Kombinace ionizačních technik a spojení iontové mobility s hmotnostní spektrometrií v analýze nových psychoaktivních látek

Marianna NYTKA, M.Sc.

Doctoral thesis

Combination of ionization techniques and ion mobility-mass spectrometry in the analysis of new psychoactive substances

Abstract:

The main goal of this work is to investigate ionization and ion mobility, developing a new modification of desorption nanoelectrospray and a new approach to cyclic ion mobility of new psychoactive substances (NPS). The knowledge was used to develop new procedures for identifying and distinguishing abused drugs. The theoretical part is focused on ambient ionization mass spectrometry, particularly spray-based liquid extraction techniques, and on ion mobility-mass spectrometry (IM-MS). It also covered the application of ambient ionization in analyses of new psychoactive substances and coupling ambient ionization to IM-MS. The first part of the research covers enhancing the signal intensity of desorption nanoelectrospray by implementing pressure regulation at the inlet of the mass spectrometer. The influence of the transfer heated capillary length, pressure drop, and the heated capillary's temperature was tested by analyzing NPS. It was confirmed that the pressure regulation between the mass spectrometer's atmospheric and evacuated region and the heated capillary temperature is crucial to maximize sensitivity. The applicability of the modified inlet was tested by analyzing the trace amount of synthetic cathinone on a wallet surface and the pills of a non-opioid analgesic and antipyretic agent. The second part of the research focuses on analyzing isomeric mixtures of NPS by cyclic ion mobility-mass spectrometry. Two approaches to determine their isomeric ratios were proposed. The separation of lithium adducts in multipass experiments was compared with the simple procedure based on multiple linear regression applied to characteristic arrival time distribution (ATD) profiles of isomers and their mixture. Direct infusion and flow injection analysis with electrospray, and desorption electrospray for solid samples were employed. Both approaches, lithiated molecules separation and ATD profiles of protonated molecules or ion fragments, provided comparable results. While adducts need to be sufficiently separated, the ATD profile approach can be used for overlapping signals.

Abstract:

Hlavním cílem této práce je výzkum ionizace a iontové mobility, který zahrnoval především vývoj citlivější modifikace desorpčního nanoelektrospreje a nový přístup k cyklické iontové mobilitě nových psychoaktivních látek (NPS). Poznatky byly využity k vývoji nových postupů pro identifikaci a rozlišení zneužívaných drog. Teoretická část je zaměřena na hmotnostní spektrometrii s ionizací ambientními technikami, zejména technikou kapalinové extrakce na bázi sprejování, a na hmotnostní spektrometrii ve spojení s iontovou mobilitou (IM-MS). Dále pojednává o ambientních technikách využitých při analýze nových psychoaktivních látek a jejich spojení s IM-MS. První část výzkumu zahrnuje zvýšení intenzity signálu pro desorpční ionizaci nanoelektrosprejem zavedením regulace tlaku na vstupu hmotnostního spektrometru. Na analýze NPS byl testován vliv délky vstupní vyhřívané kapiláry, snížení tlaku a teploty vyhřívané kapiláry. Bylo potvrzeno, že pro dosažení maximální citlivosti je rozhodující regulace tlaku mezi atmosférickou a vakuovou částí hmotnostního spektrometru a teplota vyhřívané kapiláry. Použitelnost upraveného vstupu do hmotnostníh spektrometru byla testována na detekci stopového množství syntetického katinonu na povrchu peněženky a na analýze tablet neopioidní analgetika a antipyretika. Druhá část výzkumu byla zaměřena na analýzu izomerních směsí NPS pomocí cyklické iontové mobility-hmotnostní spektrometrie. Byly navrženy dva přístupy ke stanovení jejich izomerních poměrů. Separace aduktů lithia ve víceprůchodových experimentech byla porovnána s jednoduchým postupem založeným na mnohonásobné lineární regresi aplikované na profily charakteristické distribuce doby příchodu (ATD) izomerů a jejich směsi. Byla použita přímá infuze a průtoková injekční analýza s elektrosprejem a rovněž desorpční elektrosprej pro pevné vzorky. Oba přístupy, separace lithiovaných molekul a ATD profily protonovaných molekul nebo iontových fragmentů, poskytly srovnatelné výsledky. Zatímco adukty je třeba dostatečně separovat, pro překrývající se signály lze využít ATD profily charakteristické pro jednotlivé izomery.

Keywords

Ambientní ionizace, iontová mobilita, hmotnostní spektrometrie, nové psychoaktivní látky

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 6. 2024

Thesis defence

• Supervisor: prof. RNDr. Karel Lemr, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Chemistry / Analytical Chemistry