Новые реагенты для аналитической дериватизации: изучение их преимуществ и ограничений для хроматографических методов анализа в сочетании с масс-спектрометрическим детектированием

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 24-43-00003

НазваниеНовые реагенты для аналитической дериватизации: изучение их преимуществ и ограничений для хроматографических методов анализа в сочетании с масс-спектрометрическим детектированием

Руководитель Темердашев Азамат Зауалевич, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" , Краснодарский край

Конкурс №86 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (NSFC)

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-205 - Аналитическая химия

Ключевые слова Дериватизация, новые реагенты, мониторинг ксенобиотиков, пищевая безопасность, хроматография, масс-спектрометрия, клиническая диагностика

Код ГРНТИ31.19.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Аналитическая дериватизация относится к широко распространенным подходам пробоподготовки, направленным на модификацию определяемых соединений с целью придания им необходимых свойств для проведения качественного или количественного анализа. Ключевым требованием к дериватизирующим агентам являются полнота протекания реакции с аналитами, кроме того, они не должны обуславливать появление новых мешающих влияний, а время и условия протекания реакции не должны требовать большого количества специального оборудования, т.е. в основу реакции между дериватизирующим агентом и аналитом должна быть положена достаточно простая, быстро протекающая реакция. Несмотря на успехи и стремительное развитие современной органической химии, аналитическая дериватизация остается достаточно консервативным направлением, в котором используется достаточно небольшое количество реагентов. Так, наиболее распространено получение триметилсилил-, ацетил-, оксиимино-, FMOC-, дансил-, PFP- производных веществ для целей газовой и жидкостной хроматографии и хроматомасс-спектрометрии. Применение дериватизации распространено во многих областях аналитической химии – допинг-контроле, криминалистике, клинической диагностики, аналитической токсикологии, экологическом мониторинге, пищевой безопасности и многих других. Среди дериватизирующих агентов для ВЭЖХ-МС наибольшую популярность получили FMOC-Cl, данслихлорид и гидроксиламин. Первые два реагента зарекомендовали себя как эффективные флуоресцентные метки, а также агенты, приводящие к существенному усилению удерживания производных в режиме обращено-фазовой жидкостной хроматографии. Однако роста селективности, информативности фрагментации или существенного роста аналитического сигнала для ВЭЖХ-МС/МС при их применении не происходит. В целях повышения чувствительности для масс-спектрометрического детектирования наиболее целесообразно и эффективно применение гидроксиламина. Образующиеся в ходе реакции оксимы аналитов обладают высокой эффективностью ионизации, однако возможность формирования син- и анти- форм определяемых веществ, которые могут элюироваться разными хроматографическими пиками. В условиях наличия изобарных соединений, таких как, например, тестостерон и эпитестостерон, соотношение которых является диагностически важным, а физико-химические свойства – крайне близки, это может привести к их коэлюированию и искажению результатов. Таким образом, разработка новых дериватизирующих агентов, позволяющих значительно повысить чувствительность определения, а, в идеальном случае также способствующих повышению информативности фрагментации при масс-спектрометрическом детектировании – является крайне актуальной задачей. Принципиально важным аспектом предлагаемого исследования является не только апробация реагентов в условиях модельных смесей и растворов, но и на реальных объектах, что позволит не только продемонстрировать возможности дериватизирующих реагентов, но и установить ряд факторов, способных ограничить их применение.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Полученные в ходе выполнения первого года исследований результаты демонстрируют возможности и ограничения трех разноплановых подходов к использованию аналитической дериватизации для решения как фундаментальных задач (создания новых реагентов для аналитических целей), так и прикладных (проведение стероидомных, клинико-диагностических исследований, допинг-контроля и токсикологических анализов). Дальнейшие работы будут направлены на поиск более пригодных для рутинной деятельности реагентов, их описание и изучение как на модельных объектах, так и реальных образцах. Так, практическим результатом, освященным в СМИ, стало исследование одного из реагентов, конечной и логичной стадией которого являлась апробация одного из реагентов на реальных образцах с целью изучения содержания аминокислот в моче: https://nauka.tass.ru/nauka/21746957 Дальнейшие исследования также будут осуществляться с прицелом на вывод на реальных образцах и всестороннее объективное изучение, способное расширить перечень аналитических инструментов в деятельности разнопрофильных лабораторий – как клинико-диагностических, так и лабораториях контроля качества продуктов питания, эколого-аналитических и токсикологических.

Публикации

1. Темердашев А.З., Атапатту С.Н., Фэн Ю.-Ц. A tutorial on solid-phase analytical derivatization in sample preparation applications Journal of Chromatography Open (год публикации - 2024)
10.1016/j.jcoa.2024.100157

2. Ву К.-З., Сяо Х.-М., Ан Н., Бэй П.-Р., Ван Я.-Ж., Темердашев А.З., Жу К.-Ф., Фэн Ю.-Ц. Advances in Chemoselective Probes for Liquid Chromatography-Mass Spectrometry Analysis of Small-Molecular-Weight Compounds Journal of Chromatography Open (год публикации - 2024)
10.1016/j.jcoa.2024.100154

3. Темердашев А.З., Нестеренко П.Н., Атапатту С.Н., Фэн Ю.Ц., Зорина М.О., Журкина К.О., Гашимова Э.М., Стешин М.Е., Доценко В.В. Phthalylglycyl chloride as a derivatization reagent for determination of urinary amino acids using ultra high-performance liquid chromatography coupled with high resolution mass spectrometry Journal of Chromatography Open (год публикации - 2024)
10.1016/j.jcoa.2024.100162

4. Темердашев А.З., Атапатту С.Н., Иоутси В., Зорина М.О., Фэн Ю.-Ц., Гашимова Э.М., Доценко В.В. Cyanoacetohydrazide as a Novel Derivatization Agent for the Determination of UHPLC-HRMS Steroids in Urine Molecules (год публикации - 2024)
10.3390/molecules29112433

5. Темердашев А.З., Гашимова Э.М., Азарян А.А., Атапатту С.Н., Фэн Ю.-Ц. Coordination Ion Spray for Analysis of the Growth Hormones Releasing Peptides in Urine—An Application Study Separations (год публикации - 2024)
10.3390/separations11050155

6. Ву К.-Ж., Тан К.-В., Жан К., Тан Д.-Д., Ан Н., Кон Ф., Ву В., Темердашев А.З., Жу К.-Ф., Ван Х., Фэн Ю.-Ц. One-Step Labeling and Purification: Accelerating FAHFA Detection in Vegetable Oils via Chemoselective Probe-Assisted LC–MS Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2025, 73, 31, 19813–19822 (год публикации - 2025)
10.1021/acs.jafc.5c06401

7. Сяо Х.-М., Темердашев А.З., Ан Н., Жу К.-Ф., Фэн Ю.-Ц. Advancing clinical liquid chromatography-mass spectrometry analysis: Rational design and optimization of derivatization techniques for enhanced sensitivity and throughput Journal of Chromatography Open, 7 (2025) 100215 (год публикации - 2025)
10.1016/j.jcoa.2025.100215

8. Темердашев А.З., Гирель С., Атапатту С.Н., Фэн Ю.-Ц., Гашимова Э.М., Малицкая Т.Ю., Подольский И.И., Жу Ц.-Ф. Liquid chromatography coupled to mass spectrometry for steroid hormones analysis: issues and solutions in sample preparation and method development Journal of Chromatography Open, 8 (2025) 100250 (год публикации - 2025)
10.1016/j.jcoa.2025.100250

9. Зорина М.О., Фэн Ю.-Ц., Атапатту С.Н., Гирель С., Коншина Д.Н., Темердашев А.З. A novel ionic liquid 3-(2-hydrazinyl-2-oxoethyl)-1-methyl-1H-imidazol-3-ium chloride as a derivatization reagent for HPLC-HRMS determination of steroid hormones in urine Journal of Chromatography B, Volume 1265, 1 November 2025, 124760 (год публикации - 2025)
10.1016/j.jchromb.2025.124760

10. Тан Д., Сяо Х., Мэй Ч., Ву К., Темердашев А.З., Жу К.-Ф., Фэн Ю.-Ц. Rapid and Sensitive Determination of Alkynyl Steroid Hormones in Milk Samples Using Magnetic Solid‑Phase Extraction Coupling Click Derivatization‑Based LC–MS Method Journal of Analysis and Testing (год публикации - 2025)
10.1007/s41664-025-00372-z

11. Темердашев А.З., Азарян А.А., Нестеренко П.Н., Фэн Ю.-Ц., Атапатту С.Н., Зорина М.О., Скрипниченко Д.М. Новые дериватизирующие реагенты для определения аминокислот методом ВЭЖХ-МС ‒ проблемы и перспективы Материалы VII Всероссийского симпозиума «Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии» (год публикации - 2025)

12. Зорина М.О., Темердашев А.З., Коншина Д.Н., Коншин В.В., Фэн Ю.-Ц. Применение ионной жидкости в качестве нового дериватизирующего реагента для ВЭЖХ-МСВР определения стероидных гормонов в моче Материалы VII Всероссийского симпозиума «Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии» (год публикации - 2025)

13. Темердашев А.З., Гашимова Э.М., Азарян А.А., Атапатту С.Н., Фэн Ю.-Ц., Скрипниченко Д.М. Дериватизация аминокислот и стероидных гормонов в масс-спектрометрическом анализе - преимущества и неочевидные сложности. Сборник тезисов двенадцатого съезда ВМСО (XI Всероссийская конференция с международным участием) "Масс-спектрометрия и её прикладные проблемы) (год публикации - 2025)

14. Доценко В.В., Киндоп В.К., Киндоп В.К., Ачмиз Р.Г., Левченко А.Г., Дахно П.Г., Темердашев А.З., Фэн, Ю.Ц., Жу К.-Ф., Даус Е.С., Юдаев И.В., Даус И.В., Аксенов А.В., Аксенов Н.А., Аксенова И.В. Synthesis, Reactions, and Agrochemical Studies of New 4,6-Diaryl-2-Hydrazinylnicotinonitriles International Journal of Molecular Sciences (год публикации - 2025)
10.3390/ijms262411874

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В ходе выполнения проекта был получен ряд новых дериватизирующих агентов на основе ионной жидкости (3-(2-hydrazinyl-2-oxoethyl)-1-methyl-1Himidazol-3-ium chloride) для дериватизации стероидных гормонов. В ходе проведения оценки эффективности применения ионной жидкости было установлено, что полученный реагент обеспечивает чувствительность, сопоставимую с реактивов жирара Т, общеприменимого для анализа стероидных гормонов в биологических жидкостях и превосходящего гидроксиламин. Причиной высокой чувствительности является наличие фиксированного заряда, что по определению способствует повышению эффективности ионизации аналитов, что нашло отражение в ходе проведения исследования. Помимо сравнительного исследования, представленного в работе, новый дериватизирующий реагент был апробирован на реальных образцах мочи и показал высокую сходимость получаемых результатов. Однако существенным ограничением, как и в случае других гидразин-подобных веществ, стало наличие син- и анти- форм аналитов, дающих несколько хроматографических пиков в ходе анализа. Это может существенно усложнить интерпретацию данных, особенно при проведении нецелевого скрининга. Также предложен дериватизирующий реагент для анализа новых биологически активных липидов в пищевых маслах - эфиров уксусной кислоты и гидрокси- производных жирных кислот (FAHFA) являются новыми биоактивными липидами в пищевых маслах, но их присутствие в следовых количествах и сложность матрицы затрудняют точный анализ. В данной работе мы разработали новый хемоселективный зонд на основе модифицированного пиперазином диоксида кремния (SiO2-PP), который специфически улавливает FAHFA, практически полностью удаляя триглицериды в одностадийной реакции мечения. Зонд позволил провести предварительную обработку образца в течение 30 минут. В сочетании ВЭЖХ-МС/МС удалось количественно определить 47 изомеров FAHFA в 47 образцах растительных масел. Были идентифицированы пять доминирующих изомеров (например, 10-OAHSA), при этом оливковое и арахисовое масла демонстрируют самые высокие концентрации FAHFA. В рамках перевыполнения плана работ (выполняя задел на 2026 год) было проведено исследование, посвященное анализу алкинильных стероидных гормонов (АСГ). Это синтетические стероидные гормоны, содержащие алкинильную группу, вызывают серьёзные нарушения эндокринной системы человека. Наличие остатков АСГ в ежедневно потребляемом молоке может даже повышать риск развития рака у людей. В данном исследовании мы предлагаем метод магнитной твердофазной экстракции (МТФЭ) в сочетании с методом жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии на основе клик-химии для быстрого и высокочувствительного определения АСГ в образцах молока. В частности, были получены магнитные наночастицы Fe3O4, покрытые полипирролом (Fe3O4-PPy), которые использовались в качестве адсорбента МТФЭ для прямого извлечения АСГ из образцов молока. Процесс извлечения АСГ из образца достаточно экспрессный и занимает 6 минут. Затем реагент 4-азидо-N-фенилбензамид (4-ANPA) был использован для дериватизации извлеченных АСГ посредством реакции азид-алкинового циклоприсоединения, катализируемой медью(I). Полученные производные 4-ANPA в общей сложности 8 АСГ были обнаружены с помощью ЖХ-МС

Публикации