such chromatographic analysis methods are preferably characterized in that the continuous delivery of the target analyte is achieved either by the target analyte being dissolved in the mobile phase of the chromatographic system (in methods with isocratic elution) or by being in the flow distal to the analytical analyte Separating column through a T-piece and a second pumping unit a solution of the target analyte is added as a reference substance continuously and at a constant rate.
  • such chromatographic analysis methods are preferably characterized in that the baseline increase in the chromatogram thus achieved is used to compensate for variances in the signal generation of the respective detector with respect to the respective target analyte.
  • chromatographic analysis methods are preferably characterized in that the quadril be evaluated below the integration line of the peak of a Zielanalyten.
  • such chromatographic analysis methods are particularly preferably characterized in that, for quantification of the target analyte, the area found by solder precipitation from the peak integration line below the integrated chromatographic peak of the target analyte in an integrated peak area analysis method above the integration line of the target analyte Purposes of quantifying target analytes.

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Abstract

Ein Testverfahren zum Kontrollieren der Funktion eines Massenspektrometers (5) bzw. ein Verfahren zur Kompensation von Ionenausbeute-Varianzen in der Massenspektrometrie ist dadurch gekennzeichnet, dass es das Mischen eines Eluats eines chromatographischen Trennsystems (1,2) und einer Zielanalytlösung mit bekannter Konzentration, das Einspritzen dieses Gemisches in ein Massenspektrometer (5) mit einem signalgebenden Detektor, das Erfassen eines auf dem Detektorsignal basierenden Massenspektrogramms, das Erfassen einer integrierten massenspektrographischen Peakfläche (A) oberhalb einer Integrationslinie (6) sowie einer Fläche (B) unter der integrierten Peakfläche (A), und das Bilden einer mathematischen Beziehung der Flächen (A) und (B) umfasst. Dabei umfasst das Testverfahren zudem das Festsetzen eines Schwellenwerts für diese mathematische Beziehung, der die Grenze der akzeptablen Qualität einer massenspektrometrischen Analyse bezeichnet und das Akzeptieren oder Ablehnen der massenspektrometrischen Analyse auf Grund eines Vergleichs der mathematischen Beziehung mit dem festgesetzten Schwellenwert. Dabei umfasst das Kompensationsverfahren zudem das Auswerten des Massenspektrogramms zur Kompensation von Varianzen in der Ionenausbeute im Detektor (5'). Offenbart werden zudem Vorrichtungen zur Durchführung dieses Testverfahrens bzw. Kompensationsverfahrens.

Description

Funktionskontrolle bzw. Varianzenkompensation in der Massenspektrometrie
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Erstanmeldung Nr. DE 10 2009 030 395.2 vom 25. Juni 2009, deren kompletter Inhalt per ausdrücklicher Zitierung und Referenz in diese Patentanmeldung aufgenommen wird.
Die Erfindung betrifft gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 ein Verfahren zum Kontrollieren der Funktion eines Massenspektrometers, gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 2 ein Verfahren zur Kompensation von Varianzen in der Massenspektrometrie und gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 12 eine Vorrichtung zum Durchführen dieser Funktionskontrolle bzw. dieses Kompensationsverfahrens für Massenspektrometer.
Es handelt sich um eine Erfindung aus dem Gebiet der quantitativen chemischen Analytik. Es wird ein Ausführungsbeispiel aus dem Bereich der biomedizinischen Analytik gegeben.
Chromatographische und insbesondere chromatographisch-massenspektrometri- sche Analyse verfahren sind von wesentlicher Bedeutung für die Biowissenschaften und speziell für die medizinische Labordiagnostik, die Nahrungsmittel- und Umweltanalytik. Hierbei werden biologische Proben wie Plasma, Serum, Blut oder Urin zunächst aufbereitet (z.B. de-proteiniert) und dann durch Chromatographie (z.B. GC = Gaschromatographie; LC = Flüssigkeitschromatographie; HPLC = Hochdruckbzw. Hocheffizienz- Flüssigkeitschromatographie) aufgetrennt. Die chromatographisch fraktionierte Probe wird dann kontinuierlich einem massenspektrometrischen Detektor zugeführt. Im Falle der Massenspektrometrie mit Atmosphärendruck-Ionisation (z.B. Electro- spray (ESI-) MS/MS) werden die Zielanalyten zur Detektion ionisiert. Diese Ionisation erfasst jedoch nicht nur die jeweiligen Zielanalyten sondern auch eine sehr grosse Zahl anderer Stoffe aus der Probenmatrix. Entsprechend stellt jede Atmo- sphärendruck-Ionisation ein hochkomplexes physiko-chemisches Geschehen dar, in dem eine Vielzahl von molekularen Interaktionen angenommen werden müssen. Dies äussert sich unter anderem im Phänomen von „ion suppression" (Ionenunterdrückung) und „ion enhancement" (Ionenverstärkung). Meist nicht näher spezifizierbare Komponenten der Probenmatrix, die zeitlich mit dem jeweiligen Zielanaly- ten in die Ionenquelle eluieren, können zu einer Verringerung aber auch zu einer Verstärkung der Ionenausbeute des Zielanalyten führen. Ebenso führen Ablagerungen an Teilen der Ionenquelle und der Ionenoptiken („charging") dazu, dass die Ionisierungseffizienz eines Systems häufig einen Drift oder auch ein Variieren des Detektor-Signals über die Zeit, ein sogenanntes „undulate" innerhalb einer Analysen- serie zeigt.
Üblicherweise werden in einer Analysenserie zunächst Kalibrator-Proben (mit bekannten Analyt-Konzentrationen) analysiert, die von den zu quantifizierenden „unbekannten Proben" oder „unknowns" sowie von Kontrollen gefolgt werden. Tritt in einer solchen Serie ein Drift der Ionisierungsausbeute bezüglich des Zielanalyten innerhalb der Mess-Serie auf, bzw. unterscheiden sich die Ionisationseigenschaften von Kalibrator-Proben und unknowns, sind unrichtige Messergebnisse der unknowns die Folge.
Zur Kompensation entsprechender Modulationseffekte der Ionenausbeute werden Substanzen verwendet, die als Interne Standards bezeichnet werden. Hierbei handelt es sich um Substanzen, die in ihrer molekularen Struktur dem jeweiligen Zielanalyten möglichst ähnlich sein müssen. Ideal geeignet sind stabile isotopen-mar- kierte Moleküle des Zielanalyten (z.B. Cortisol-Moleküle, in denen vier Wasserstoff- Atome durch Deuterium ausgetauscht sind) als Interner Standard zur Messung von Cortisol mittels Flüssigchromatographie-Tandemmassenspektrometrie (LC-MS/MS). In einer Analysenserie von Kalibrator- oder Kontroll-Proben und unknowns wird eine genau identische Menge des jeweiligen Internen Standards allen Proben (Kalib- ratoren, Kontrollen und unknowns) ganz zu Beginn der Probenbearbeitung zuge- fügt. Hiermit wird für jede Probe ein Konzentrations-Verhältnis von Zielanalyt zu Internem Standard hergestellt, das sich im Laufe der Probenbearbeitung nicht mehr ändert. Im massenspektrometrischen Analysenlauf wird das Signal von Zielanalyt (z.B. kollisionsinduzierter Ionenübergang bei der MS/MS-Technologie) und Inter- nem Standard alternierend oder simultan als Massenspektrogramm aufgezeichnet; es werden also zwei unabhängige Massenspektrogramme im selben Analysenlauf aufgezeichnet. Bei weniger spezifischen Detektionsverfahren wie der UV-Detektion ist der Interne Standard so auszuwählen, dass er zu einem vom Zielanalyten unterschiedlichen Zeitpunkt eluiert; in diesem Fall werden in einem Massenspektro- gramm zwei Peakflächen bestimmt (Analyt bzw. Interner Standard). Zur quantifizierenden Auswertung werden die Flächen (zu definierten Retentionszeiten) der Peaks von Internem Standard bzw. Zielanalyt bestimmt. Das Verhältnis von Peak- Fläche des Zielanalyten zu Peak-Fläche des Internen Standards wird als Response der Einzelanalyse bezeichnet. Kalibration und Quantifizierung werden an Hand die- ser Response (also einem Peak-Flächen-Verhältnis) vorgenommen. Durch dieses Prinzip der Internen Standardisierung werden Varianzen in der Ionisierungsausbeute von Probe zu Probe zumindest zum Teil egalisiert; Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass das Ionisierungsverhalten von Zielanalyt und Internem Standard in sehr gleichartiger Weise durch modulierende Effekte („Charging", Matrix-Komponenten etc.) beeinflusst wird.
Einerseits bedeutet das Verwenden von KaI ibrator- Proben für die Quantifizierung einen zusätzlichen Aufwand an Vorbereitungs- und Analysezeit; andererseits erlauben derartige Kalibrator-Proben keine direkten Aussagen über die Qualität der Ana- lyse von Proben mit unbekannter Analyten-Konzentration (unknowns).
Alternativ zum eben beschriebenen Zugeben einer definierten Menge eines Internen Standards zur Probe selbst (Generieren von zwei massenspektrometrischen Peaks bei der Massenspektrometrie-Analyse entweder in derselben Aufzeichnung oder in simultan aufgezeichneten unabhängigen Aufzeichnungen) ist unlängst ein Verfahren beschrieben worden, bei dem eine Referenzlösung kontinuierlich in das Eluat der chromatographischen Einheit beigemischt wird, um so eine Kompensation von Schwankungen in der Ionenausbeute zu erlauben (Stahnke H, Reemtsma T, Alder L „Compensation of matrix effects by postcolumn infusion of a monitor substance in multiresidue analyses with LC-MS/MS" Anal. Chem. 2009, 81 : 2185-92). Dabei wird periodisch (alternierend zur Massenübergangsspur des Zielanalyten) ein Signalniveau der Referenzsubstanz aufgezeichnet. Dieses Referenzsignal wird mit Hilfe eines aufwändigen Datenverarbeitungsverfahrens zur Messwertkompensation hin- sichtlich Faktoren genutzt, die die Signalgeneration beeinflussen können.
Das Verfahren nach Stahnke et al. verwendet eine Monitor-Substanz, die nicht mit den Zielanalyten identisch ist. Da sich Zielanalyt und Referenzsubstanz hinsichtlich ihres Ionisationsverhaltens unterscheiden können, ist dieser Ansatz prinzipiell ana- lytisch störanfällig. Die Suche nach einer geeigneten Referenzsubstanz ist anspruchsvoll, da eine Substanz gefunden werden muss, die unter allen Umständen eine gleichartige Modulation der Signalausbeute erfährt wie der Zielanalyt. Für viele Zielanalyten ist anzunehmen, dass keine hierfür geeigneten Substanzen gefunden werden können. Ausserdem ist eine komplizierte Auswertung von periodisch aufge- zeichnetem Referenz-Signal und Peak-Fläche des Zielanalyten erforderlich, d.h. eine Auswertung und Quantifizierung aus dem primär aufgezeichneten Massenspek- trogramm ist nicht direkt möglich oder zumindest störanfällig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es Vorrichtungen und Verfahren vorzuschla- gen, welche die Überprüfung der Funktion eines Massenspektrometers oder der
Qualität der massenspektrometrischen Analyse ermöglichen bzw. eine Kompensation von Schwankungen in der Ionenausbeute erlauben.
Diese Aufgabe wird gemäss einem ersten Aspekt dadurch gelöst, dass ein Testver- fahren zum Kontrollieren der Funktion eines Massenspektrometers vorgeschlagen wird. Das erfindungsgemässe Testverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Arbeitsschritte umfasst:
(a) Mischen eines Eluats eines chromatographischen Trennsystems und einer Ziel- analytlösung mit bekannter Konzentration; (b) Einspritzen des in Schritt (a) erstellten Gemisches in ein Massenspektrometer, das mindestens einen signalgebenden Detektor umfasst;
(c) Erfassen eines auf dem Detektorsignal basierenden Massenspektrogramms, das eine Integrationslinie und einen massenspektrographischen Peak des Zielanalyten umfasst; (d) Auswerten des Massenspektrogramms durch das Erfassen einer integrierten massenspektrographischen Peakfläche A oberhalb der Integrationslinie des Zielanalyten sowie einer Fläche B, die durch Lotfällung von der Peak-Integra- tionslinie unter der integrierten Peakfläche A des Zielanalyten gefunden wird; (e) Bilden einer mathematischen Beziehung aus den ermittelten massenspektrographischen Flächen A und B;
(f) Festsetzen eines Schwellenwerts für die mathematische Beziehung, der die obere oder untere Grenze der akzeptablen Qualität einer massenspektrometri- schen Analyse bezeichnet; und (g) Akzeptieren oder Ablehnen der massenspektrometrischen Analyse auf Grund eines Vergleichs der mathematischen Beziehung mit zumindest einem der festgesetzten Schwellenwerte.
Diese Aufgabe wird gemäss einem zweiten Aspekt dadurch gelöst, dass ein Verfah- ren zur Kompensation von Ionenausbeute-Varianzen in der Massenspektrometrie vorgeschlagen wird. Das erfindungsgemässe Kompensationsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Arbeitsschritte umfasst:
(a) Mischen eines Eluats eines chromatographischen Trennsystems und einer Zie- lanalytlösung mit bekannter Konzentration; (b) Einspritzen des in Schritt (a) erstellten Gemisches in ein Massenspektrometer, das mindestens einen signalgebenden Detektor umfasst;
(c) Erfassen eines auf dem Detektorsignal basierenden Massenspektrogramms, das eine Integrationslinie und einen massenspektrographischen Peak des Zielanalyten umfasst; (d) Auswerten des Massenspektrogramms durch das Erfassen einer integrierten massenspektrographischen Peakfläche A oberhalb der Integrationslinie des Zielanalyten sowie einer Fläche B, die durch Lotfällung von der Peak-Integra- tionslinie unter der integrierten Peakfläche A des Zielanalyten gefunden wird;
(e) Bilden einer mathematischen Beziehung aus den ermittelten massenspektro- graphischen Flächen A und B; und
(f) Auswerten des Massenspektrogramms zur Kompensation von Varianzen in der Ionenausbeute im Detektor. Diese Aufgabe wird gemäss einem weiteren Aspekt dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung zur Durchführung des Testverfahrens bzw. des Kompensationsverfahrens vorgeschlagen wird. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: (a) eine Pumpe mit Pumpensteuerung zum Fördern einer Lösung eines Zielanaly- ten mit bekannter Konzentration; und
(b) ein vor dem Massenspektrometer anordenbares T-Stück, das einen ersten An- schluss zum Verbinden des T-Stücks mit dem Massenspektrometer, einen zweiten Anschluss zum Verbinden des T-Stücks mit der Pumpe und einen drit- ten Anschluss zum Einleiten des Eluats aus einem chromatographischen
Trennsystem umfasst, und optional :
(c) einen Durchfluss-Detektor.
Diese Aufgabe wird gemäss einem weiteren Aspekt dadurch gelöst, dass eine Vor- richtung zur Durchführung des Testverfahrens bzw. des Kompensationsverfahrens vorgeschlagen wird. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: (a) eine Pumpe mit Pumpensteuerung zum Fördern einer Lösung eines Zielanaly- ten mit bekannter Konzentration; und (b) eine vor dem Massenspektrometer anordenbare Zuführeinheit, die einen ersten Anschluss zum Verbinden der Zuführeinheit mit einer dem Massenspektrometer vorgeschalteten Unterdruckkammer, einen ersten Einspritzkanal mit einem zweiten Anschluss zum Einleiten des Eluats aus einem chromatographischen Trennsystem und einen dritten Anschluss zum Verbinden der Zuführeinheit mit der Pumpe umfasst, und optional :
(c) einen Durchfluss-Detektor.
Diese Aufgabe wird gemäss einem weiteren Aspekt dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung zur Durchführung des Testverfahrens bzw. des Kompensationsverfahrens vorgeschlagen wird. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst:
(a) eine Pumpe mit Pumpensteuerung zum Fördern einer Lösung eines Zielanaly- ten mit bekannter Konzentration; und (b) eine vor dem Massenspektrometer anordenbare Mischeinheit, die einen ersten Anschluss zum Verbinden der Mischeinheit mit dem Massenspektrometer, einen ersten Einspritzkanal mit einem zweiten Anschluss zum Einleiten des EIu- ats aus einem chromatographischen Trennsystem und einen dritten Anschluss zum Verbinden der Mischeinheit mit der Pumpe umfasst, und optional :
(c) einen Durchfluss-Detektor.
Zusätzliche bevorzugte bzw. erfinderische Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Dabei wird als mathematische Beziehung in Schritt (e) jeweils das Bilden eines Quotienten A/B, B/A, A-B/A oder A2/B2 bzw. einer Differenz log(A)- log(B) oder eines entsprechenden Umkehrwertes bevorzugt. Speziell bevorzugt ist als mathematische Beziehung in Schritt (e) das jeweilige Bilden eines Quotienten A/B.
Die vorliegende Erfindung wird an Hand von schematischen Zeichnungen und Mess- Resultaten näher erläutert, wobei die dargestellten Ausführungsformen lediglich als Beispiele zu verstehen sind und den Umfang der Erfindung nicht beschränken sollen. Es zeigen :
Fig. 1 einen ersten Aufbau eines (PCI)-Systems (PCI = permanent post co- lumn infusion) zum Zumischen eines Zielanalyten zum Eluat eines chromatographischen Trennsystems;
Fig. 2 einen zweiten Aufbau eines (PCI)-Systems zum Zumischen eines Zie- lanalyten zum Eluat eines chromatographischen Trennsystems;
Fig. 3 einen dritten Aufbau eines (PCI)-Systems zum Zumischen eines Zielanalyten zum Eluat eines chromatographischen Trennsystems und mit einem dem Massenspektrometer vorgeschalteten Raum mit reduzier- tem Druck;
Fig. 4 einen vierten Aufbau eines (PCI)-Systems zum Zumischen eines Zielanalyten zum Eluat eines chromatographischen Trennsystems; Fig. 5 Massenspektrogramm zur Auswertung gemäss der beschriebenen Erfindung, gemäss welcher eine Basislinien-Anhebung durch die kontinuierliche Zugabe eines Zielanalyten zum Eluat eines chromatographischen Trennsystems erfolgt;
Fig. 6 Kalibrationsfunktion zur Messung von Tacrolimus auf Basis des dargestellten technischen Aufbaus gemäss Fig. 1 und der beschriebenen massenspektrographischen Auswertemethode.
Es wurde eine Kombination eines System-Aufbaus und eine massenspektrographi- sche Auswertungsmethode gefunden, die es ermöglicht, eine interne Standardisierung von massenspektrometrischen Methoden allein unter Verwendung einer Lösung eines Zielanalyten vorzunehmen.
Dieser System-Aufbau, wie er in den Figuren 1 bis 4 dargestellt ist, kann zur Zumischung des Zielanalyten zum Eluat eines chromatographischen Trennsystems als Referenzlösung in konstanter Rate genutzt werden. Alternativ kann der Zielanalyt (bei chromatographischen Verfahren mit isokratischer Elution) in der mobilen Phase des chromatographischen Systems gelöst vorliegen.
Durch die beschriebenen Konfigurationen wird erreicht, dass der Zielanalyt in kontinuierlicher Rate dem Detektor zugeführt wird. Im Massenspektrometer wird so ein anhaltendes „Hintergrund"-Signal erzeugt; dabei wir die Basislinie angehoben, es erfolgt ein sogenannter „base line offset", das der eigentlichen massenspektro- metrischen Analyse unterlagert ist.
Das erfindungsgemässe Testverfahren kann dazu benutzt werden, die Funktion oder Leistung (= Performance oder Response) eines Massenspektrometers zu überprüfen. Das erfindungsgemässe Testverfahren beruht auf einer Basislinien-Anhe- bung im Massenspektrogramm, die auch zur Kompensation von Varianzen der Signalerzeugung des jeweiligen Detektors bezüglich des jeweiligen Zielanalyten genutzt werden kann. Vorzugsweise erfolgt eine Überprüfung der Funktion oder Leistung eines Mas- senspektrometers vorgängig oder nachgängig zu den eigentlichen Probenanalysen an Hand einer Zielanalytlösung. Besonders bevorzugt ist jedoch das simultane bzw. gleichzeitige Analysieren eines Gemisches von Proben mit bekannten Analyten und/oder unbekannten Analyten und einem bekannten Zielanalyten, so dass über jede Analyse eine aktuelle Qualitätsaussage gemacht werden kann. Dies wird erreicht, indem eine separate Lösung eines Zielanalyten dem Eluat des chromatographischen Trennsystems kontinuierlich zugemischt wird, sodass erst diese Mischung den Detektor 5' des Massenspektrometers 5 erreicht.
Im Folgenden werden unterschiedliche Möglichkeiten dieses Zumischens erläutert:
Dieses Zumischen eines Zielanalyten zum Eluat aus einem chromatographischen Trennsystem 1,2 kann über ein T-Stück 3 mittels einer Pumpe 4 erfolgen (vgl. Fig. 1). Falls diese Pumpe 4 genügend Speichervolumen aufweist (z.B. im Fall einer Kolbenpumpe mit grossem Zylindervolumen), wird kein zusätzliches Reservoir 4b für die Zielanalytlösung benötigt. Wird jedoch eine Peristaltikpumpe zur Förderung der Zielanalytlösung zum T-Stück 3 eingesetzt (die kein Speichervolumen aufweist), so ist das Anschliessen eines solchen Reservoirs 4b unumgänglich.
Falls eine hochpräzise Spritzenpumpe 4 zum Fördern der Zielanalytlösung verwendet wird, so wird bevorzugt ein Dreiwegventil 4c zwischen die drei Anschlüsse an das T-Stück 3, das Reservoir 4b und die Spritzenpumpe 4 geschaltet (vgl. Fig. 2). Zur Verwendung bei der Funktionskontrolle bzw. Varianzenkompensation geeignete Pumpen sind vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, die Piezopumpen, Spritzenpumpen, Kolbenpumpen (z.B. eine an sich bekannte LC-Pumpe) und Peristaltik- pumpen umfasst. Derartige Pumpen sind dem Fachmann (im Fall von Piezopumpen beispielsweise aus dem Dokument EP 0 956 449 Bl) bestens bekannt.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt ein simultanes Einspritzen des Eluats des chromatographischen Trennsystems und der Zielanalytlösung mittels einer aus US 6,465,776 Bl bekannten Doppeldüse oder Zuführeinheit 10 (vgl. Fig. 3). Diese Zuführeinheit 10 umfasst zwei vollständig voneinander getrennte Einspritzkanäle 8,9, von denen ein Einspritzkanal mit dem Eluat des chro- matographischen Trennsystems 1,2 und der andere Einspritzkanal mit der Zielana- lytlösung aus der Pumpe 4 beschickt wird. Dieses Verfahren verlangt einen dem Massenspektrometer vorgeschalteten Raum 12 mit reduziertem Druck, der zwischen der Zuführeinheit 10 und dem Massenspektrometer 5 angeordnet ist. Erst in dieser vorgeschalteten Unterdruckkammer 12 erfolgt die Vermischung des Zielana- lyten mit dem Eluat des chromatographischen Trennsystems 1,2 (symbolisiert durch einen Doppelpfeil). Auch hier erreicht somit erst die Mischung den Detektor 5' des Massenspektrometers 5. Vorzugsweise wird zwischen der Unterdruckkammer 12 und dem Massenspektrometer 5 eine Quadrupol-Ionenführung (diese ist hier nicht gezeigt, aber aus US 6,465,776 Bl bekannt) angeordnet, mit welcher die individuellen Fluidproben in eine parallele Flugbahn gebracht werden können, bevor sie in das Massenspektrometer gelangen.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt ein simultanes Ein- spritzen des Eluats des chromatographischen Trennsystems 1,2 und der Zielanalyt- lösung mittels einer Mischdüse (vgl. Fig. 4). Im Unterschied zu Fig. 3 umfasst diese Mischeinheit 11 zwei nur teilweise voneinander getrennte Einspritzkanäle 8,9, von denen ein Einspritzkanal mit dem Eluat des chromatographischen Trennsystems 1,2 und der andere Einspritzkanal mit der Zielanalytlösung aus der Pumpe 4 beschickt wird. Beide Einspritzkanäle vereinigen sich innerhalb der Mischeinheit 11, so dass auf einen dem Massenspektrometer vorgeschalteten Raum mit reduziertem Druck verzichtet werden kann. Auch hier erreicht erst die Mischung den Detektor 5' des Massenspektrometers 5.
Allgemein gilt: Die Zumischung eines Zielanalyten zum Eluat aus einem chromatographischen Trennsystem 1,2 über ein T-Stück 3 bzw. eine Zuführeinheit 10 oder eine Mischeinheit 11 und eine separate Pumpe 4 kann bei Gradientenverfahren oder bei isokratischen Verfahren verwendet werden.
Gemäss einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Zielanalyt in der mobilen Phase des analytischen chromatographischen Systems 1,2 gelöst sein, ohne dass eine zusätzliche Pumpe 4 notwendig ist. Dies ist im Falle von isokratischen chromatographischen Analysen möglich. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Funktionstest nur mit einer Analytlösung (ohne unknowns) durchgeführt wird.
Des Weiteren kann zwischen der Trennsäule 2 und dem T-Stück 3 (vgl. Fig. 1 und 2) bzw. zwischen der Trennsäule 2 und der Zuführeinheit 10 bzw. Mischeinheit 11 (vgl. Fig. 3 und 4) ein Durchfluss-Detektor 13 mit zugehöriger Steuerung angeordnet werden. Mit Hilfe dieses Durchfluss-Detektors 13 wird dann die durchlaufende Probe bzw. das Eluat des chromatographischen Trennsystems 1,2 kontinuierlich analysiert. Damit kann beim Feststellen der Ankunft von interessierenden Proben im Durchfluss-Detektor 13 mit dem Einspritzen des Zielanalyten in das T-Stück 3 bzw. in die Zuführeinheit 10 oder Mischeinheit 11 begonnen werden. Beim Feststellen des Endes der interessierenden Proben kann darauf das Einspritzen des Zielanalyten gestoppt werden. Durch den Beginn und das Ende des Einspritzens des Zielanalyten wird somit ein Zeitfenster 14 innerhalb der Laufzeit des Mas- senspektrogramms definiert (vgl. Fig. 5). Dieses Zeitfenster ist vorzugsweise so gross, dass es gerade den interessierenden Teil der Laufzeit des ganzen Mas- senspektrogramms abdeckt, in welchem das Detektorsignal erfasst wird, das einem erwarteten Analyten entspricht.
Auf diese Weise der detektorgesteuerten Zuführung des Zielanalyten kann die Menge an sehr oft kostspieligen Zielanalyten, die zum Durchführen des erfindungsge- mässen Test- oder Kompensationsverfahrens notwenig ist, erheblich reduziert werden. Bevorzugt ist deshalb eine Vorrichtung zur Durchführung des Testverfahrens oder Kompensationsverfahrens, die einen Durchfluss-Detektor 13 mit zugehöriger Steuerung umfasst, wobei der Durchfluss-Detektor 13 zwischen dem chromatographischen Trennsystem 1,2 und dem T-Stück 3 oder zwischen dem chromatographischen Trennsystem 1,2 und der Zuführeinheit 10 oder Mischeinheit 11 und zur optischen Analyse des Eluats aus dem chromatographischen Trennsystem 1,2 ausgebildet ist. Spezielle bevorzugte Durchfluss-Detektoren 13 sind Scanning- Detektoren (z.B. UV-, VIS- und NIR-Detektoren), Brechungs- oder Fluoreszenz- Detektoren. Das kontinuierliche Zuführen des Zielanalyten in gleichbleibender Rate während eines Zeitfensters 14, das kürzer ist als die Laufzeit des Massenspektro- gramms, kann in allen in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Ausführungsformen der er- findungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung des Testverfahrens oder Kompensationsverfahrens erfolgen.
Alternativ zu oder in Kombination mit der eben beschriebenen, detektorgesteuerten Zuführung des Zielanalyten kann diese Zielanalyt-Zuführung auch zeitgesteuert erfolgen. Dies ist besonders dann von Vorteil und besonders einfach ausführbar, wenn eine Reihe ähnlicher oder gleicher in Proben enthaltener Substanzen im Mas- senspektrometer analysiert werden soll.
Vorzugsweise erreicht der Zielanalyt bei der Zielanalyt-Zuführung den Ort des Mi- schens mit dem Eluat aus dem chromatographischen Trennsystem 1,2 kurz vor dem Zeitpunkt, bei dem ein interessantes Ereignis aus dem chromatographischen Trennsystem 1,2 ebenfalls diesen Ort des Mischens erreicht. Dieser Ort des Mi- schens kann sich je nach der gewählten Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des Testverfahrens oder Kompensationsverfahrens im Inneren eines T-Stücks 3 (vgl. Fig. 1 und 2), im Anschluss an eine Zuführeinheit 10 (siehe Unterduckkammer 12 in Fig. 3), oder im Inneren einer Mischeinheit 11 (vgl. Fig. 4) befinden. Damit für die Zielanalyt-Zuführung unter diesen Voraussetzungen genügend Zeit zur Verfügung steht, wird vorzugsweise die Zeit verlängert, die das Eluat aus dem chromatographischen Trennsystem 1,2 benötigt, um vom Durchfluss-Detektor 13 zum gewählten Ort des Mischens zu gelangen. Bei gleichbleibendem Fluss im System stellt eine Verlängerung des Weges zwischen dem Durchfluss-Detektor 13 und dem Ort des Mischens im Inneren eines T-Stücks 3, im Anschluss an eine Zuführeinheit 10, oder im Inneren einer Mischeinheit 11 eine einfache Lösung dieser Vorschrift dar. Eine solche Wegverlängerung 15 wird beispielsweise mit einer Kapillare (ähnlich einer HPLC-Kapillare) erzielt, die beispielsweise zwischen dem Durchfluss-Detektor 13 und dem T-Stück 3 platziert wird. Falls eine grossere Wegverlängerung 15 erforderlich ist, kann die Kapillare aufgewickelt sein (vgl. Fig. 1). Alternativ und/oder zusätzlich kann der entsprechende Einlassschenkel des T-Stücks 3 verlängert sein bzw. ein den Weg verlängerndes Labyrinth aufweisen (nicht gezeigt). Bei einer derartigen Vorrichtung kann beim Detektieren eines interessierenden Ereignisses im Durchfluss-Detektor 13 die Pumpe 4 für die Zielanalyt-Zuführung rechtzeitig in Gang gesetzt werden. Auch bei einer zeitgesteuerten Zielanalyt- Zuführung kann die Wegverlängerung 15 vorteilhaft eingesetzt werden. Im Folgenden wird die Auswertung der erhaltenen Massenspektrogramme erläutert:
In der Auswertung dieser Massenspektrogramme wird zum einen die Peakfläche A des Zielanalyten (die durch den eigentlichen massenspektrometrischen Prozess ge- neriert wird) durch etablierte Verfahren der Fusspunkt-Erkennung und Flächenmessung erfasst. Zusätzlich wird der „Untergrund" d.h. die Fläche B des Vierecks unter dem jeweiligen Peak erfasst (vgl. Fig. 5). Die „Response" der Einzelanalyse wird vorzugsweise berechnet als Quotient der Peakfläche A zur Fläche B des Vierecks unterhalb des Peaks 7. Diese Fläche B wird gebildet durch die Integrationslinie 6 des Peaks 7, die Basislinie des Massenspektrogramms sowie den Loten, die von den Enden der Peak-Integrationslinie 6 auf die Basislinie gefällt werden (vgl. Fig. 5; Flächen A und B).
Verringert oder erhöht sich im Zeitraum der Elution des Analyt-Peaks 7 die Ionisie- rungs-Effizienz hinsichtlich des Zielanalyten, so ergibt sich eine Verringerung bzw. Zunahme der aufgezeichneten Peakfläche A. Ebenso ergibt sich jedoch eine Verringerung bzw. Zunahme der Fläche B des Untergrundes unter dem Peak. Hierdurch wird der Quotient der beiden Flächen A/B unabhängig von der momentanen Ionenausbeute. Mithin ist das Verfahren dazu geeignet, Varianzen in der Ionenausbeute zu egalisieren, ebenso wie dies für distinkte Interne Standard-Substanzen gilt, die einer Probe vor Analyse zugesetzt werden. Sind die Konzentrationen des Analyten in der Probe und in der Elutionslösung bekannt, so ermöglicht der Quotient der beiden Flächen A/B oder eine andere mathematische Beziehung wie z.B. der Quotient der Quadrate dieser Flächen A2/B2 bzw. der Wert einer anderen vorgängig genann- ten mathematischen Beziehung der Flächen A und B eine Aussage zur Qualität der Analyse.
Das beschriebene Verfahren bietet des Weiteren wesentliche und überraschende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, da die Möglichkeit eröffnet wird, chro- matographische und vor allem massenspektrometrische Analysemethoden zu entwickeln, ohne dass hierfür separate Substanzen zur internen Standardisierung benötigt werden : Die Monitor-Substanz (entweder der mobilen Phase zugegeben oder post-column dem Fluss zugemischt) ist im beschriebenen Verfahren identisch mit dem jeweiligen Zielanalyten. Gegenüber konventionellen Verfahren der internen Standardisierung mit Zugabe des Internen Standards im Rahmen der Probenvorbereitung wird eine Arbeitsersparnis in der Probenvorbereitung erzielt. Im Falle massenspektrometrischer Methoden - vor allem auch gegenüber der Methode nach Stahnke et al. - ergibt sich als weiterer Vorteil, dass nur eine einzige Massenspur pro Analyt für die Quantifizierung aufgezeichnet werden muss.
Wird die System-Konfiguration verwendet, bei der der Zielanalyt in der mobilen Phase gelöst ist (wie hier beschrieben), ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber der Methode nach Stahnke et al., dass keine zusätzlichen Ausrüstungsgegenstände benötigt werden.
Die Suche nach einer Referenzsubstanz, die in ihren Signalgebungseigenschaften dem Zielanalyt sehr ähnlich ist, stellte bisher eine wesentliche Herausforderung bei der Entwicklung entsprechender Methoden dar: Werden keine geeigneten Referenzsubstanzen gefunden, so scheitert die Entwicklung spezifischer massenspektrometrischer Methoden nicht selten gänzlich. Mithin erweitert die Erfindung die Anwendbarkeit quantitativer chromatographischer/massenspektrometrischer Analysenmethoden in der chemischen Analytik wesentlich.
Die Funktionstüchtigkeit des Verfahrens wird an Hand eines Ausführungsbeispiels durch die Messung des Immunsuppressivums Tracrolimus aus humanen Vollblutproben demonstriert. Hierfür wurden vier Kalibrator-Proben im therapeutischen Konzentrationsbereich nach Proteinfällung verwendet. Diese Präzipitate wurden mit- tels LC-MS/MS analysiert (Beschreibung der Methode: Vogeser, Michael et al. 2008 "Instrument-specific matrix effects of calibration materials in the LC-MS/MS analy- sis of tacrolimus" Clin. Chem. 54: 1406-8). In den Flüssigkeitsstrom zwischen analytischer Säule und Massenspektrometrie-System wurde eine Lösung von Tacrolimus (100 μg/l in Methanol/Wasser, 1/1) mit einer Rate von 5 μl/min über ein T- Stück infundiert (gemäss Figur 1).
Figur 5 zeigt ein so über seine ganze Laufzeit aufgezeichnetes Massenspektro- gramm. Erfasst wird dabei ein für Tacrolimus spezifischer Massenübergang (Mutter- Ion 821.5 m/z; Produkt-Ion 768.5 m/z). Die Fläche A ist die Peak-Fläche; die Flä- che B ist die Untergrundfläche unter dem Peak, die durch die kontinuierliche Tacro- limus-Infusion generiert wird. Die Flächen A und B können sowohl aus analogen als auch aus digitalen Signalen bzw. Daten des Massenspektrometer-Detektors berechnet werden.
Die Figur 6 zeigt die Kalibrierfunktion, die basierend auf dieser massenspektrogra- phischen Auswertung erstellt wunde. Auf der X-Achse wurden die bekannten Ana- lyt-Konzentrationen der Kalibrator-Proben aufgetragen. Die Y-Achse zeigt die entsprechenden Response als Peakflächen-Verhältnis Fläche A / Fläche B. Es ergibt sich eine lineare Beziehung zwischen Peak-Flächen-Response und Kalibrator-
Konzentrationen. Eine in dieser Serie an Hand des dargestellten Prinzips analysierte Qualitätskontrollprobe wurde mit einer Konzentration von 5.2 μg/l innerhalb des vom Hersteller spezifizierten Zielbereichs gefunden.
Besonders bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens zur Kompensation von Ionenausbeute-Varianzen in der Massenspektrometrie umfassen die folgenden Merkmale:
Ein differenziertes chromatographisches Analysenverfahren zur Kompensation von Varianzen in der signalerzeugenden Einheit bei quantifizierenden chromatographischen Analysen ist dadurch gekennzeichnet, dass der signalerzeugenden Einheit (dem Detektor) während einer Analysenserie kontinuierlich und in gleichbleibender Rate eine Reinlösung des Zielanalyten der Messung zugeführt wird.
Des Weiteren ist ein solches chromatographisches Analyseverfahren vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass auf diese Weise im Chromatogramm ein Hintergrund-Signal erzeugt wird ( = Basislinien-Anhebung, Offset).
Zudem sind derartige chromatographische Analyse verfahren bevorzugt dadurch ge- kennzeichnet, dass die kontinuierliche Zuführung des Zielanalyten entweder dadurch erzielt wird, dass der Zielanalyt in der mobilen Phase des chromatographischen Systems gelöst ist (bei Methoden mit isokratischer Elution) oder dass in den Fluss distal der analytischen Trennsäule durch ein T-Stück und eine zweite Pump- einheit eine Lösung des Zielanalyten als Referenzsubstanz kontinuierlich und in gleichbleibender Rate zugemischt wird.
Ausserdem sind derartige chromatographische Analyseverfahren vorzugsweise da- durch gekennzeichnet, dass die so erreichte Basislinien-Anhebung im Chroma- togramm zur Kompensation von Varianzen der Signalerzeugung des jeweiligen Detektors bezüglich des jeweiligen Zielanalyten genutzt wird.
Weiters sind derartige chromatographische Analyseverfahren bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass das Viereck unterhalb der Integrationslinie des Peaks eines Zielanalyten bewertet wird.
Endlich sind solche chromatographische Analyse verfahren besonders bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass zur Quantifizierung des Zielanalyten die Fläche, die durch Lotfällung von der Peak-Integrationslinie unter dem integrierten chromatographischen Peak des Zielanalyten gefunden wird, in einem Auswertungsverfahren mit der integrierten Peakfläche oberhalb der Integrationslinie des Zielanalyten zum Zwecke der Quantifizierung von Zielanalyten in Beziehung gesetzt wird.
Sinnvolle Kombinationen der gezeigten bzw. beschriebenen Ausführungsformen gehören zum Umfang der vorliegenden Erfindung.
Bezugszeichen :
I H PLC- Pumpe 2 Trenn-Säule _J~-~ chromatographisches Trennsystem
3 T-Stück
4 Pumpe
4 b Reservoir
4c Dreiwegventil 5 Massenspektrometer
5' signalgebender Detektor von 5
6 Integrationslinie von 7
7 massenspektrographischer Peak
8 erster separater Einspritzkanal 9 zweiter separater Einspritzkanal
10 Zuführeinheit
I I Mischeinheit
12 Unterdruckkammer
13 Durchfluss-Detektor 14 Zeitfenster
15 Wegverlängerung
A Peak-Fläche des Zielanalyten (oberhalb der Integrationslinie 6) B Fläche unterhalb der Integrationslinie von 7 durch Lotfällung (als Basislinien- Anhebung)

Claims

Patentansprüche
1. Testverfahren zum Kontrollieren der Funktion eines Massenspektrometers (5), dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Arbeitsschritte umfasst:
(a) Mischen eines Eluats eines chromatographischen Trennsystems (1,2) und einer Zielanalytlösung mit bekannter Konzentration;
(b) Einspritzen des in Schritt (a) erstellten Gemisches in ein Massenspektro- meter (5), das mindestens einen signalgebenden Detektor (5') umfasst;
(c) Erfassen eines auf dem Detektorsignal basierenden Massenspektro- gramms, das eine Integrationslinie (6) und einen massenspektrographi- schen Peak (7) des Zielanalyten umfasst;
(d) Auswerten des Massenspektrogramms durch das Erfassen einer integrier- ten massenspektrographischen Peakfläche (A) oberhalb der Integrationslinie (6) des Zielanalyten sowie einer Fläche (B), die durch Lotfällung von der Peak-Integrationslinie (6) unter der integrierten Peakfläche (A) des Zielanalyten gefunden wird;
(e) Bilden einer mathematischen Beziehung aus den ermittelten mas- senspektrographischen Flächen (A) und (B);
(f) Festsetzen zumindest eines Schwellenwerts für die in Schritt (e) gebildete mathematischen Beziehung, der die Grenze der akzeptablen Qualität einer massenspektrometrischen Analyse bezeichnet; und
(g) Akzeptieren oder Ablehnen der massenspektrometrischen Analyse einer Probe auf Grund eines Vergleichs der mathematischen Beziehung mit dem festgesetzten Schwellenwert.
2. Verfahren zur Kompensation von Ionenausbeute-Varianzen in der Massenspek- trometrie, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Arbeitsschritte um- fasst:
(a) Mischen eines Eluats eines chromatographischen Trennsystems (1,2) und einer Zielanalytlösung mit bekannter Konzentration;
(b) Einspritzen des in Schritt (a) erstellten Gemisches in ein Massenspektro- meter (5), das mindestens einen signalgebenden Detektor (5') umfasst; (c) Erfassen eines auf dem Detektorsignal basierenden Massenspektro- gramms, das eine Integrationslinie (6) und einen massenspektrographi- schen Peak (7) des Zielanalyten umfasst;
(d) Auswerten des Massenspektrogramms durch das Erfassen einer integrier- ten massenspektrographischen Peakfläche (A) oberhalb der Integrationslinie (6) des Zielanalyten sowie einer Fläche (B), die durch Lotfällung von der Peak-Integrationslinie (6) unter der integrierten Peakfläche (A) des Zielanalyten gefunden wird;
(e) Bilden einer mathematischen Beziehung aus den ermittelten mas- senspektrographischen Flächen (A) und (B); und
(f) Auswerten des Massenspektrogramms zur Kompensation von Varianzen in der Ionenausbeute im Detektor (5')-
3. Testverfahren nach Anspruch 1 oder Kompensationsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mathematische Beziehung ausgewählt ist aus einer Gruppe, welche die Quotienten (A/B), (B/A), (A-B/A) und (A2/B2) sowie die Differenz [log(A)-log(B)] und deren entsprechende Umkehrwerte umfasst.
4. Testverfahren nach Anspruch 1 oder Kompensationsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mathematische Beziehung durch den Quotienten (A/B) definiert ist.
5. Testverfahren nach Anspruch 1 oder Kompensationsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine separate Lösung eines Zielanalyten dem Eluat des chromatographischen Trennsystems (1,2) während der mas- senspektrometrischen Analyse kontinuierlich und in gleichbleibender Rate zugemischt wird.
6. Testverfahren oder Kompensationsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche Zuführung des Zielanalyten in gleichbleibender Rate während eines Zeitfensters (14) erfolgt, das kürzer ist als die Laufzeit des Massenspektrogramms.
7. Testverfahren oder Kompensationsverfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche Zuführung des Zielanalyten über eine mit einem vor dem Massenspektrometer (5) angeordneten T-Stück (3) in Wirkverbindung stehende Pumpe (4) erfolgt.
8. Testverfahren nach Anspruch 1 oder Kompensationsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zielanalyt in der mobilen Phase des chromatographischen Trennsystems (1,2) gelöst ist.
9. Testverfahren nach Anspruch 1 oder Kompensationsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine separate Lösung eines Zielanalyten und das Eluat des chromatographischen Trennsystems (1,2) während der massenspektrometrischen Analyse kontinuierlich und in gleichbleibender Rate über separate Einspritzkanäle (8,9) einer Zuführeinheit (10), einer Unter- druckkammer (12) und dann der massenspektrometrischen Analyse zugeführt werden.
10. Testverfahren nach Anspruch 1 oder Kompensationsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine separate Lösung eines Zielanalyten und das Eluat des chromatographischen Trennsystems während der massenspektrometrischen Analyse kontinuierlich und in gleichbleibender Rate über konvergierende Einspritzkanäle (8,9) einer Mischeinheit (11) zugeführt, in dieser Mischeinheit miteinander vermischt und dann der massenspektrometrischen Analyse zugeführt werden.
11. Testverfahren oder Kompensationsverfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche Zuführung des Zielanalyten in gleichbleibender Rate während eines Zeitfensters (14) erfolgt, das kürzer ist als die Laufzeit des Massenspektrogramms.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Testverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder des Kompensationsverfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst:
(a) eine Pumpe (4) mit Pumpensteuerung zum Fördern einer Lösung eines Zielanalyten mit bekannter Konzentration; und
(b) ein vor dem Massenspektrometer (5) anordenbares T-Stück (3), das einen ersten Anschluss zum Verbinden des T-Stücks (3) mit dem Massenspektrometer (5), einen zweiten Anschluss zum Verbinden des T- Stücks mit der Pumpe (4) und einen dritten Anschluss zum Einleiten des Eluats aus einem chromatographischen Trennsystem (1,2) umfasst, und optional :
(c) einen Durchfluss-Detektor (13).
13. Vorrichtung zur Durchführung des Testverfahrens oder Kompensationsverfah- rens nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst:
(a) eine Pumpe (4) mit Pumpensteuerung zum Fördern einer Lösung eines Zielanalyten mit bekannter Konzentration; und
(b) eine vor dem Massenspektrometer (5) anordenbare Zuführeinheit (10), die einen ersten Anschluss zum Verbinden der Zuführeinheit (10) mit ei- ner dem Massenspektrometer (5) vorgeschalteten Unterdruckkammer
(12), einen ersten Einspritzkanal (8) mit einem zweiten Anschluss zum Einleiten des Eluats aus einem chromatographischen Trennsystem (1,2) und einen dritten Anschluss zum Verbinden der Zuführeinheit (10) mit der Pumpe (4) umfasst, und optional : (c) einen Durchfluss-Detektor (13).
14. Vorrichtung zur Durchführung des Testverfahrens oder Kompensationsverfahrens nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst:
(a) eine Pumpe (4) mit Pumpensteuerung zum Fördern einer Lösung eines Zielanalyten mit bekannter Konzentration; und
(b) eine vor dem Massenspektrometer (5) anordenbare Mischeinheit (11), die einen ersten Anschluss zum Verbinden der Mischeinheit (11) mit dem Massenspektrometer (5), einen ersten Einspritzkanal (8) mit einem zweiten Anschluss zum Einleiten des Eluats aus einem chromatographischen Trennsystem (1,2) und einen dritten Anschluss zum Verbinden der Mischeinheit (11) mit der Pumpe (4) umfasst, und optional : (c) einen Durchfluss-Detektor (13).
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie zudem ein Reservoir (4b) für die Lösung des Zielanalyten umfasst.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie zudem ein Dreiwegventil (4c) umfasst, das zwischen der Pumpe (4) und dem Reser- voir (4b) sowie dem T-Stück (3) oder der Zuführeinheit (10) bzw. Mischeinheit
(11) angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe ausgewählt ist aus einer Gruppe, die Piezopumpen, Spritzen- pumpen, Kolbenpumpen und Peristaltikpumpen umfasst.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Durchfluss-Detektor (13) mit zugehöriger Steuerung umfasst, wobei der Durchfluss-Detektor (13) zwischen dem chromatographischen Trennsystem (1,2) und dem T-Stück (3), oder zwischen dem chromatographischen Trennsystem (1,2) und der Zuführeinheit (10), oder zwischen dem chromatographischen Trennsystem (1,2) und der Mischeinheit (11) angeordnet und zur optischen Analyse des Eluats aus dem chromatographischen Trennsystem (1,2) ausgebildet ist.
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