Ionenmobiliteit massaspectrometrie (IMS) wordt een steeds meer gebruikte analytische techniek, vaak gepresenteerd als een extra scheidingsdimensie die is geïntegreerd in traditionele vloeistof-/gaschromatografie (LC/GC) gekoppeld aan MS-workflows. IMS bestaat uit de scheiding van moleculen langs een mobiliteitscel, gevuld met een buffergas, onder een elektrisch veld en bij atmosferische druk1. Afhankelijk van de massa-tot-ladingsverhouding (m/z) en de geometrische conformatie, zal een geïoniseerd molecuul interageren met het buffergas terwijl het door de mobiliteitscel beweegt, wat wordt weerspiegeld in de ionenmobiliteit (K) parameter2 en berekend door middel van de volgende vergelijking:

waarbij D de totale driftlengte voorstelt, td de totale drifttijd en E het elektrische veld. Daarom wordt K gemeten in m2 V−1 s−1, hoewel het om praktische redenen vaak wordt uitgedrukt als cm2 V−1 s−1. Het intrinsieke vermogen om door de mobiliteitscel te bewegen kan worden gemeten aan de hand van de drifttijd en later worden omgezet in de zogenaamde collision cross section (CCS)-waarde, een zeer reproduceerbare parameter voor elk molecuul, onafhankelijk van het IMS-instrument3. De CCS kan worden afgeleid uit de mobiliteit volgens de volgende vergelijking:

q is de lading van het ion; N de dichtheid van het buffergasgetal; μ de verminderde massa van de buffergas-ion van de aanvaringspartners; kB de constante van Boltzmann; en T de buffergastemperatuur. Daarom biedt IMS aanvullende informatie ter aanvulling van de analytische gegevens die voortvloeien uit chromatografie- en MS-analyses.
Het is aangetoond dat de implementatie van IMS in LC-MS-platforms de betrouwbaarheid van analytische bepalingen verhoogt, vooral bij het werken met verbindingen die sporenconcentraties bevatten. Verschillende studies hebben gemeld dat LC-IMS-MS-methoden de kwaliteit van massaspectra verbeteren door achtergrondruis te verminderen, wat uiteindelijk de gevoeligheid van de methode beïnvloedt, en het aantal valse positieven en negatieven vermindert dat wordt geleverd door LC-MS-methodologieën met meerdere residuen 4,5,6. Verder maakt de reproduceerbaarheid van CCS-waarden het mogelijk om niet alleen verschillende instrumenten te vergelijken die dezelfde technologie gebruiken, maar ook tussen verschillende ionenmobiliteitstechnologieën, namelijk reizende golfionenmobiliteitsspectrometrie (TWIMS), ingesloten ionenmobiliteitsspectrometrie (TIMS) en driftbuisionenmobiliteitsspectrometrie (DTIMS)2,7, de meest gebruikte systemen1. Een opmerkelijk gevolg van het potentieel van CCS als identificatieparameter ligt dus in de mogelijkheid om CCS-bibliotheken op te bouwen, wat tot uiting komt in de toepasbaarheid ervan in metabolomics-studies8. Desalniettemin is een van de krachtigste kenmerken van IMS het vermogen om isomere en isobare verbindingen te scheiden die mogelijk niet voldoende worden opgelost door LC-MS-methoden. Dit kan het geval zijn bij het werken met grote sets analyten die van belang zijn in complexe matrices, wat een veel voorkomende situatie is in milieu- en voedselanalyse. In dit verband zijn LC-IMS-MS-methoden voorgesteld voor de monitoring van pesticiden en, in mindere mate, diergeneesmiddelen en mycotoxinen in voedsel9.
Vanwege hun hoge oplossend vermogen en selectiviteit komen LC/GC-IMS-MS-platforms naar voren als de nuttigste instrumenten om enkele van de huidige uitdagingen op het gebied van voedselveiligheid aan te pakken, met name die met betrekking tot isomere mengsels. Het gezondheidsrisico in verband met isomere mengsels als voedselcontaminanten komt tot uiting in de huidige Europese wetgeving, die bijvoorbeeld de maximale concentratie van zes belangrijke moederkorenalkaloïden (EA's) en de overeenkomstige zes epimeren in verschillende voedingsproducten beperkt10.
EA's vormen een familie van toxische secundaire metabolieten die worden geproduceerd door een breed scala aan schimmels, voornamelijk van de familie Clavicipitaceae (bijv. Claviceps purpurea, de belangrijkste EA-producent vanwege zijn brede gastheerbereik), maar ook Trichocomaceae, die de zaadkop van levende planten (zoals rogge, gerst, tarwe en haver) kan parasiteren op het moment van bloei11, 12. okt. Onder specifieke omstandigheden, met name temperatuur en wateractiviteit, kunnen Claviceps-schimmels EA's produceren die zich ophopen in vruchtlichamen, bekend als sclerotia of moederkoren, in het waardgewas. Tot op zekere hoogte zijn EA's bestand tegen de verwerking van de grondstof tot het eindproduct; Daarom doorbreken in de voedselketen. Inslikken van besmet voedsel kan leiden tot EA-intoxicatie, bekend als ergotisme, dat zich presenteert met acute symptomen zoals buikpijn, braken, branderig gevoel van de huid, slapeloosheid en hallucinaties13. Om de impact van EA's op de menselijke gezondheid te verminderen, heeft de Europese Commissie maximumgehalten (ML's) in verschillende levensmiddelen vastgesteld voor de som van de belangrijkste EA's: de R-epimeren ergometrine (Em), ergotamine (Et), ergosine (Es), ergocristine (Ecr), ergokryptine (Ekr) en ergocornine (Eco) en hun overeenkomstige S-epimeren: ergometrinine (Emn), ergosinine (Esn), ergotaminine (Etn), ergocorninine (Econ), ergokryptinine (Ekrn), en ergocristinine (Ecrn). Deze verbindingen kunnen epimeriëren van R- naar S-vormen en vice versa, vooral bij blootstelling aan sterk licht, langdurige opslag of contact met sommige oplosmiddelen bij hoge of lage pH 12. Hoewel het aandeel R- en S-formulieren onder verschillende omstandigheden kan variëren, meldde het Contam-panel van de EFSA dat R-formulieren vaker voorkomen dan S-formulieren na bestudering van de beschikbare literatuur over EA's in levensmiddelen14. Daarom variëren de ML's afhankelijk van verschillende factoren, zoals de gevoeligheid van het gewas, de mate van verwerking of de consumptiefrequentie. In het EU-kader zijn de ML's voor volwitte producten van gerst, tarwe, spelt en haver vastgesteld op 50 of 150 μg/kg (afhankelijk van het asgehalte lager of hoger dan respectievelijk 900 mg/100 g), terwijl voor granen die rechtstreeks voor menselijke consumptie zijn bestemd, een ML van 150 μg/kg geldt, met uitzondering van babyvoeding op basis van granen, waarbij de ML wordt verlaagd tot 20 μg/kg10.
Deze strenge wetgeving vereist analytische methodologieën die gevoelig genoeg zijn om de niveaus van sporenconcentraties (μg/kg) te bepalen, terwijl gereguleerde EA's en de bijbehorende epimeren correct worden geïdentificeerd, aangezien beide vormen, R- en S-isomeren, samen in besmette monsters kunnen worden aangetroffen. Deze taak vormt een grote uitdaging, aangezien elk toxine-epimeerpaar exact dezelfde massa en hetzelfde fragmentatiepatroon deelt. Bovendien kan een goede chromatografische scheiding tussen beide verbindingen complex zijn. Daarom zijn goed geoptimaliseerde LC-gradiënten nodig om verkeerde kwantificering te voorkomen wanneer EA-epimeren samen voorkomen in voedselmonsters. Hoewel verschillende studies LC-MS-methoden hebben gerapporteerd voor ondubbelzinnige bepaling van EA's 15,16,17,18, moet de chromatografische methode uitgebreid worden bestudeerd om een adequate scheiding van de chromatografische pieken te bereiken om EA's ondubbelzinnig te identificeren. Dit is echter meestal niet haalbaar voor multi-class methoden waarbij contaminanten die tot verschillende chemische families behoren tegelijkertijd worden bepaald. In deze context rapporteerde een recente studie uitgevoerd door Carbonell-Rozas, Hernández-Mesa, et al.19 een LC-IMS-MS-methode voor de kwantificering van EA's in tarwe- en gerstmonsters, waarbij gebruik werd gemaakt van twee verschillende TWIMS-instrumenten die reproduceerbare CCS-waarden en lage kwantificeringslimieten (LOQ's) leverden om niet-naleving op te sporen in overeenstemming met de huidige wetgeving. Daarom is het doel van dit protocol om aan te tonen hoe de integratie van IMS in LC-MS-workflows bijdraagt aan de scheiding van isomere EA's, waardoor de selectiviteit van de analytische methode wordt verbeterd. Bovendien illustreert het hoe het genereren van CCS-bibliotheken door de karakterisering van analytische standaarden een groter vertrouwen biedt voor de identificatie van mycotoxinen. Dit protocol is bedoeld om de voordelen van de toepassing van IMS bij de analyse van de voedselveiligheid duidelijk uit te leggen, waarbij bijvoorbeeld de bepaling van EA's in granen wordt genoemd. Dit protocol behandelt de monsterbehandeling op basis van een QuEChERS-procedure, monsteranalyse door LC-TIMS-MS en IMS-gegevensextractie en -interpretatie.