1.液质联用技术发展的原因
仪器分析是指采用比较复杂或特殊的仪器设备,通过测量物质的某些物理或物理性质的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的一类方法。
仪器分析大致可以分为:电化学分析法、核磁共振波谱法、原子发射光谱法、气相色谱法、原子吸收光谱法、高效液相色谱法、紫外-可见光谱法、质谱分析法、红外光谱法、其它仪器分析法等。
现代科学技术的发展、生产的需要和人民生活水平的提高对分析化学提出了新的要求,为了适应科学发展,仪器分析正在向快速、准确、灵敏及适应特殊分析的方向迅速发展,仪器分析随之也将出现以下发展趋势:①方法创新进一步提高仪器分析方法的灵敏度、选择性和准确的。各种选择性检测技术和多组分同时分析技术等是当前仪器分析研究的重要课题。②分析仪器智能化微机在一起分析法中不仅只运算分析结果,而且可以储存分析方法和标准数据,控制仪器的全部操作,实现分析操作自动化和智能化。③新型动态分析检测和非破坏性检测④多种方法的联合使用仪器分析多种方法的联合使用可以使每种方法的优点得以发挥,每种方法的缺点得以补救。联用分析技术已成为当前仪器分析的重要发展方向。
高效液相色谱-质谱(HPLC-MS)联用技术是将高效液相色谱与质谱串联成为一个整机使用的检测技术。该技术自20世纪70年代进行开创研究以来,经历了长期的实践和研究过程,直到90年代大气压电离技术成熟后,各种商品化仪器相继问世,液-质联用技术才得以迅速发展,成为科研和日常分析的有力工具。
2.液质联用技术的特点
高效液相色谱是以液体溶剂作为流动相的色谱技术一般在室温下操作可以直接分析不挥发性化合物极性化合物和大分子化合物包括蛋白,多肽,多糖,多聚物等。分析范围广而且不需衍生化步骤。
质谱是强有力的结构解析工具能为结构定性提供较多的信息,是理想的色谱检测器不仅特异而且具有极高的检测灵敏度,是将一个质量选择的操作接到另一个质量选择的后面,在单极质谱给出化合物相对分子量的信息后,对准分子离子进行多极裂解。进而获得丰富的化合物碎片信息,确认目标化合物,对目标化合物定量。
串联质谱与单级质谱相比能明显改善信号的信躁比,具有更高的灵敏度及选择性,其检测水平可以达到皮克级。
色谱—质谱连用技术是当代做重要的分离和鉴定分析方法之一。气相色谱—质谱联用技术(GC—MS)发展较早,技术也较为成熟,但是气相色谱要求样品具有一定的蒸气压,只有20%左右的样品可以不经过预先处理而能够得到满意的分离效果,多数情况下需要经过适当的预先处理或衍生化,使之成为易气化的样品才能进行GC—MS分析;而液相色谱(LC)可分离极性的、离子化的、不易挥发的和热不稳定性的化合物,这使得液质联用技术具有更广阔的应用前景。同时,液质联用弥补了传统液相检测器的不足,它集液相的高分离能力和质谱的高灵敏度和高选择性于一体。HPLC可以直接分离不挥发性化合物、极性化合物和大分子化合物(包括蛋白质、多肽、多糖和多聚物等);MS灵敏度高,样品用量少,分析速度快,可得到更多的化合物的结构信息。HPLC-MS联用技术结合HPLC的高分离能力和MS的强定性能力,在生物、药物、临床医学、化工和环境等领域应用越来越广泛。
3.液质联用技术分类
目前常用的液相色谱与质谱联用具有两大分类系统,一种是从之子的离子源角度来划分,包括电喷雾离子源(ESI),大气压化学电离源(APCI),大气压光电离源(APPI)和基质辅助光解析电离源(MALDI)等;另一种是从质谱的质量分析其角度来划分,包括四级杆、离子阱、飞行时间(TOF)和傅立叶变换质谱等。ESI、APCI和APPI三种离子源大多与四级杆和离子阱质谱联用,是目前应用最广的几种液质联用仪。
从离子源角度来看,ESI适合于中高极性的化合物, 特别适合于反相液相色谱与质谱联用, 是目前液质联用中应用最广泛的一种离子化方式; 由于发展了气动辅助喷雾, 可以耐受的液相流速提高到1 m L·m in-1;通过形成多电荷离子,分子量分析范围可以扩大到 3 0左右, 可用于分析生物大分子( 如中低质量的蛋白质)。E sl 的优点还在于它是一种浓度型检测器, 因此可以不受样品量的限制, 近几年发展起来的微喷雾( μESI)和纳喷雾( n E s l )技术尤其适合微量样品的高灵敏度分析。APCI 采用电晕放电来电离气相的分析物, 因此要求被分析物具有一定的挥发性, 它最适合于中、低极性的中等分子量化合物, 不易形成多电荷, 谱图解析相对简单。A P IP是在大气压下利用光化作用将气相的被分析物离子化的技术, 其适应范围与AP CI相似, 是对A P CI 的补充。M A DL I则是将样品加人到一种能够强烈吸收入射激光的基质中, 通过能量转移产生样品的分子离子或准分子离子; 通常的做法是将pmol的样品与基质配制成一定比例的溶液, 然后取几微升该溶液置于不锈钢样品靶上, 挥干溶剂后送人质谱离子源中。MALDI的优点在于容易与TO F联用测定高质量数的分子, 其灵敏度高, 样品制备较简单, 现已被广泛应用于分析蛋白质、肤类、核昔酸、多糖以及合成聚合物等。但由于M A DL I 自身的特点,目前直接在线与L C联用的应用研究还相对较少。Boyan等在2004年的Anal.Chem.上介绍了一种可用于LC/MALDI/MS 在线连接的新接口技术—热液滴接口,它是将液相流出液经过一个热的移动管使其部分蒸发, 悬挂在移动管上的液滴被N2吹到移动管下方的加热金属板上收集起来,移动管通过机械臂前后左右移动使不同时间的L C流出液被收集在金属板上不同的位置, 金属板被加热到超过溶剂的沸点使溶剂挥干, 然后进行MALDI/MS 分析。
4.液质联用技术在药物研究中的应用
液相色谱-质谱联用技术以其高分离能力,高灵敏度,和专属性强的优势,在药物成分的鉴定分析、药物代谢研究、中成药和保健品中非法添加化学药物成分的鉴定分析以及药物残留分析等方面得到广泛的应用。
药物成分分析:中药药物成分复杂多样,分离提纯难度大,液质联用技术对样品不需要进行繁琐和复杂的前处理,因此在中药成分分析研究得到广泛应用,包括对已知成分的定性定量分析,在对未知成分的研究中,质谱检测器可以给出大量的结构信息,结合同类已知结构化合物的裂解规律,或结合其它检测方法,即可对未知成分进行直接分析。液质联用技术不仅能够对中药化学成分进行定性和定量研究,而且能够通过串联质谱给出的结构信息推测某些未知成分,对下一步研究工作具有指导意义。
②药物代谢研究:药物代谢是研究药物进入人体后,在体液、酶的作用下进行的生化反应过程,包括代谢物的鉴定、代谢途径的追踪、体内体外代谢的比较。液质联用技术在分析各种复杂生物基质中的药物代谢产物时,由于其选择性强,灵敏度高,不仅可以避免复杂、繁琐、耗时的样品前处理工作,而且能分离鉴定以往难于辨识的痕量药物代谢产物,尤其是串联质谱的应用,通过多反应监测(MRM),可以大大提高分析的专一性和灵敏度。同时利用碰撞诱导解离可将化合物的分子离子或准分子离子打碎,通过中性丢失扫描、母离子扫描和子离子扫描,并与原型药物结构信息相比较,即可鉴定出代谢产物的结构。
③中成药、保健品、食品中非法添加化学药物成分的鉴定分析:近几年来,中成药或保健品非法添加化学药物屡见不鲜,患者在不知情的情况大量服用,可能造成严重的不良反应。液相2质谱联用技术,灵敏度高的优点,越来越多地应用于中成药或保健品非法添加药物成分的鉴别,成为打假治劣的一把利剑。
④残留药物成分的鉴定分析:在液质联用技术出现以前,残留药品由于其含量很低,缺乏适用仪器,检测方法落后,因此没有引起人们的重视。随着科学技术的发展成熟,液相色谱2质谱联用技术由于其高灵敏度的优势,广泛用于残留药物分析中。
结语
液相色谱-质谱联用技术结合了色谱.质谱两者的优点,将色谱的高分离性能和质谱的高鉴别特点相结合,组成了较完美的现代分析技术,近年来,液相色谱- 质谱串联在技术及应用方面取得了很大进展,在生命科学.医药研究的各领域应用越来越广泛,且随着现代化高新技术的不断发展及液相色谱-质谱联用技术自身的优点,必将在未来几年不断发展且在药物分析中发挥越来越重要的作用。
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