В обзоре рассмотрено применение масс-спектрометрии с мягкими методами ионизации в ретроспективном токсикологическом анализе высокоопасных отравляющих веществ. Описаны преимущества и недостатки методов LC-MS и MALDI-MS при выявлении отравляющих веществ и биомаркеров интоксикации.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург (Подольская Е.П.)
ФГУП "Научно-исследовательский институт гигиены, профпатологии и экологии человека"
ФМБА России, Санкт-Петербург (Бабаков В.Н.)

С помощью приборного комплекса МХ-5310 разработан подход для количественного определения меламина в молочных продуктах. В качестве стандарта был использован трис(гидроксиметил)аминометан. Для указанного прибора построена калибровочная кривая, позволяющая определять концентрацию меламина в молочных продуктах.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург

Разработан масс-спектрометрический метод идентификации сывороточного амилоида А (САА) — характерного маркера для диагностика рака яичника. Его определение осуществлено непосредственно в сыворотке крови человека без предварительного фракционирования с использованием регулируемого трипсинолиза. Разработаны подходы к количественному определению содержания этого белка в сыворотке крови по содержанию триптического фрагмента (68–87) САА, присутствующего в гидролизатах. Разработан масс-спектрометрический метод определения α₂-макроглобулина (α₂-М) в сыворотке и плазме крови человека. С использованием разработанного метода проанализировано содержание α₂-М в сыворотке крови при раке яичника и плазме крови при болезни Альцгеймера. Показано, что концентрация α₂-М существенно возрастает при раке яичника и уменьшается при болезни Альцгеймера.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург
(Манойлов А.В., Краснов Н.В., Новиков А.В., Бубляев Р.А., Миргородская О.А.)
ГУ НИИ БМХ РАМН им В.Н. Ореховича, Москва (Торопыгин И.Ю.)
Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Москва
(Козьмин Ю.П.)
Поликлиника РАН, Санкт-Петербург (Самус Н.Л.)

Предложена экономичная ВЭЖХ-методика для определения циклоспорина А в сыворотке крови пациентов. Хроматографический анализ выполнен на жидкостном хроматографе Милихром А02. Для идентификации пика циклоспорина А на хроматограмме и подтверждения его гомогенности использовали спектральные отношения и сочетание ЖХ-МС в режиме прямой стыковки. Методика позволяет определять циклоспорин А во всем интервале терапевтических концентраций (100–400 нг/мл) с погрешностью не более 15 %. Результаты определения использованы для терапевтического лекарственного мониторинга циклоспорина А в онко-гематологическом отделении Иркутской государственной областной детской клинической больницы.

Лимнологический институт СО РАН, Иркутск (Фёдорова Г.А.)
Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург
(Подольская Е.П., Новиков А.В., Лютвинский Я.И., Краснов Н.В.)

Известно, что при воздействии фосфорорганических соединений (ФОС) на организм происходит подавление активности ряда ключевых ферментов, что подтверждается простыми методами лабораторной и клинической биохимии. Однако диагностика при хроническом действии малых доз ФОС или в отдаленные сроки после острой интоксикации затруднена вследствие отсутствия подавления или восстановления активности этих ферментов. Определение пептидного спектра плазмы или сыворотки крови может служить альтернативным и более чувствительным методом диагностики интоксикации. В данной работе приведены пептидные спектры плазмы и сыворотки крови крыс и человека, полученные при субхроническом воздействии российского VX (RVX) на крыс in vivo или однократном воздействии на кровь человека in vitro. Показано, что основной пептидный фон в плазме крови или сыворотки человека и крысы после воздействия RVX составляют производные фибринопептида А, что свидетельствует об инактивации экзопептидаз при воздействии RVX.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург
(Краснов И.А., Подольская Е.П., Дубровский Я.А., Краснов Н.В.)
ФГУП "Научно-исследовательский институт гигиены, профпатологии и экологии человека"
ФМБА России, Санкт-Петербург
(Гончаров Н.В., Бабаков В.Н., Глашкина Л.М., Ермолаева Е.Е., Прокофьева Д.С., Войтенко Н.Г., Радилов А.С.)
Институт биофизики клетки РАН, Пущино (Смолихина Т.И.)
Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Москва (Поляков Н.Б.)

Основным продуктом окисления хирального 2-метил-(4S)-изопропил-2-оксазолина комплексом (мочевина—перекись водорода) в присутствии MeReO₃ является соответствующий N-(2-гидроксиэтил)ацетамид. ESI-TOF-масс-спектрометрический анализ использован для идентификации продукта в сложной реакционной смеси. Наиболее интенсивный ион в спектре отвечает димеру с потерей молекулы воды.

Санкт-Петербургский государственный университет, Химический факультет, Санкт-Петербург (Замаратских Е.С., Балова И.А.)
Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург (Краснов И.А., Подольская Е.П.)

Выполнено калориметрическое определение энтальпий растворения тетратрифторацетата Мо₂(СF₃СОО)₄ и тетраацетата Мо₂(СН₃СОО)₄ димолибдена(II) в гексаметилфосфотриамиде (ГМФТА) и диметилформамиде (ДМФА). Методом масс-спектрометрии установлено, что состав аддуктов, образуемых при растворении тетракарбоксилатов в избытке донорных растворителей, соответствует формулам Mo₂(RCOO)₄·2 ГМФТА и Mo₂(RCOO)₄·2 ДМФА.

Санкт-Петербургский государственный университет, Химический факультет
(Слюсарева И.В., Кондратьев Ю.В.)
Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург (Краснов И.А., Подольская Е.П.)

Исследована белковая фракция сыворотки крови человека, подвергавшаяся воздействию сернистого иприта (b,b'-дихлордиэтилсульфида, по Международной номенклатуре HD) in vitro. Методами MALDI-TOF и ESI-TOF были обнаружены несколько пептидов альбумина, которые содержали ковалентную модификацию HD. Методами MALDI-TOF и MALDI-TOF-TOF был определен триптический пептид с молекулярной массой 2536.19 Да. Также методом ESI-TOF был обнаружен ряд химотриптических пептидов c молекулярными массами: 838.37, 1200.53, 2378.13 Да, модифицированных остатком HD и относящихся к альбумину.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург (Краснов И.А., Подольская Е.П., Дубровский Я.А., Краснов Н.В.) ФГУП "Научно-исследовательский институт гигиены, профпатологии и экологии человека" ФМБА России, Санкт-Петербург (Гончаров Н.В., Бабаков В.Н., Глашкина Л.М., Ермолаева Е.Е., Прокофьева Д.С., Войтенко Н.Г., Радилов А.С.)
Институт биофизики клетки РАН, Пущино (Смолихина Т.И.)
Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Москва (Поляков Н.Б.)

На основе данных о качественном составе монослоев стеариновой кислоты, находящихся на поверхности водной субфазы, содержащей ионы Fe³⁺, полученных с помощью методов масс-спектрометрии интерпретированы данные об их поверхностных свойствах. Исследованы изотермы сжатия таких монослоев и рассчитаны значения площади, приходящейся на одну стеарат-группу в молекуле при различных значениях рН. Доказано, что основными продуктами взаимодействия монослоев стеариновой кислоты с ионами трехвалентного железа являются частицы, содержащие в своем составе две стеаран-группы. Получение аналогичных результатов для ионов Cr³⁺ доказывает, что именно стерический фактор препятствует образованию тристеаратов.

Санкт-Петербургский государственный университет, Химический факультет
(Рожкова Е.А., Суходолов Н.Г., Иванов Н.С., Янклович А.И.)
Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург
(Краснов И.А., Подольская Е.П., Краснов Н.В.)

С использованием ESI-MS и MALDI-MS изучен процесс изотопного обмена ¹⁶О на ¹⁸О в карбоксильных группах пептидов. Показано, что лимитирующей стадией при обмене является протонизация карбоксильной группы. Причем протонизация зависит от кислотности карбоксильных групп и кислотности среды. Определены оптимальные условия для получения ¹⁸О-содержащих пептидов и производных аминокислот, которые могут быть использованы в качестве стандартов для количественного анализа. Оценена стабильность вводимой метки в условиях, близких к физиологическим, а также в средах, наиболее часто используемых при работе с образцами в экспериментах с применением ВЭЖХ.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург
(Манойлов А.В., Новиков А.В., Бубляев Р.А., Краснов Н.В., Миргородская О.А.)
ФГУ НИИ ФХМ, г. Москва (Серебрякова М.В.)
Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Москва (Козьмин Ю.П.)

Поли(N-акрилоил-11-аминоундекановая кислота) получена путем радикальной полимеризации как в мицеллярном, так и в молекулярно-дисперсном растворах. По данным матричной лазерной десорбционной масс-спектрометрии сделаны выводы о структуре продуктов полимеризации в диметилформамиде, обсуждаются механизмы их формирования.

Санкт-Петербургский государственный университет, Химический факультет
(Зорин И.М., Макаров И.А., Билибин А.Ю.)
Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Москва (Поляков Н.Б.)
Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург (Подольская Е.П.)

С помощью разработанного в Институте аналитического приборостроения РАН приборного комплекса, включающего времяпролетный масс-спектрометр с электрораспылением МХ-5310 и жидкостной хроматограф Милихром А-02, было проведено исследование взаимодействия селена (Se) с элементами биологических систем на примере цистеина (Cys) и глутатиона (GSH). Выявлено образование двух типов продуктов — дисульфидов и Se-дисульфидов и определены условия, позволяющие изменять соотношения концентраций между этими типами продуктов при взаимодействии Se c GSH. Проведено сравнение процессов взаимодействия Se с GSH, Cys, и смеси GSH с Cys, которое выявило конкуренцию за Se у таких сульфгидрильных соединений. Определено также, что в конкурентных условиях не происходит образования Se-дисульфида Cys, но в значительной степени образуется смешанный дисульфид без Se и с Se. Показано, что образование смешанного Se-дисульфида может протекать через замещение GSH на Cys в симметричном Se-дисульфиде GSH. Можно полагать, что именно селективность замещения лежит в основе регуляции физиологических процессов с участием Se и различных тиолов в биологических средах.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург
(Новиков А.В., Кошелева Г.Н., Бубляев Р.А., Манойлов А.В., Краснов Н.В., Миргородская О.А.)
Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Москва (Козьмин Ю.П.)

Настоящая работа посвящена разработке отечественной nano-LC-MS аналитической системы. Основными функциональными блоками такой системы являются: хроматографическая установка на основе HPLC микроколоночной технологии, блок ионизации nano-ESI и времяпролетный анализатор (TOF). Реализована данная система на базе отечественного масс-спектрометра МХ-5310 (ИАнП РАН). В статье представлены результаты исследования полученной экспериментальной установки, а также проведено сравнение основных параметров с параметрами отечественных ЖХ-МС установок. Полученная установка позволяет работать с наноколичествами исходного материала. В разработанной системе хроматографическая капиллярная колонка непосредственно используется в качестве наноэмиттера, что приводит к уменьшению количества приборных узлов и снижает неизбежные потери анализируемых образцов. Система ввода установки отличается простотой исполнения, очень экономична в использовании растворителей и других расходных материалов.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург (Краснов И.А., Подольская Е.П., Мурадымов М.З., Апацкая М.В., Лютвинский Я.И., Фиронов С.В., Витин А.В., Беляев К.А., Корнев Д.И., Каюмов А.А., Галль Л.Н. Краснов Н.В.)
Университет Южной Дании, Центр экспериментальной биоинформатики, Лаборатория белковых взаимодействий, Одэнс (Подтележников А.В.)

В работе рассмотрены теоретические основы применения неоднородного электростатического поля в ортогональном ускорителе времяпролетного масс-спектрометра. На примере времяпролетного масс-спектро¬метра МХ-5303, разработанного в Институте аналитического приборостроения РАН, показано, что использование монополя в схеме ортогонального ускорителя позволяет почти в 2 раза поднять разрешающую способность прибора.

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет (Голиков Ю.К.)
Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург
(Краснов Н.В., Бубляев Р.А., Туртиа С.Б., Беляев К.А.)

Рассмотрен способ получения одинаковой разрешающей способности ∆М = const в аналитическом квадрупольном масс-спектрометре в диапазоне масс 2–500 а.е.м. Это достигается заданием и сохранением строго определенного закона изменения соотношения прецизионных напряжений — постоянной составляющей U к амплитуде переменной составляющей V напряжения φ = ±(U + V cos ωt), прикладываемого к электродам квадрупольного анализатора. Предложен способ точного измерения соотношения U/V с получением кривой, которая может быть воспроизведена с высокой точностью, что сохраняет выходные электронные параметры ВЧ-генератора строго постоянными и при качественном анализаторе сохраняет ∆М = const.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург

Представлены характеристики малогабаритного прецизионного быстродействующего высокочастотного генератора аналитического квадрупольного масс-анализатора. Необходимые параметры квадрупольного анализатора, а соответственно и параметры генератора определяются, исходя из современных требований, предъявляемых к квадрупольным масс-анализаторам, входящим в состав различных масс-спектрометри¬ческих приборов и комплексов и реализующих высокоскоростные методики анализа. К таким параметрам можно отнести: долговременную точность удержания массы в пределах 0.1 а.е.м.; перескок с одной вершины пика на другую за время не более 20 мс с точностью попадания на вершину пика не хуже ±0.1 а.е.м. и длительную работу на вершине пика с этой точностью не менее 8 ч; возможность работы квадрупольного масс-анализатора в двух режимах: RF — с широким массовым окном и переходом за время порядка 1 с в режим DC/RF — разделения ионов по отношению массы к заряду.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург

Разработаны алгоритмы, позволяющие находить пептиды в базе данных аминокислотных последовательностей белков по частично интерпретированным фрагментным масс-спектрам пептидов. Показано, что использование индекса масс пептидов позволяет производить поиск одиночного образца за интерактивное время, а использование идеологии недетерминированных конечных автоматов позволяет производить поиск большого числа образцов за время чтения базы данных. Впервые разработан алгоритм, обладающий устойчивостью к ошибкам типа замены одной аминокислоты другой, либо одной из концевых масс другой.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург

Предложен способ устранения дефокусировки пучков заряженных частиц в плоскости дисперсии в краевых полях секторного дефлектора. Метод основан на создании с помощью модификации геометрии краевой области дефлектора немонотонного распределения напряженности отклоняющего электростатического поля на оптической оси.

Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург

Аналитически описана динамика роста газового пузырька под влиянием стационарного диффузионного потока на его поверхность молекул растворенного газа из окружающего пузырек сильно пересыщенного раствора. В полученной зависимости радиуса пузырька от протекшего после зарождения пузырька времени, строго учитывающей силы Лапласа в пузырьке, прослежены три физически различные стадии. Найдены характерные размеры пузырька, определяющие границы каждой из стадий, и времена, соответствующие этим стадиям. На каждой из стадий выяснены ограничения на растворимость газа, необходимые для стационарности роста пузырька.

Санкт-Петербургский государственный университет, Научно-исследовательский институт физики (Кучма А.Е., Гор Г.Ю., Куни Ф.М.)
Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург (Гор Г.Ю.)

Проанализирован метод создания сети с симметричной функцией преобразования нейронов, построенный на основе статистик высокого порядка (СВП). Показано, что такая сеть обеспечивает снижение шума нестационарного сигнала. При этом в информационно-измерительной системе хорошо подавляются шумы с распределением Гаусса и шумы с негауссовым, но симметричным распределением. Показана структура сети на основе СВП, сравнение ее с базовой структурой сети с симметричной функцией преобразования нейронов и алгоритмом обучения, использующим критерий МНК.

Санкт-Петербург