Hva bør man tenke på ved valg av
kromatografi som
analysemetodikk
Ingeborg Amundsen
4. februar 2015
Agenda
•
•
•
•
•
Kromatografiske metoder
Ny analysemetode- viktige spørsmål
Screening/bekreftelse
Ny analysemetode-hvor starter vi
Metodevalidering
Kromatografi- en svært anvendelig
analyse metodikk
•
•
•
•
•
•
Miljøgifter (mat og luft)
Oljer, gasser og aromastoffer
Proteiner og aminosyrer
Gener
Vitaminer og hormoner
Legemidler og narkotiske stoffer
Kromatografiske metoder
• Kromatografisk
separasjon
– Gasskromatografi
– Væskekromatografi
• Spesifikk detektor
– Massespektrometri
Prinsipp for Kromatografi
(separasjon av stoffer)
Kromatografi;
Eksempel: Væskeromatografi (LC)
Separerer stoffer fra hverandre
ved at de vandrer med forskjellig
hastighet i et system med en
mobil- og en stasjonær fase
Mobil fase: Væske (ofte blanding av flere)
Stasjonær fase: Kolonne pakket med små partikler <2µm
Opprenset prøve injiseres med sprøyte i systemet
og føres med væskestrømmen gjennom kolonna
Kolonne (5-10 cm)
A
Buffer
B
Organisk løsningsmiddel (metanol)
Ectasy
Amfetamin Morfin
Prinsipp for Massespektrometri (MS)
• Danner og analyserer ioner
• Stoffet ioniseres og spaltes (fragmenterer)
• Analyserer i vakuum (gassfase)
• Måler masse over ladning, m/z
Svært spesifikk teknikk
Vi veier ioner! Derav navnet massespektrometri
Ny analysemetode –
Viktige spørsmål
• Hvor mange komponenter skal være med i
metoden
• Kvalitativ/kvantitativ
• Hva skal prøveresultatene brukes til
• Hvor mange prøver skal analyseres
• Hva slags prøvemateriale
• Hvor mye prøvemateriale
Viktige spørsmål forts.
•
•
•
•
Skal metoden brukes til rutinedrift
Skal metoden publiseres
Hva er publisert tidligere
Analyttenes egenskaper: pKa verdi, polaritet,
LogP verdi
• Tilgjengelige instrumenter
• Høydoserte/lavdoserte stoffer
Hva er viktigst
•
•
•
•
•
•
•
•
Lav deteksjonsgrense
Pålitelige resultater
God separasjon
Rene prøveekstrakter
Rask kromatografi
Lite løsemiddelforbruk
Lite forbruk av matriks
Ergonomi
IS-13
• Prøveresultatet benyttes kun til behandling og
diagnostikk
• Medisinske analyser
• Analysen trenger ikke å være spesifikk
• En screeninganalyse
– Positiv prøve – 1 metode og 1 uttak
Screening metode
• Positive/negative prøver
• Prøveopparbeidelse som tar høyde for at alle
komponenter ekstraheres
• UPLC-MS/MS: Benytter 1 MRM overgang for
stoffene
• Mest fokus rund påvisningsgrensen
IS-14
• Prøveresultatet kan danne grunnlag for alvorlige
sanksjoner
• Rettstoksikologiske analyser
• Et positivt resultat skal alltid bekreftes med nytt uttak
fra prøven med en spesifikk teknikk
– Positiv prøve – 2 metoder og 2 uttak
pos
Mottak
Registrering
Screening
negativ
Ikke påvist
pos
Bekreftelse
negativ
Ikke påvist
Vurdering
påvist stoff(er)
Bekreftelsesmetode
• Ønsker metoder for komponenter med
noenlunde samme kjemiske egenskaper
• Spesifikk prøveopparbeidelse
• Separasjonsprinsippet i UPLC forskjellig fra
screeningen
• 2 MRM overganger
• Konsentrasjonsområde for komponentene
Eksempler på komponenter som kan
ekstraheres sammen
Mianserin pKa 8,3
MW 264,16
C18H20N2
Mirtazapin pKa 7,1
MW 265,16
C17H19N3
Nortriptylin pKa 9,9
MW 263,17
C19H21N
Paroxetin pKa 9,9
MW 329,14
C19H20FNO3
Trimipramin pKa 9,8
MW 294,21
C20H26N2
Sertralin pKa 9,48
MW 305,07
C17H17Cl2N
Oppstart analysemetode UPLC-MS/MS
• Finne MRM-overganger til komponentene
NH
Mianserin m/z 265
m/z 208
NH N
Mirtazapin m/z 266
m/z 195
Oppstart analysemetode UPLC-MS/MS
• Finne MRM-overganger til komponentene
• Finne aktuelle internstandarder
Intern standard
• Et kjemisk stoff som tilsettes i en konstant
mengde til prøver, de blanke kontroller og
kalibreringsstandarder
• Korrigerer for tap av analytt under
prøveopparbeidelse
• Korrigerer for matrikseffekter
• Gjerne deuteriummerket analytt
Oppstart analysemetode UPLC-MS/MS
• Finne MRM-overganger til komponentene
• Finne aktuelle internstandarder
• Teste ulike kolonner og mobilfaser
TIC for BEH Fenyl kolonne med mobilfase bestående av
5 mM ammoniumbikarbonatbuffer pH 8 og MeOH
TIC for BEH C18 kolonne med mobilfase bestående av 5
mM ammoniumacetatbuffer pH 5 og ACN
TIC for BEH C18 kolonne med mobilfase bestående av 5
mM ammoniumbikarbonatbuffer pH 10,2 og MeOH
TIC for BEH C18 kolonne med mobilfase bestående av 5
mM ammoniumbikarbonatbuffer pH 10,2 og ACN
Sammenligning av retensjonsrekkefølge
med ulike separasjonssystemer
Oppstart analysemetode UPLC-MS/MS
•
•
•
•
Finne MRM-overganger til komponentene
Finne aktuelle internstandarder
Teste ulike kolonner og mobilfaser.
Prøveopparbeidelse
Prøveopparbeidelse
“Opparbeidelses teknikk avhenger mye av matriks”
BLOD
(utfordring: fosfolipider, ioneundertrykkelse)
- SPE, LLE, ACN-felling + fosfolipid-removal kolonne (96 format)
URIN
(utfordring: salter, overdrag, ioneundertrykkelse)
- SPE, LLE, Fortynning (96 format), Fortynning + filtrering (96 format)
SPYTT
(utfordring: prøvetakingsbuffer + diverse
tilsetningstoffer, overdrag, ioneundertrykkelse)
- LLE
LLE = væske-væske ekstraksjon,
SPE = fast fase ekstraksjon
Sammenligning av EtG respons i blod med ulike
filtreringsplater og utfellingsreagenser
25000
20000
18000
20000
16000
14000
15000
12000
10000
10000
8000
6000
5000
4000
2000
0
ACN (EtG)
0
ACN:MeOH(85:15) (EtG)
Oppstart analysemetode UPLC-MS/MS
•
•
•
•
•
Finne MRM-overganger til komponentene
Finne aktuelle internstandarder
Teste ulike kolonner og mobilfaser.
Prøveopparbeidelse
Validering av metoden!
Metodevalidering
• Robusthetstesting og retensjonstids stabilitet
2,6
2,4
2,2
9-OH Risperidon
2
Risperidon
1,8
Propranolol
1,6
Klozapin
1,4
Hydroxyzin
Aripiprazol
1,2
1
pH 10
ionestyrke
2,5 mM
pH 10,4
ionestyrke
2,5 mM
pH 10
ionestyrke
7,5 mM
pH 10,4
ionestyrke
7,5 mM
pH 10,2
ionestyrke
5,0 mM
Metodevalidering
• Standardkurve, lineært konsentrasjonsområde
Klonazepam
Diazepam
Metodevalidering
• Matrikseffekter: Forhold i prøven som gjør at
MS-responsen for en spesiell analytt forandres
fordi en matriks er tilstede
• Exogene stoffer(andre legemidler/narkotika)
• Endogene stoffer (proteiner, lipider, karbohydrater og
salter)
• MS-responsen kan forsterkes eller undertrykkes
Ioneundertrykking
0,211
0,266
0,369
Fosfolipider
• Felling kontra LLE
98 % MeOH
90 % MeOH
Fosfolipid
bakgrunn
v/ PPT
Fosfolipid
bakgrunn
v/ LLE
5 % MeOH
Fosfolipider- ulike
fosfolipidfjerningsplater
Metodevalidering
•
•
•
•
MDK= minste detekterbare konsentrasjon
MKK= minste kvantifiserbare konsentrasjon
Metodens presisjon og nøyaktighet
Metodens reproduserbarhet og nøyaktighet
Metodevalidering
• Spesifisitet:
Metodens evne til å bestemme analytten
nøyaktig i nærvær av andre komponenter i
prøven
• Prøveopparbeidelsen, kromatografisk
separasjon og valg av detektor har betydning
for metodens spesifisitet
God Spesifisitet
N CH3
Morfin
C17H19NO3
MV= 285,34
HO
O
OH
N CH3
Hydromorfon
C17H19NO3
MV= 285,34
HO
O
O
NH
Norkodein
C17H19NO3
MV= 285,34
H3C O
O
OH
UPLC
MS/MS
100
N CH3
201
%
Morfin
165
155
HO
O
OH
145
121
107
0
100
183
173
181
185
209
157
193
219
123
120
131 141
161
140
160
229
211
268
227
237 239
180
200
220
269
255
240
m/z
260
185
100
N CH3
Hydromorfon
227
%
157
199
211
229
183
HO
O
O
100
100
0
100
123 128 129 145
120
140
243
171
153
165
187
201
161
160
180
225
200
240
220
240
255
258 268
271
m/z
260
268
Norkodein
%
NH
121
165
181
215
193
137
H3C O
O
OH
105 118
0
100
120
153 155
175
187
225
209
207
219
132 141
140
160
180
200
236 243
253
226
220
257
240
260
269
m/z
Metodevalidering
• Ekstraksjonsutbytte:
Hvor mye av analytten går over fra
matriks til organisk løsningsmiddel under
ekstraksjonen
Metodevalidering
• Holdbarhet:
• Standard- og kontroll-løsningene
• Stoffene i matriks før ekstraksjon
• Ekstrakter etter ekstraksjon
Metodevalidering
• Sammenligne resultater
• Screening/bekreftelse
• Gammel bekreftelse/ny bekreftelse
Ulik reløsning-ulik respons
1) 10% ACN og 90% 5 mM ammoniumbikarbonatbuffer pH 10,2
2) 30% ACN og 70% 5 mM ammoniumbikarbonatbuffer pH 10,2
3) 25% ACN og 75% 5 mM ammoniumacatatbuffer pH 5.
Sammenligning ny og gammel metode
(EtG)
«Krav» til positiv prøve
• Over påvisningsgrensen (cut-off)
• Riktig retensjonstid/relativ retensjonstid
• OK internstandard (høyde, retensjonstid)
• Krav til ioneratio (MS)
Kromatografiske metoder
Ulemper:
• Vi finner kun de stoffene som er inkludert i metoden
(MRM-metoder)
• Til dels arbeidskrevende og dyr instrumentering
Fordeler:
• Sikrere identifikasjon siden denne gjøres på stoffnivå
med krav til retensjonstid, ioneratio og intern standard
• Kvantitativ, kan si noe om påvirkning
• Kan raskt ta inn nye stoffer i metoden
Analytiske utfordringer
• Nye stoffer – mangler renstoff
• Lave konsentrasjoner
• Veldig like stoffer
– Tilstrekkelig separasjon
– Isobare stoffer
JWH-073, MW 327,42
JWH-015, MW 327,42
Oppsummering
• Kromatografiske metoder
– Sikker identifikasjon av stoff
– Kvantitativ
– Ser kun etter de stoff som er lagt inn i metoden
• Metodevalidering
– Grundig, for å vite at du har en robust
analysemetode som du kjenner svakhetene til!