Il progetto verte sulla spettrometria di massa (MS), tecnica analitica che ha visto grandi sviluppi metodologici e strumentali nelle ultime decadi oltre ad una espansione crescente in una varietà di campi, dalla diagnostica biomedica alle indagini tossicologiche, dalle analisi ambientali alla rivelazione di droghe, armi chimiche ed esplosivi. Si propone l¿aggiornamento di uno strumento obsoleto, su cui non è più fornita assistenza, che svolge tuttavia una funzione di utilità comune per analisi MS. Inoltre, essendo accoppiato con un sistema laser modulabile nell¿infrarosso, funge da supporto per la spettroscopia ionica vibrazionale. Questa piattaforma si configura come unica in Italia. L¿aggiornamento dello spettrometro di massa consentirebbe di adeguare la piattaforma strumentale agli standard attuali, in ottemperanza con il bando che prevede la ¿sostituzione di apparecchiature obsolete di uso comune e destinate ad attività di laboratorio per ricerca e didattica¿. Per queste finalità è prevista l¿acquisizione di una sorgente ionica che permette di rivelare sostanze con polarità variabile (quali possono risultare dai vari interessi della platea dei proponenti) ed un dispositivo FAIMS. Il dispositivo FAIMS attua una separazione di ioni in funzione della loro mobilità in un determinato gas tampone, discriminando ioni isobari sulla base di caratteristiche legate a sviluppo superficiale e distribuzione di carica. Di particolare interesse per applicazioni analitiche è l¿abbattimento del rumore di fondo per la rivelazione di tracce. L¿integrazione di MS in trappola ionica con FAIMS e spettroscopia laser IR è una combinazione ottimale per l¿analisi e la caratterizzazione di prodotti di sintesi (organica, inorganica, farmaceutica), di interazioni non covalenti (host-guest, farmaco-recettore), di pattern metabolici in campioni biologici ed alimentari, di meccanismi di reazione, per citare le applicazioni di maggiore rilevanza per i proponenti.
La piattaforma strumentale ESI-FAIMS-IRMPD-MS (trappola ionica) sarebbe il primo allestimento di questo tipo in una sede nazionale. Quindi, oltre ad aprire nuove possibilità per i progetti di ricerca interni all'ateneo, può allargare l'orizzonte a interazioni con altri gruppi nazionali ed internazionali. Le competenze della proponente nella chimica ionica in fase gassosa si integreranno con le problematiche di ricerca dei vari componenti, che appartengono a settori disciplinari diversi (BIO/10, CHIM/02, CHIM/03, CHIM/06, CHIM/08, CHIM/09, CHIM/10, MED/46) per ottimizzare le prestazioni della strumentazione e fornire risultati sia di tipo analitico che di reattività/struttura in merito alle specie o alle miscele indagate. Si prospettano varie potenzialità di avanzamento delle conoscenze. Ne descriviamo due in particolare.
L'uso combinato di FAIMS con la spettroscopia IRMPD permetterà di studiare strutture molecolari e conformazioni di ioni in fase gassosa. La sorgente laser modulabile nel range 2800-3800 cm-1 rivela i modi di stretching CH/NH/OH che sono diagnostici non solo della struttura covalente ma anche di eventuali interazioni non covalenti (legame idrogeno). La possibilità di risolvere miscele di ioni isobari che differiscono per connettività o stereoisomeria, consentita da FAIMS, si integra così con una spettroscopia altamente informativa sulla struttura come la spettroscopia IR. Va detto che l'accoppiamento di un selettore basato su mobilità ionica (IM) con la spettroscopia IRMPD è stato realizzato e descritto in uno studio di P. Maitre che ha mostrato la separazione di disaccaridi in anomeri ed epimeri con un dispositivo DIMS (differential ion mobility spetrometry) montato all'ingresso dello spettrometro di massa, similmente al FAIMS.[1] I complessi, risolti tramite DIMS, sono stati quindi caratterizzati mediante spettroscopia IRMPD. In sintesi, una combinazione strumentale che unisce separazione IM e spettroscopia IRMPD è in grado di rivelare i modi vibrazionali di ioni selezionati per massa e per mobilità.
La seconda prospettiva si basa sulla reattività ione-molecola in fase gassosa. La MS a trappola ionica permette di confinare la popolazione ionica per un tempo prefissato, tipicamente alcuni secondi, durante il quale possono avere luogo reazioni ione-molecola in presenza di reagenti neutri introdotti nel bulk gas (He) presente nella trappola. Reazioni ione-molecola, oltre a rivestire un interesse fondamentale legato alla reattività intrinseca dello ione isolato, possono essere utilizzate a scopo analitico.[2] La selezione in base alla mobilità ionica di ioni isobari può trovare un complemento interessante nella rilevazione di reattività ione-molecola. Infatti, una volta ottenuta una separazione IM si pone il problema di assegnare la struttura dei componenti. Quindi strumenti di identificazione strutturale come la spettroscopia IRMPD e la reattività ione-molecola contribuiscono a chiarire e perfezionare la separazione per IM ottenuta tramite FAIMS. Un primo esempio di applicazione della reattività ione-molecola riguarda l'esposizione a reazioni di scambio idrogeno-deuterio (HDX) usando reagenti deuterati. La velocità di reazione e l'estensione di HDX da parte di biomolecole dipendono dalla conformazione (estesa verso ripiegata) che quindi rende più o meno accessibili i potenziali siti reattivi. Un secondo esempio di applicazione concerne la separazione di diastereoisomeri attraverso la reattività con reagenti chirali.[3] Qui le potenziali implicazioni riguardano in particolare la chimica farmaceutica dove la separazione di coppie enantio-/diastereomeriche è rilevante nelle proprietà terapeutiche. Esperimenti ESI-FAIMS-MS si potranno basare sulla discriminazione enantioselettiva di complessi host-guest separati in base a IM di cui viene quindi verificata la reattività nei confronti di molecole chirali. In questi studi come host può essere selezionata una porzione di sito attivo enzimatico (o suo modello), molecole farmacologicamente attive (come DOPA, amfetamina e penicillamina) possono rappresentare il guest ed infine i complessi diastereomerici possono essere esaminati in reazioni di scambio con un reagente neutro opportunamente scelto.
[1] Probing Mobility-Selected Saccharide Isomers: Selective Ion-Molecule Reactions and Wavelength-Specific IR Activation
O. Hernandez, S. Isenberg,V. Steinmetz,G.L. Glish, P. Maitre J. Phys. Chem. A 2015, 119, 6057-6064
[2] Ion-Molecule Reactions: Analytical and Structural Tool
S. Osburn, V. Ryzhov Anal. Chem. 2013, 85, 769-778.
[3] Enantiomeric Analysis of Pharmaceutical Compounds by Ion/Molecule Reactions
G. Grigorean, C. B. Lebrilla Anal. Chem. 2001,73,1684-1691.