Aplicações do “paper spray ionization”: uma
possível interface entre a microfluídica e a
espectrometria de massas
Boniek G. Vaz
[email protected]
ESPECTROMETRIA DE MASSAS (MS)
+
Analisador
Ionização
Separação dos íons através
da massa/carga (m/z)
Geração de Íons
(moléculas carregadas)
Detecção
dos íons
Magnetic setor
Quadrupole
Ion Trap
TOF
FT-ICR MS
Orbitrap
EI
CI
MALDI
ESI
APCI
APPI
DART
DESI
EASI
•
•
•
Detector
Análise de Dados
Operação
Sólido
Líquido
Vapor
Introdução da Amostra
Moléculas estado de vapor (gasoso)
Espectro de Massas
Interpretação
200
300
400
500
600
m/z
700
800
900
1000
Espectrometria de Massas (MS)
“3S”
Speed
Sensivity
Selectivity
SSS
Tendências da MS
Espectrometria de Massas
(MS)
Portabilidade
Ionização direta
Simplicidade
Paradigma da MS
Evolução das Técnicas de Ionização
# aplicação
PSI
DESI Ambiente
DART
ESI
MALDI
FAB
CI
Vácuo
EI
simplicidade
API
Ambient Mass Spectrometry
The efficient desorption, ionization and further characterization via mass
spectrometry of (mixtures of) analytes performed directly from their
natural matrices via a fully “no sample prep & no pre-separation”
procedure under atmospheric pressure and at room temperature. One of
the most-welcomed advances of modern mass spectrometry.
DART, DESI, PSI, EASI & others
No SampleSample-Prep and No Pre
Pre--separation
Fully Direct MS analysis !
Ambient Mass Spectrometry
Paper Spray Ionization
R. G. Cooks
Wang, H.; Liu ,J. J.; Cooks, R . G.; Ouyang , Z. Angew Chem Int Ed 2010, 49(5):877–880
Paper Spray Ionization
Ionização similar ao nano-ESI
ESI
Ação capilar é responsável
pelo transporte de fluido no
papel;
Wang, H.; Liu ,J. J.; Cooks, R . G.; Ouyang , Z. Angew Chem Int Ed 2010, 49(5):877–880
Paper Spray Ionization
Influência do ângulo no spray
Yanga, Q.; Wanga, H.; Maasb, J. D.; Chappellb, W. J.; Manickec, N. E.; Cooks, R. G.; Ouyang, Z. Int. J. Mass Spectrom. 2012, 312, 201– 207
Paper Spray Ionization
Influência do ângulo na quantidade de íons
Yanga, Q.; Wanga, H.; Maasb, J. D.; Chappellb, W. J.; Manickec, N. E.; Cooks, R. G.; Ouyang, Z. Int. J. Mass Spectrom. 2012, 312, 201– 207
Paper Spray Ionization
Análise de misturas complexas
Wang, H.; Liu ,J. J.; Cooks, R . G.; Ouyang , Z. Angew Chem Int Ed 2010, 49(5):877–880
Paper Spray Ionization
Solvente
Ren, Y.; Wang, H.; Liu, J.; Zhang, Z.; McLuckey, M. N.; Ouyang, Z. Chromatographia 2013, 76:1339–1346
Paper Spray Ionization
Separação
Ren, Y.; Wang, H.; Liu, J.; Zhang, Z.; McLuckey, M. N.; Ouyang, Z. Chromatographia 2013, 76:1339–1346
Paper Spray Ionization
Altíssima sensibilidade
Wang, H.; Liu ,J. J.; Cooks, R . G.; Ouyang , Z. Angew Chem Int Ed 2010, 49(5):877–880
Paper Spray Ionization
Ionização eficiente para
uma grande gama de
moléculas
e
macromoléculas
Wang, H.; Liu ,J. J.; Cooks, R . G.; Ouyang , Z. Angew Chem Int Ed 2010, 49(5):877–880
Paper Spray Ionization/
Ionization/ Novas Aplicações
Análise direta de acilcarnitinas
Paper Spray Ionization
Análise rápida
Wang, H.; Liu ,J. J.; Cooks, R . G.; Ouyang , Z. Angew Chem Int Ed 2010, 49(5):877–880
Paper Spray Ionization/
Ionization/ Novas Aplicações
Análise de tecidos biológicos
Paper Spray Ionization/
Ionization/ Novas Aplicações
Inorgânicos
Paper Spray Ionization/
Ionization/ Novas Aplicações
Cromatografia
Wang, H.; Liu ,J. J.; Cooks, R . G.; Ouyang , Z. Angew Chem Int Ed 2010, 49(5):877–880
Paper Spray Ionization/
Ionization/ Novas Aplicações
Porém...
Paper Spray Ionization/
Ionization/ Novas Aplicações
Produção de etanol 2G
• Pré-tratamento
• Hidrólise
• Fermentação
Thays Colletes, Dissertação de Mestrado, UFG, 2014
Paper Spray Ionization/
Ionization/ Novas Aplicações
Biomassa
Pré-tratamento
Celulose
Hidrólise
HMF
+
Hemicelulose
Furfural
Lignina
Fermentação
Paper Spray Ionization/
Ionization/ Novas Aplicações
Análise de Padrões de açúcares/aldeído
PSI (-)
PSI (+)
PSI (+)
100
149,00
[HMF + Na]+
80
60
HMF
40
20
0
100
150
200
250
300
m/z
350
400
450
500
Thays Colletes, Dissertação de Mestrado, UFG, 2014
Paper Spray Ionization/
Ionization/ Novas Aplicações
Otimização do método
• Aplicação da
amostra
• Tipo de Papel
Grade 1
Dry spot
Papel Cromatográfico CH1
Aplicação direta
Grade 3mm
Papel Filtro
• Concentração
Paper Spray Ionization/
Ionization/ Novas Aplicações
Aplicação da amostra
203,00
%
100
[Glicose + Na] +
173,00
[Celobiose +Na] +
[Xilose + Na]+
Dry Spot
0
%
100
0 100
203,04
173,00
200
300
m/z
Aplicação direta
Papel
Triangular
400
500
Aplicação da amostra e ionização
direta
Ms Inlet
Thays Colletes, Dissertação de Mestrado, UFG, 2014
Paper Spray Ionization/
Ionization/ Novas Aplicações
Xilose
70,0
60,0
%
50,0
40,0
30,0
20,0
Glicose
10,0
100
0,0
Dry Spot
Aplicação direta
Aplicação de amostra
80
%
60
40
Celobiose
20
0
30
Dry Spot
Aplicação direta
Aplicação da amostra
25
%
20
15
10
5
0
Dry Spot
Aplicação direta
Aplicação de amostra
Thays Colletes, Dissertação de Mestrado, UFG, 2014
Paper Spray Ionization/
Ionization/ Novas Aplicações
Tipo
de
Papel
3mm)
[Glicose + Na] +
CHR 1)
100
100
%
%
[Xilose + Na] +
173,00
203,00
0100
200
300
400
5000 100
173,00
203,08
200
300
m/z
m/z
Papel de filtro)
400
Grade 1)
[Celobiose + Na] +
100
500
203,00
%
%
173,00
365,17
0100
200
300
m/z
400
500 0 100
200
300
400
500
m/z
Thays Colletes, Dissertação de Mestrado, UFG, 2014
Paper Spray Ionization/
Ionization/ Novas Aplicações
Xilose
60000
40000
Glicose
1200000
0
Cromatográfico
3mm
Papel de Filtro
Tipo de Papel
Grade 1
Celobiose
150000
Intensidade Absoluta
20000
Intensidade Absoluta
Intensidade Absoluta
80000
1000000
800000
600000
400000
200000
0
Cromatográfico
120000
3mm
Papel de Filtro
Grade 1
90000
Tipos de Papel
60000
30000
0
Cromatográfico
3mm
Papel de Filtro
Grade 1
Tipos de papel
Thays Colletes, Dissertação de Mestrado, UFG, 2014
Paper Spray Ionization/
Ionization/ Novas Aplicações
Avaliação da resposta de ionização por PSI em função
da concentração de açúcares
150000
y = 48052x - 46871
R² = 0,9982
100000
50000
0
0,0001
0,1
1
Concentração mg/mL
Xilose
2
150000
Intensidade Absoluta
Intensidade Absoluta
Glicose
y = 39735x - 38121
R² = 0,9928
100000
50000
0
0,0001
0,1
1
Concentração mg/mL
2
Thays Colletes, Dissertação de Mestrado, UFG, 2014
Paper Spray Ionization/
Ionization/ Novas Aplicações
Biomassa
Pré-tratamento
Celulose
Hidrólise
HMF
+
Hemicelulose
Furfural
Lignina
Fermentação
Paper Spray Ionization/
Ionization/ Novas Aplicações
Análise de licores por PSI-(+)-MS
100
100
%
%
[Xilose + Na]+
PT1
0
100
200
300
[Furfural + H]+
400
0 100
PT2
[HMF + Na]+
149,00
200
300
400
PT11
PT10
[Glicose + Na]+
100
100
%
%
[Glicerol + H]+
[HMF + H]+
0 100
200
300
m/z
400
0
100
200
300
m/z
400
Paper Spray Ionization/
Ionization/ Novas Aplicações
Formula
Composto
PT1
PT2
PT3
PT4
PT5
PT6
X
X
X
X
PT7
PT8
PT9 PT 10
PT 11
molecular
C12H22O11
Celobiose
C6H12O6
Glicose
X
C5H10O5
Xilose
X
C3H8O3
Glicerol
X
C5H12O5
Xilitol
C2H6O
Etanol
C5H4O2
Furfural
C6H6O3
HMF
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Paper Spray Ionization/
Ionization/ Novas Aplicações
Baixo Custo
Paper Spray Ionization/
Ionization/ Novas Aplicações
Alternativa aos laboriosos procedimentos de extração
Potencialidades para o acoplamento com dispositivos
microfluídicos de papel
Evans, E.; Gabriel, E. F. M.; Coltro, W. K. T.; Garcia, C. D. Analyst 2014, 139, 2127
Microfluídica -MS
Evolução de Artigos publicados
# Scopus ( microfluidics and mass spectrometry)
100
90
Número de artigos
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1996
1998
2000
2002
2004
2006
Ano
2008
2010
2012
2014
Microfluídica -MS
Expande o uso para aplicações que
requerem tempo curto de análise, grande
sensibilidade e alta performance
Yetisen, A. K.; Akram, M. S.; Lowe, C. R. Lab Chip, 2013, 13, 2210
Microfluídica -MS
Método off-line - Paper Spray Ionization
Microfluídica -MS
Performance
Zhang, Y.; Li, H.; Ma, Y.; Lin, J-M. Analyst, 2014, 139, 1023
Microfluídica -MS
Acompanhamento da hidrólise da acetilcolina
Zhang, Y.; Li, H.; Ma, Y.; Lin, J-M. Analyst, 2014, 139, 1023
Microfluídica -MS
Fabricação da de barreiras de parafinas
GME
Prof. Wendell Coltro
Novas Abordagens: MicrofluídicaMicrofluídica-MS
m/z 203
Intensidade Absoluta
700000
Íons
MS
[Glicose + Na]+
100
Sem barreira
[Xilose + Na]+
60
173,00
500000
400000
300000
5X
200000
100000
0
PSI(+)
203,08
80
600000
Sem barreira
Com barreira
40
%
20
0
100
80
203,00
Com barreira
60
173,00
40
20
0
100
120
140
160
180
200
m/z
220
240
260
280
300
Thays Colletes, Dissertação de Mestrado, UFG, 2014
Novas Abordagens: MicrofluídicaMicrofluídica-MS
m/z 149
400000
Íons
Intensidade Absoluta
350000
MS
100
PSI(+)
Sem barreira
80
250000
200000
7X
150000
100000
50000
60
40
300000
0
Sem barreira
149,00
%
20
0
100
149,00
[HMF + Na]+
Com barreira
80
60
40
20
0
100
150
200
250
300
m/z
350
400
450
500
Com barreira
Conclusão e Perspectivas
Paper Spray permite análise quantitativa de fármacos em fluidos
biológicos (sangue, plasma, urina)
Análise de inorgânicos;
Acompanhamento de processos ( produção etanol 2G)
Paper Spray surge com grande potencial para o acoplamento entre
a microfluídica (µPADs) com espectrometria de massas
.
Conclusão e Perspectivas
Cirurgias ?
On-site Biomarker
detection by MS ???
Hemodiálise ?
Controle de qualidade
Frutas, Verduras e Legumes
Agradecimentos
Dra. Patrícia V. Abdelnur
Dr. Clenilson Martins Rodrigues
GME
Prof. Dr. Wendell K. T. Coltro
Obrigado pela Atenção!!!