Untersuchung von Matrixeffekten in der quantitativen Analyse mit Flüssigkeitschromatographie-Tandem Massenspektrometrie - Bestimmung, Kompensation und Methodenentwicklung
Rossmann, Julia - Technische Universität Dresden (2019)
Das übergeordnete Ziel dieser Promotion war die Untersuchung und Kompensation des Matrixeffekts für die Analytik von Arzneimitteln in komplexen Probenmatrices mit LC-ESI-MS/MS-Technik. Zunächst konnte eine einfache analytische Methode für eine breite analytische Anwendbarkeit entwickelt werden. Es zeigte sich jedoch, dass die Matrixeffektkompensation zu einem Mehraufwand bei der Probenvorbereitung führt. Deshalb wurde anschließend der Mechanismus des Matrixeffektes auf die LC-ESI-MS/MS-Technik genauer untersucht. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden anschließend eingesetzt, um eine einfache alternative Quantifizierungsmethode mittels der PCI eines internen Standards zu entwickeln.
Im ersten Teilprojekt wurde eine LC-ESI-MS/MS-Methode für die Analytik von häufig verschriebenen Antibiotika in Abwasserproben der Stadt Dresden entwickelt. Da weder Vergleichsmatrix für Abwasser zur Verfügung stand, noch für alle Zielanalyte isotopenmarkierte Standards erhältlich sind, wurde der stark variierende Matrixeffekt der Abwasserproben mittels der Standardaddition kompensiert. Die Ergebnisse der Methodenentwicklung zeigen, dass eine genaue und flexible Methode entwickelt werden konnte, die Matrixkompensation jedoch zu einem erhöhten Zeit- und Materialaufwand führt. Es wurde deutlich, dass neben bisher genutzten Kompensationsmethoden für den Matrixeffekt, wie Standardaddition und interner isotopenmarkierter Standards, neue alternative Strategien getestet werden müssen.
In dem zweiten Teilprojekt wurde daher der Matrixeffektmechanismus von Urin-, Plasma- und verschiedenen Abwasserproben bei der Messung von verschiedenen Arzneimitteln mittels LC-ESI-MS/MS analysiert. Die Ergebnisse der Untersuchungen mittels "post-column infusion" konnten bisherige Erkenntnisse zu Matrixeffektmechanismen bestätigen und das Verständnis vertiefen. Matrixeffekte sind von der jeweiligen Zusammensetzung der Probenmatrix abhängig, aber auch substanzspezifisch. Dabei kommt es zwischen Analyt und Begleitsubstanzen zu einer Konkurrenz um freie Ladungsträger oder zu einer veränderten Anordnung/Verteilung innerhalb der ESI-Spray-Tröpfchen. Gleichzeitig zeigten die Ergebnisse, dass es auch andere Mechanismen, wie z. B. Ladungstransfers zwischen Analyt und Begleitsubstanzen, geben muss. Schließlich wurden die Ergebnisse des zweiten Teilprojekts in einer innovativen Methodenentwicklung zur Matrixkompensation und zur Quantifizierung von 16 Arzneimitteln in Urinproben verwendet. Der Matrixeffekt der Substanzen mit vergleichbarer Signalsuppression konnte über einen einzelnen nachsäuleninfundierten internen Standard kompensiert werden. Die Ergebnisse zeigen einen deutlichen Vorteil der entwickelten Methode gegenüber Matrix-Kalibrierung in Präzision und Richtigkeit oder dem Einsatz von isotopenmarkierten internen Standards in Aufwand der Methodenentwicklung und Verbrauch von Standardsubstanzen.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen die Bedeutung, Komplexität und den Einfluss der Matrixeffekte in der Anwendung der LC-ESI-MS/MS-Technik. Einerseits sind geeignete Methoden für die Minimierung von Matrixeffekten wie Probenvorbereitung und Chromatographie nötig, andererseits müssen Ionisierungsmechanismen, insbesondere die Wechselwirkungen von Zielanalyten und Begleitsubstanzen, zukünftig Gegenstand weiterer Untersuchungen sein. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern wichtige Beiträge zur Verbesserung der Analytik von komplexen Proben mittels der LC-ESI-MS/MS-Technik.