https://www.cphi.cn 2023-12-16 22:14 来源：CPHI制药在线 作者：roger
虽然液相质谱价格比较昂贵，但随着工业的发展，越来越多实验室把液相质谱应用到药物分析当中，形成有效的质量监控体系。液相质谱可以应用于药物代谢学、药物残留检测、基因毒性、药物代谢动力学等的研究。随着仪器及其配套智能化软件的不断改进，建立一种生物样品中药物、代谢物或其他物质的测定方法逐渐变得简便起来。但是在实际应用中，药物分析方法学研究仍然面临许多挑战，例如：待测物什么情况下需要采用衍生化，并且如何选择合适的衍生化试剂；如何有效地对体内多组分样品进行同时测定；如何正确地认识并且科学地评价基质效应和残留效应；如何正确处理高通量分析和专属性之间的关系等。
如何有效地使用液相质谱成为药物分析的一个重点难点问题。本文基于前期的研究，总结出一些关键步骤以及应用解决方案。
步骤1，首先，根据化合物的结构，判断其是否适用于液相质谱的检测。
这是最重要的一个步骤，并不是所有的化合物都能够在液相质谱显示非常好的响应值，这与化合物的结构存在相关性。能够被液相质谱测定的物质，大部分是能够在液相质谱内电离成正负离子或者形成加合离子，例如氢离子加合、钾离子加合、铵根离子加合等等。以噁唑菌酮为例，即使其结构存在N原子、O原子，但其在液相质谱响应值并不高，需要加入乙酸铵进行铵根离子加合才能提高其响应值。那么，什么样的结构才更适合在液相质谱测定？笔者总结出各种不同结构类型的化学物质，根据其结构提出不同的处理方式，提高其在液相质谱的响应值。相关内容发表成国内外为数不多的比较详细的应用总结[1-2]。
图１ 噁唑菌酮结构式与加合形式
步骤2，当化合物结构不适合在液相质谱检测时，考虑是否进行衍生反应。
衍生反应在提高化合物响应值方面有着广泛的应用，但衍生反应对化合物的结构有一定的要求，选用什么类型的衍生方式同样重要（见表1）。如果化合物没有合适的官能团，那么选择合适的衍生方式就具有挑战性。常见能够进行衍生反应的官能团有羟基、氨基、双键、三键等基团。药物中的基因毒性分析，经常采用衍生方式在液相质谱测定基因毒物的含量[3]。关于衍生反应方面的综述比较多，详见参考文献[1-5]。
表1 衍生反应的类型与试剂
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物质类型 |
反应类型 |
衍生试剂 |
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醛酮类化合物 |
腙化反应 |
苯并吖啶酮-5-乙酸酰肼、罗丹明B酰肼 |
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醇类化合物 胺类化合物 |
亲核反应 酯化或酰胺化反应 |
丹磺酰氯衍生、2-氟-1-甲基吡啶、罗丹明B |
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烯烃、炔烃 |
官能团化反应 |
亚砜氯化物、高锰酸钾、过氧苯甲酸等 |
步骤3，当化合物没有适合衍生的官能团时，考虑是否采用一些特殊的化学反应。
大部分离子源，例如ESI、APCI等，都是采用高压电进行离子化。这时，质谱分析过程中会发生化学氧化还原或者电晕氧化还原反应两类反应[6]。例如，在水溶液中：2H2O-4e-=4H++O2，在氯化钠溶液中：2Cl--2e-=Cl2。与此同时，电晕放电能够产生大量的活性氧物质，例如•O、•NO、O3、H2O2等，这些活性氧物质与分析物发生氧化还原反应，从而为液相质谱测定物质提供条件。比较典型的例子是杀螟丹的测定，杀螟丹在离子源转化成比较稳定的沙蚕毒素，从而被检测得到，见图2。
图2 杀螟丹液相质谱测定示意图
在流动相或者外界条件中添加其它物质进行光化学反应也是一种很好的方式。例如在流动相里添加丙酮、二苯甲酮等进行在线光化学反应(PB光化学反应)，可以精确鉴定碳碳双键的位置和双键异构体的相对含量[7]。
步骤4，当衍生、特殊化学反应等措施都不奏效时，可以考虑购买不同类型的离子源。
离子源价格比较昂贵，但采用常见的化学手段效果不理想时，选购新的离子源也是一种可以考虑的方式。比较适用于研究的离子源有APCI、DESI、DART、APPI等，见表2。
表2 不同离子源的测定物质
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离子源类型 |
测定物质 |
可能涉及的离子化原理 |
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APCI |
多溴联苯、三硝 基甲苯等 |
放电针电晕放电 |
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APPI |
多环芳烃等 |
光能激发气态分子 |
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DESI |
黑索 今等 |
电喷雾离子化 |
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DART |
低分子小分子 |
辉光放电形成等离子体 |
步骤5，根据药物的特性，选用合适的净化手段。
目前，药物分析的样品前处理技术报道屡见不鲜，例如，固相萃取(SPE)、固相微萃取、加速溶剂萃取、超临界流体萃取、液-液分配、凝胶渗透色谱、分散固相萃取(QuEChERS)、基质固相分散等技术。液-液分配是比较常用的一种提取净化方式，但对于药物等基质复杂的物质，显然，液-液分配并不足够应付日常工作。科学家们相继发明了SPE等净化方式，从而有效地去除基质的干扰，基于SPE研究基础上，分散固相萃取(QuEChERS)、固相微萃取等技术发展迅速。加速溶剂萃取、超临界流体萃取、凝胶渗透色谱等手段具有各自的特点，选用这些净化方式，主要考虑成本等因素。因此，实验室可根据成本、效率等，选用合适的净化手段。
本文总结了应用液相质谱进行药物分析的相应步骤，为不同类型的实验室，例如药物代谢研究、药物残留研究、药物原料或者辅料质量控制、基因毒性控制等，提供可参考的应用步骤，从而提高检测效率。
[1]刘纲勇,罗杰鸿,黄锦波.液相质谱测定非极性或弱极性物质的研究进展[J].广州化学, 2020, 45(01): 60-65．
[2]Hayen H，Karst U. Strategies for the liquid chromatographic–mass spectrometric analysis of non-polar compounds[J]. Journal of Chromatography A，2003，1000(1):549.
[3]王康林,孙月婷.液相色谱-质谱-衍生化测定伊马替尼中甲磺酸乙酯基因毒性杂质[J].广东化工,2017,44(20):210-211.
[4]Quirke J M E, Adams C L, Berkel G J V. Chemical Derivatization for Electrospray Ionization Mass Spectrometry. 1. Alkyl Halides, Alcohols, Phenols, Thiols, and Amines[J]. Analytical Chemistry, 1994, 66(8):1302-1315.
[5]Van Berkel G J ， Quirke J M ， Adams C L . Derivatization for electrospray ionization-mass spectrometry. 4. Alkenes and alkynes[J]. Rapid Commun Mass Spectrom，2015，14(10):849-858.
[6]裴继影,侯壮豪.质谱电喷雾离子源中电化学与电晕放电氧化还原反应的研究进展[J].分析测试学报,2018,37(12):1508-1513.
[7]Ma X，Xia Y．Pinpointing Double Bonds in Lipids by Paternò-Büchi Reactions and Mass Spectrometry[J]．Angewandte Chemie International Edition，2014，53(10)：2592-2596．
作者简介：@roger，广东广州人，硕士研究生，工程师，主要研究方向为分析方法学，仪器原理与研制，凝聚态物理，电学理论与超导体理论，理论物理等等。
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