Analysis of PCBs in soils and sediments by microwave-assisted extraction, headspace-SPME and high resolution gas chromatography with ion-trap tandem mass spectrometry

A procedure for the determination of seven indicator PCBs in soils and sediments using microwave-assisted extraction (MAE) and headspace solid-phase microextraction (HS-SPME) prior to GC-MS/MS is described. Optimization of the HS-SPME was carried out for the most important parameters such as extraction time, sample volume and temperature. The adopted methodology has reduced consumption of organic solvents and analysis runtime. Under the optimized conditions, the method detection limit ranged from 0.6 to 1 ng/g when 5 g of sample was extracted, the precision on real samples ranged from 4 to 21% and the recovery from 69 to 104%. The proposed method, which included the analysis of a certified reference material in its validation procedure, can be extended to several other PCBs and used in the monitoring of soil or sediments for the presence of PCBs.

Développement d’une nouvelle méthode d’analyse multi-résidus par LDTD/APCI-MS/MS pour la quantification de pesticides et de produits pharmaceutiques dans les eaux usées

Une nouvelle méthode d'extraction en phase solide (SPE) couplée à une technique d'analyse ultrarapide a été développée pour la détermination simultanée de neuf contaminants émergents (l'atrazine, le déséthylatrazine, le 17(béta)-estradiol, l'éthynylestradiol, la noréthindrone, la caféine, la carbamazépine, le diclofénac et le sulfaméthoxazole) provenant de différentes classes thérapeutiques et présents dans les eaux usées. La pré-concentration et la purification des échantillons a été réalisée avec une cartouche SPE en mode mixte (Strata ABW) ayant à la fois des propriétés échangeuses de cations et d'anions suivie d'une analyse par une désorption thermique par diode laser/ionisation chimique à pression atmosphérique couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LDTD-APCI-MS/MS). La LDTD est une nouvelle méthode d'introduction d'échantillon qui réduit le temps total d'analyse à moins de 15 secondes par rapport à plusieurs minutes avec la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem traditionnelle (LC-MS/MS). Plusieurs paramètres SPE ont été évalués dans le but d'optimiser l'efficacité de récupération lors de l'extraction des analytes provenant des eaux usées, tels que la nature de la phase stationnaire, le débit de chargement, le pH d'extraction, le volume et la composition de la solution de lavage et le volume de l'échantillon initial. Cette nouvelle méthode a été appliquée avec succès à de vrais échantillons d'eaux usées provenant d'un réservoir de décantation primaire. Le recouvrement des composés ciblés provenant des eaux usées a été de 78 à 106%, la limite de détection a été de 30 à 122 ng L-1, alors que la limite de quantification a été de 88 à 370 ng L-1. Les courbes d'étalonnage dans les matrices d'eaux usées ont montré une bonne linéarité (R2 > 0,991) pour les analytes cibles ainsi qu’une précision avec un coefficient de variance inférieure à 15%.

Deciphering the complexity of sainfoin (Onobrychis viciifolia) proanthocyanidins by MALDI-TOF mass spectrometry with a judicious choice of isotope patterns and matrixes

Use of superdihydroxybenzoic acid as the matrix enabled the analysis of highly complex mixtures of proanthocyanidins from sainfoin (Onobrychis viciifolia) by MALDI-TOF mass spectrometry. Proanthocyanidins contained predominantly B-type homopolymers and heteropolymers up to 12- mers (3400 Da). Use of another matrix, 2,6-dihydroxyacetophenone, revealed the presence of A-type glycosylated dimers. In addition, we report here how a comparison of the isotopic adduct patterns, which resulted from Li and Na salts as MALDI matrix additives, could be used to confirm the presence of A-type linkages in complex proanthocyanidin mixtures. Preliminary evidence suggested the presence of A-type dimers in glycosylated prodelphinidins and in tetrameric procyanidins and prodelphinidins.

Optimisation of stir bar sorptive extraction and liquid desorption combined with large volume injection-gas chromatography–quadrupole mass spectrometry for the determination of volatile compounds in wines

Stir bar sorptive extraction and liquid desorption followed by large volume injection coupled to gas chromatography–quadrupole mass spectrometry (SBSE–LD/LVI-GC–qMS) had been applied for the determination of volatiles in wines. The methodology was optimised in terms of extraction time and influence of ethanol in the matrix; LD conditions, and instrumental settings. The optimisation was carried out by using 10 standards representative of the main chemical families of wine, i.e. guaiazulene, E,E-farnesol, β-ionone, geranylacetone, ethyl decanoate, β-citronellol, 2-phenylethanol, linalool, hexyl acetate and hexanol. The methodology shows good linearity over the concentration range tested, with correlation coefficients higher than 0.9821, a good reproducibility was attained (8.9–17.8%), and low detection limits were achieved for nine volatile compounds (0.05–9.09 μg L−1), with the exception of 2-phenylethanol due to low recovery by SBSE. The analytical ability of the SBSE–LD/LVI-GC–qMS methodology was tested in real matrices, such as sparkling and table wines using analytical curves prepared by using the 10 standards where each one was applied to quantify the structurally related compounds. This methodology allowed, in a single run, the quantification of 67 wine volatiles at levels lower than their respective olfactory thresholds. The proposed methodology demonstrated to be easy to work-up, reliable, sensitive and with low sample requirement to monitor the volatile fraction of wine.

Venom peptide analysis of Vipera ammodytes meridionalis (Viperinae) and Bothrops jararacussu (Crotalinae) demonstrates subfamily-specificity of the peptidome in the family Viperidae

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

The role of matrix effects on the quantification of abscisic acid and its metabolites in the leaves of Bauhinia variegata L. using liquid chromatography combined with tandem mass spectrometry

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

New chemical evidence for the ability to generate radical molecular ions of polyenes from ESI and HR-MALDI mass spectrometry

We report here new chemical evidence for the generation of radical molecular ions of compounds with a conjugated pi-system (polyene) in ESI and HR-MALDI mass spectrometry. The oxidation potential of the neutral polyenes was calculated by cyclic-voltammetry and the results compared with those previously published for other complex conjugated compounds that have also been shown to form M.+ in ESI-MS. This study clearly demonstrates the correlation between the oxidation potential and the formation of the M.+ for the polyenes studied.

Matrix Effects on Water Analysis for Alkylphenols Using Solid Phase Extraction Gas Chromatography-Mass Spectrometry

Gas chromatography with mass spectrometry is frequently used for the quantification of many classes of substances, including alkylphenols. Alkylphenol polyethoxylates are nonionic surfactants used in a wide variety of industrial and consumer applications. Alkylphenol polyethoxylates can degrade to alkylphenols, which are endocrine disruptors. In analytical validation procedures, the most common parameters studied are the detection and quantification limits, linearity, and recovery; however, the matrix effects are sometimes neglected. Although some investigators have evaluated matrix effects, there is no consensus on how to evaluate them during method validation. In this study, the matrix effects of alkylphenol polyethoxylates (nonylphenol monoethoxylate, nonylphenol diethoxylate, octylphenol monoethoxylate, octylphenol diethoxylate) and alkylphenols (nonylphenol and octylphenol) were studied using solid phase extraction and gas chromatography-mass spectrometry analysis. For alkylphenol polyethoxylates, the matrix effects ranged from 16 to 4692%, whereas for alkylphenols (nonylphenol and octylphenol), the effects were insignificant. Therefore, constructing an analytical curve in the matrix for alkylphenol polyethoxylates is essential. © 2013 Copyright Taylor and Francis Group, LLC.

Application of MALDI-MS analysis of Rainforest chemodiversity: a keystone for biodiversity conservation and sustainable use

FAPESP/BIOTA

MALDI imaging mass spectrometry reveals COX7A2, TAGLN2 and S100-A10 as novel prognostic markers in Barrett's adenocarcinoma

To characterize proteomic changes found in Barrett's adenocarcinoma and its premalignant stages, the proteomic profiles of histologically defined precursor and invasive carcinoma lesions were analyzed by MALDI imaging MS. For a primary proteomic screening, a discovery cohort of 38 fresh frozen Barrett's adenocarcinoma patient tissue samples was used. The goal was to find proteins that might be used as markers for monitoring cancer development as well as for predicting regional lymph node metastasis and disease outcome. Using mass spectrometry for protein identification and validating the results by immunohistochemistry on an independent validation set, we could identify two of 60 differentially expressed m/z species between Barrett's adenocarcinoma and the precursor lesion: COX7A2 and S100-A10. Furthermore, among 22 m/z species that are differentially expressed in Barrett's adenocarcinoma cases with and without regional lymph node metastasis, one was identified as TAGLN2. In the validation set, we found a correlation of the expression levels of COX7A2 and TAGLN2 with a poor prognosis while S100-A10 was confirmed by multivariate analysis as a novel independent prognostic factor in Barrett's adenocarcinoma. Our results underscore the high potential of MALDI imaging for revealing new biologically significant molecular details from cancer tissues which might have potential for clinical application. This article is part of a Special Issue entitled: Translational Proteomics.

Identification of animal Pasteurellaceae by MALDI-TOF mass spectrometry

Species of the family Pasteurellaceae play an important role as primary or opportunistic animal pathogens. In veterinary diagnostic laboratories identification of this group of bacteria is mainly done by phenotypic assays while genetic identification based on housekeeping genes is mostly used for research and particularly important diagnostic samples. MALDI-TOF MS seems to represent a promising alternative to the currently practiced cumbersome, phenotypic diagnostics carried out in many veterinary diagnostic laboratories. We therefore assessed its application for animal associated members of the family Pasteurellaceae. The Bruker Biotyper 3.0 database was complemented with reference spectra of clinically relevant as well as commensal animal Pasteurellaceae species using generally five strains per species or subspecies and tested for its diagnostic potential with additional, well characterized field isolates. About 250 strains comprising 15 genera and more than 40 species and subspecies were included in the study, covering most representatives of the family. A high discrimination at the genus and species level was observed. Problematic discrimination was only observed with some closely related species and subspecies. MALDI-TOF MS was shown to represent a highly potent method for the diagnosis of this group of animal pathogens, combining speed, precision and low running costs.

Matrix effects: The Achilles heel of quantitative high-performance liquid chromatography-electrospray-tandem mass spectrometry

High-performance liquid chromatography coupled by an electrospray ion source to a tandem mass spectrometer (HPLC-EST-MS/ MS) is the current analytical method of choice for quantitation of analytes in biological matrices. With HPLC-ESI-MS/MS having the characteristics of high selectivity, sensitivity, and throughput, this technology is being increasingly used in the clinical laboratory. An important issue to be addressed in method development, validation, and routine use of HPLC-ESI-MS/MS is matrix effects. Matrix effects are the alteration of ionization efficiency by the presence of coeluting substances. These effects are unseen in the chromatograrn but have deleterious impact on methods accuracy and sensitivity. The two common ways to assess matrix effects are either by the postextraction addition method or the postcolumn infusion method. To remove or minimize matrix effects, modification to the sample extraction methodology and improved chromatographic separation must be performed. These two parameters are linked together and form the basis of developing a successful and robust quantitative HPLC-EST-MS/MS method. Due to the heterogenous nature of the population being studied, the variability of a method must be assessed in samples taken from a variety of subjects. In this paper, the major aspects of matrix effects are discussed with an approach to address matrix effects during method validation proposed. (c) 2004 The Canadian Society of Clinical Chemists. All rights reserved.

Taxonomy of Australian Funnel-web spiders using rp-HPLC/ESI-MS profiling techniques

The complex nature of venom from spider species offers a unique natural source of potential pharmacological tools and therapeutic leads. The increased interest in spider venom molecules requires reproducible and precise identification methods. The current taxonomy of the Australian Funnel-web spiders is incomplete, and therefore, accurate identification of these spiders is difficult. Here, we present a study of venom from numerous morphologically similar specimens of the Hadronyche infensa species group collected from a variety of geographic locations in southeast Queensland. Analysis of the crude venoms using online reversed-phase high performance liquid chromatography/electrospray ionisation mass spectrometry (rp-HPLC/ESI-MS) revealed that the venom profiles provide a useful means of specimen identification, from the species level to species variants. Tables defining the descriptor molecules for each group of specimens were constructed and provided a quick reference of the relationship between one specimen and another. The study revealed that the morphologically similar specimens from the southeast Queensland region are a number of different species/species variants. Furthermore, the study supports aspects of the current taxonomy with respect to the H. infensa species group. Analysis of Australian Funnel-web spider venom by rp-HPLC/ESI-MS provides a rapid and accurate method of species/species variant identification. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Protein and peptides in pictures:imaging with MALDI mass spectrometry

Imaging using MS has the potential to deliver highly parallel, multiplexed data on the specific localization of molecular ions in tissue samples directly, and to measure and map the variations of these ions during development and disease progression or treatment. There is an intrinsic potential to be able to identify the biomarkers in the same experiment, or by relatively simple extension of the technique. Unlike many other imaging techniques, no a priori knowledge of the markers being sought is necessary. This review concentrates on the use of MALDI-MS for MS imaging (MSI) of proteins and peptides, with an emphasis on mammalian tissue. We discuss the methodologies used, their potential limitations, overall experimental considerations and progress that has been made towards establishing MALDI-MSI as a routine technique for the spatially resolved measurement of peptides and proteins. As well as determining the local abundance of individual molecular ions, there is the potential to determine their identity within the same experiment using relatively simple extensions of the basic techniques. In this way MSI offers an important opportunity for biomarker discovery and identification.

Development of Imaging Mass Spectrometry Analysis of Lipids in Biological and Clinically Relevant Applications

La spectrométrie de masse mesure la masse des ions selon leur rapport masse sur charge. Cette technique est employée dans plusieurs domaines et peut analyser des mélanges complexes. L’imagerie par spectrométrie de masse (Imaging Mass Spectrometry en anglais, IMS), une branche de la spectrométrie de masse, permet l’analyse des ions sur une surface, tout en conservant l’organisation spatiale des ions détectés. Jusqu’à présent, les échantillons les plus étudiés en IMS sont des sections tissulaires végétales ou animales. Parmi les molécules couramment analysées par l’IMS, les lipides ont suscité beaucoup d'intérêt. Les lipides sont impliqués dans les maladies et le fonctionnement normal des cellules; ils forment la membrane cellulaire et ont plusieurs rôles, comme celui de réguler des événements cellulaires. Considérant l’implication des lipides dans la biologie et la capacité du MALDI IMS à les analyser, nous avons développé des stratégies analytiques pour la manipulation des échantillons et l’analyse de larges ensembles de données lipidiques. La dégradation des lipides est très importante dans l’industrie alimentaire. De la même façon, les lipides des sections tissulaires risquent de se dégrader. Leurs produits de dégradation peuvent donc introduire des artefacts dans l’analyse IMS ainsi que la perte d’espèces lipidiques pouvant nuire à la précision des mesures d’abondance. Puisque les lipides oxydés sont aussi des médiateurs importants dans le développement de plusieurs maladies, leur réelle préservation devient donc critique. Dans les études multi-institutionnelles où les échantillons sont souvent transportés d’un emplacement à l’autre, des protocoles adaptés et validés, et des mesures de dégradation sont nécessaires. Nos principaux résultats sont les suivants : un accroissement en fonction du temps des phospholipides oxydés et des lysophospholipides dans des conditions ambiantes, une diminution de la présence des lipides ayant des acides gras insaturés et un effet inhibitoire sur ses phénomènes de la conservation des sections au froid sous N2. A température et atmosphère ambiantes, les phospholipides sont oxydés sur une échelle de temps typique d’une préparation IMS normale (~30 minutes). Les phospholipides sont aussi décomposés en lysophospholipides sur une échelle de temps de plusieurs jours. La validation d’une méthode de manipulation d’échantillon est d’autant plus importante lorsqu’il s’agit d’analyser un plus grand nombre d’échantillons. L’athérosclérose est une maladie cardiovasculaire induite par l’accumulation de matériel cellulaire sur la paroi artérielle. Puisque l’athérosclérose est un phénomène en trois dimension (3D), l'IMS 3D en série devient donc utile, d'une part, car elle a la capacité à localiser les molécules sur la longueur totale d’une plaque athéromateuse et, d'autre part, car elle peut identifier des mécanismes moléculaires du développement ou de la rupture des plaques. l'IMS 3D en série fait face à certains défis spécifiques, dont beaucoup se rapportent simplement à la reconstruction en 3D et à l’interprétation de la reconstruction moléculaire en temps réel. En tenant compte de ces objectifs et en utilisant l’IMS des lipides pour l’étude des plaques d’athérosclérose d’une carotide humaine et d’un modèle murin d’athérosclérose, nous avons élaboré des méthodes «open-source» pour la reconstruction des données de l’IMS en 3D. Notre méthodologie fournit un moyen d’obtenir des visualisations de haute qualité et démontre une stratégie pour l’interprétation rapide des données de l’IMS 3D par la segmentation multivariée. L’analyse d’aortes d’un modèle murin a été le point de départ pour le développement des méthodes car ce sont des échantillons mieux contrôlés. En corrélant les données acquises en mode d’ionisation positive et négative, l’IMS en 3D a permis de démontrer une accumulation des phospholipides dans les sinus aortiques. De plus, l’IMS par AgLDI a mis en évidence une localisation différentielle des acides gras libres, du cholestérol, des esters du cholestérol et des triglycérides. La segmentation multivariée des signaux lipidiques suite à l’analyse par IMS d’une carotide humaine démontre une histologie moléculaire corrélée avec le degré de sténose de l’artère. Ces recherches aident à mieux comprendre la complexité biologique de l’athérosclérose et peuvent possiblement prédire le développement de certains cas cliniques. La métastase au foie du cancer colorectal (Colorectal cancer liver metastasis en anglais, CRCLM) est la maladie métastatique du cancer colorectal primaire, un des cancers le plus fréquent au monde. L’évaluation et le pronostic des tumeurs CRCLM sont effectués avec l’histopathologie avec une marge d’erreur. Nous avons utilisé l’IMS des lipides pour identifier les compartiments histologiques du CRCLM et extraire leurs signatures lipidiques. En exploitant ces signatures moléculaires, nous avons pu déterminer un score histopathologique quantitatif et objectif et qui corrèle avec le pronostic. De plus, par la dissection des signatures lipidiques, nous avons identifié des espèces lipidiques individuelles qui sont discriminants des différentes histologies du CRCLM et qui peuvent potentiellement être utilisées comme des biomarqueurs pour la détermination de la réponse à la thérapie. Plus spécifiquement, nous avons trouvé une série de plasmalogènes et sphingolipides qui permettent de distinguer deux différents types de nécrose (infarct-like necrosis et usual necrosis en anglais, ILN et UN, respectivement). L’ILN est associé avec la réponse aux traitements chimiothérapiques, alors que l’UN est associé au fonctionnement normal de la tumeur.