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Thierry Fouquet
9 septembre 2009
Distinction isomérique et quantification de monosaccharides par la méthode cinétique
1 Méthodes et modèles
Pôle Méthodes et Modèles
Universités Aix-Marseille I, II & III - CNRS, UMR 6264 Laboratoire Chimie Provence Spectrométries Appliquées à la Chimie Structurale
Plan
Introduction : méthode cinétique
Objectifs
Résultats Systèmes discriminants Quantification en mélange binaire
Non linéarité : observations et origine Correction
Quantification en mélange ternaire
Perspectives
09/09/20092 T. Fouquet Méthodes et modèles
Cooks, R. G. ; Wong, P. S. H. Kinetic method of making thermochemical determinations : Advances and Applications. Acc. Chem. Res. 1998, 31, 379-386.
Introduction – Méthode cinétique standard
Méthode relative approchée pour la détermination de propriétés thermochimiques en spectrométrie de masse
Mesure des cinétiques de dissociations compétitives d’un complexe simplement chargé
k2 réf --- C+
réf 1…réf n
DHr 1…DHr n
A --- C+
réf --- C+
A --- C+
réf --- C+--- AC+, réf
AESI
k1
CID
réf --- C+ ---A
3
Augusti, D. V.; Carazza, F.; Augusti, R.; Tao, W. A.; Cooks, R. G. Quantitative chiral analysis of sugars by electrospray ionization tandem mass spectrometry using modified amino acids as chiral reference compounds. Anal. Chem. 2002, 74, 3458-3462.
Méthode cinétique (2)
Appliquée à la distinction énantiomérique Discrimination par la différence d’interactions entre deux énantiomères
dans un environnement chiral
Appliquée à la distinction isomérique Même procédé Utilisée pour la distinction de peptides
réf M2+
Ai
réf
- H
+
énantiomère i énantiomère j
Ri caractéristique de Ai
métal divalent référence chirale
ratio en mélange
4
Ai CID
k1
k2
réf M2+ A - H+
réf M2+ réf - H+ESI
M2+, réf
i
i
Fraction molaire
Wu, L.;Cooks, R. G. Chiral and isomeric analysis by electrospray ionization and sonic spray ionization using the fixed-ligand kinetic method. Eur. J. Mass Spectrom. 2005, 11, 231-242
Objectifs
Distinction isomérique de trois monosaccharides par la méthode cinétique :
09/09/20095 T. Fouquet Méthodes et modèles
BiomasseBiocarburants
Principes actifsVecteurs
Stockage d’énergieReconnaissance cellulaire
D-glucoseD-galactoseD-fructose
Quantification en mélanges binaires et ternaires
Démonstration du potentiel de la méthode Intérêts :
Di-, tri- et oligosaccharides
Systèmes discriminants
métal (II)Ca Mn Fe Co Cu Zn
référenceL - AspL - ThrL - SerL - PheL - AsnL - GlnL - GluL - Arg
D - fucose
métal (II)Ca Mn Fe Co Cu Zn
référenceL - AspL - ThrL - SerL - PheL - AsnL - GlnL - GluL - Arg
D - fucose
système discriminant = métal + référence
métal (II)Ca Mn Fe Co Cu Zn
référenceL - AspL - ThrL - SerL - PheL - AsnL - GlnL - GluL - Arg
D - fucose
métal (II)Ca Mn Fe Co Cu Zn
référenceL - AspL - ThrL - SerL - PheL - AsnL - GlnL - GluL - Arg
D - fucose
métal (II)Ca Mn Fe Co Cu Zn
référenceL - AspL - ThrL - SerL - PheL - AsnL - GlnL - GluL - Arg
D - fucose
métal (II)Ca Mn Fe Co Cu Zn
référenceL - AspL - ThrL - SerL - PheL - AsnL - GlnL - GluL - Arg
D - fucose
métal (II)Ca Mn Fe Co Cu Zn
référenceL - AspL - ThrL - SerL - PheL - AsnL - GlnL - GluL - Arg
D - fucose
métal (II)Ca Mn Fe Co Cu Zn
référenceL - AspL - ThrL - SerL - PheL - AsnL - GlnL - GluL - Arg
D - fucose
trimère non formé
trimère formé : fragmentation secondaire
trimère formé : - réf majoritairement
trimère formé : - sucre majoritairement
trimère formé : dissociations compétitives
Mn/Asp et Cu/Ser choisis pour la quantification
09/09/20096
coordination environnement asymétrique
T. Fouquet Méthodes et modèles
Quantification en mélange
Mélange binaire
gal/fru
fru/glc
gal/glc
non linéarité
calibration 2 points(loi linéaire)
Calibration 5 points quantification accessible
système Cu/Ser
09/09/20097 T. Fouquet Méthodes et modèles
i i
Une origine de la non linéarité
Compétition entre analytes pour la formation/ionisation des clusters Illustration : abondance d’un cluster trimérique mesurée en MS
09/09/20098 T. Fouquet Méthodes et modèles
Correction
Une origine de cette non linéarité Compétition entre analytes pour la formation des clusters trimériques
Equilibre entre phase liquide et phase gaz proposé par Zhang et al.
relation rationnelle entre et
9 Zhang, M. Y.; Kerns, E.; McConnell, O. Observation of enantiomeric formation of trimeric complex ions [CuII(Phe)(Pro)2-H]+ using ESI. In Proceedings of the 51st ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics, Montreal, Quebec, Canada, June 8-12 2003.
ratio mesuré fraction molaire en phase liquide
Correction (2)
Régression rationnelle trois points (0, 50 et 100%) obtention des coefficients ≡ rapports des constantes d’équilibre corrélation satisfaisante
gal/fru
fru/glc
gal/glc2,33
0,87
2,51coefficients propres à un isomère dans un mélange binaire pour un système métal/référence
09/09/200910 T. Fouquet Méthodes et modèles
Quantification
Mélange ternaire
Fonction rationnelle de deux fractions molaires
influence de k sur idans le mélange i/j/k
influence de k sur j
09/09/200911 T. Fouquet Méthodes et modèles
Simplification :
Utiliser les coefficients correcteurs obtenus en mélange binaire
On évite une nouvelle calibration Trois valeurs obtenues par fraction (k=fru, gal, glc) Moyenne arithmétique fraction molaire mesurée
fraction molaire en phase liquide % ( )σ a
réellevaleurs calculées
k = fru
galglcfru
333333
35,232,032,8
fraction molaire en phase liquide % ( )σ a
réellevaleurs calculées
k = fru k = glc
galglcfru
333333
35,232,032,8
31,833,634,6
fraction molaire en phase liquide % ( )σ a
réellevaleurs calculées
k = fru k = glc k = gal
galglcfru
333333
35,232,032,8
31,833,634,6
32,736,131,2
fraction molaire en phase liquide % ( )σ a
réellevaleurs calculées
moyenne arithmétiquek = fru k = glc k = gal
galglcfru
333333
35,232,032,8
31,833,634,6
32,736,131,2
33.2 (0.5)34.0 (1.0)32.8 (0.9)
Fouquet, T. ; Charles, L. Distinction and quantitation of sugar isomers in ternary mixtures using the kinetic method. J. Am. Soc. Mass Spectrom. accepted for publication
Quantification (2)
fraction molaire en phase liquide % ( )σ a
réelle
galglcfru
333333
Binaire i/kk compétiteurj spectateur
Binaire j/kk compétiteuri spectateur
Un exemple :
12
i/j/k = i/j + j/k + i/k
Correction en mélange binaire Correction en mélange ternaire
Perspectives
Plus d’isomères en mélange Talose, mannose
Fragmentation de clusters dimériques [M(réf)(A)]+
Augmentation de la plage de mesure Détection et/ou mesure de traces
Complexification des sucres étudiés Di-, tri- et oligosaccharides
09/09/200913 T. Fouquet Méthodes et modèles
Remerciements
09/09/200914
Le Spectropôle pour l’accès privilégié aux instruments
Laurence Charles pour toute l’aide apportée
Et toutes les personnes du laboratoire sans distinction d’âge, pour toutes les choses aussi diverses que variées qu’elles ont pu apporter, conseils pour les manipulations, remarques, propositions, café, cigarettes, idées saugrenues et sans aucun débouché, railleries…
T. Fouquet Méthodes et modèles
09/09/2009T. Fouquet Méthodes et modèles
15
Merci de votre attention
21/09/2009T. Fouquet M2R CISA (Aix-Marseille III) – Ecole Centrale Marseille méthode cinétique pour la distinction isomérique
16
21/09/2009T. Fouquet M2R CISA (Aix-Marseille III) – Ecole Centrale Marseille méthode cinétique pour la distinction isomérique
17
21/09/2009T. Fouquet M2R CISA (Aix-Marseille III) – Ecole Centrale Marseille méthode cinétique pour la distinction isomérique
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Cooks, R.G. ; Koskinen J. T. ; Thomas P. D. The kinetic method of making thermochemical determinations. J. Mass Spectrom. 1999, 34, 85-92.
Méthode cinétique (3)
Hypothèses sous-jacentes
variation d’entropie négligée
« acceptable » si : similitude structurale et fonctionnelle entre analytes et références absence d’interactions intramoléculaires pas d’isomères du cluster trimérique
source d’erreurs dans la mesure de propriétés thermochimiques
Indépendance de formation des clusters pas d’influence d’un analyte j sur un analyte i
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