色谱联用技术在药物分析中应用及发展

2014-12-22徐颖李豪修佳等

中国医药科学 2014年22期

徐颖　李豪　修佳　等

[摘要]临床药物研究中对原料药和制剂的含量测定日益严格，特别是中国药典中对特殊物质和有机杂质的鉴别和分析日趋复杂，对一些治疗窗口窄，安全范围小的药物进行血药浓度检测迫在眉睫，为优化合成路线，提高药品质量，药物分析技术的日新月异为药物检测提供保障。本研究对新型色谱联用技术在分析领域进行分析整理，了解色谱分析技术的特点和进展，为药物治疗和物质检测提供科学指导。各种分析方法各独特的优势，在灵敏度，特征性，检测速度各有所长。采用色谱联用技术，可以优势互补，将是未来发展趋势。色谱作为分离手段，光谱充当鉴定工具，两者取长补短，已成为当今分析领域中复杂成分样品分析的主要方法。

[关键词] 色谱联用；药物分析

[中图分类号] R917 [文献标识码] A [文章编号] 2095-0616（2014）22-35-03

色谱技术（hyphenated techniques in chromatography，HTC）是将具有高分离效能的色谱技术与能够获得丰富化学结构信息的光谱技术相结合的现代分析技术。目前，随着临床药理学、药动学、生物药剂学及治疗药物浓度监测等领域的迅猛发展，各种色谱联用技术在药品质量、环境科学、生命科学、法医学、商业检验研究工作中成为最引人瞩目的前沿技术之一。色谱技术因其理论的深入研究，技术的日异完善，仪器和组件的不断更新，使其在分析领域显示出强大的优势。

1 气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）

气相色谱与有机质谱的联用系统（GC-MS）是最早实现（1957年）的联用仪。70年代，GC-MS已开始作为商品出售；80年代，已开始普及应用；迄今技术日臻成熟，广泛应用于医药卫生、石油化工、环境保护和生命科学等领域。目前气-质联用在联用技术应用中十分活跃，它的成功应用能使样品的分离、鉴定和定量一次完成，毛细管气相色谱与质谱联用的检测限已达10-9g～10-12g水平[1]。对于药物分析的发展也起到了很大的促进作用，例如GC-MS在合成产物的确证，有机合成反应中副产物的鉴定，中药未知成分的鉴定，药物代谢物的研究等方面均是最重要的工具之一。

该方法利用了质谱仪扫描快、灵敏度高的特点，而且用电子轰击离子源（EI）所获得的质谱，碎片信息量大，重复性好。因此GC-MS联用仪多具有10万或几十万张质谱的数据库，以供比对定性。气相色谱仪可以看作是质谱仪的进样系统，相反也可以把质谱仪看作是色谱仪的检测器。因质谱仪

灵敏度高、特征性强、要求分析试样必须是高度纯净物（除MS-MS联用技术外），色谱技术为质谱分析提供了色谱纯化的试样，质谱仪则提供准确的结构信息。

虽然GC-MS联用仪是最成熟的联用装置，但由于受样品的挥发性限制或极性的影响，分析前常常需要衍生化处理后再分析，因此使用范围不如LC-MS广泛。但在其分析范围内该法具有高分辨能力和高灵敏度，仍然是分析工作者经常选择的方法。

2 高效液相色谱-质谱（HPLC-MS）

高效液相色谱-质谱联用技术是90年代发展成熟的分析技术，它集HPLC的高分离能力与MS的高灵敏度、极强的结构解析能力、高度的专属性和通用性、分析速度快于一体，已成为药品质量控制（包括药物中微量杂质、降解产物、药物生物转化产物的分析鉴定）、药用植物成分分析、体内药物和药物代谢研究中其它方法所不能取代的有效工具[2]。HPLC法可以分离的化合物范围远较GC法为大，与GC-MS联用技术相比较，GC法对样品的极性和热稳定性有一定要求，因此在GC-MS联用技术分析前，样品的预处理极为重要。LC-MS联用分析前样品预处理简单，一般不要求水解或者衍生化，可以直接用于药物及其代谢物的同时分离和鉴定。LC-MS技术集液相色谱的高分离能力与质谱的高灵敏度和极强的定性、专属性于一体，成为其他方法所不能取代的有效分析工具：（1）样品适用范围宽。一般不要求水解或者衍生化处理，即可直接用于检测强极性化合物，如结合型代谢产物。LC-MS可测定的相对分子质量范围很宽，一般为50～2000m/z，有的仪器可达50～6000m/z，而且能够检测多种结构的化合物。（2）检测灵敏度高。能够对复杂基质中痕量的组分进行定性和定量分析。（3）可提供结构信息。通过软电离方式，一级质谱中的准分子离子峰和加合离子峰可以给出分子量信息。（4）利用碰撞诱导裂解能够进行多级质谱分析，可提供丰富的化学结构信息。HPLC-MS的不足主要为：（1）由于离子化问题，对部分化学成分的响应差，不能分析所有结构类型的化合物。（2）对色谱流动相的组成有限制，不宜使用非挥发性缓冲盐，挥发性缓冲盐的浓度也应控制在10mmol/L以下，在一定程度上降低了LC-MS的应用范围。（3）所提供的化学结构信息尚不足以彻底解决化合物的鉴定问题，尤其对阐明化合物的基团连接位置和立体构型等缺乏证据。随着科学技术的不断进步，LC-MS技术还可能得到进一步发展。

3 电喷雾离子-质谱技术（ESI-MS）

ESI-MS是由 Yamashita和Fenn在1984年发明的一种大气压电离技术[3]，在大气压状态下各种物质以液体状态通过各种接口进样，离子蒸发各种物质，进样液滴直径变小，表面离子化加大，电荷密度增加，挥发度高的离子优先从样孔射出，进入气相，形成的离子样品通过锥孔、聚焦透镜进入质谱仪随后被检测出来。其特点是：（1）离子聚集、离子活化，离子肼产生，质荷比分析等都在一个空间中进行，离子传输损失减少，碎片峰的干扰大幅减少；（2）通过电喷雾离子化后，样品进入质谱仪的性态多样性，有单电荷的准分子离子，有多电荷的生物大分子，包括蛋白质、酶类、核酸和多肽等，在质谱图上呈现多电荷特征离子峰图，特征峰突出，使检测分析质量大幅提高，检测范围扩大，在药物筛选、农药检测、中药成分鉴定等应用前景广阔。（3）灵敏度高，可以检测10-8M以下的物质，微量物质的检测优势明显。（4）既可以定性，又可以定量分析，可提供检测物质的分子结构和分子质量的详细信息，对于复杂混合物的分析优势明显。有学者应用ESI-MS技术对三氯苯达唑原料药、克林霉素有关物质、长春花生物碱、莲子心生物碱进行研究分析[4]，均取得很好的分离作用，质谱图出峰时间短，峰形尖锐，效果明显，实验证明ESI-MS技术对药物分析手段限制小，应用范围广阔，在快速鉴定微量物质方面前景广阔。endprint

4 高速逆流色谱技术（HSCCC）

HSCCC是由美国国立健康研究院Ito Y博士等研发出来的新型液液分配技术[5]，其原理为：不用任何固体作载体，互不相容的两相溶剂在绕成线圈的聚四氟乙烯管内做高速行星式运转，当螺旋管分离柱绕公轴以800r/min高速旋转时，靠近公轴的两相溶剂混合，远离共轴的两相溶剂静置分层，达到流动力学平衡时，开始进样，样品在两相反复快速分离混合，最终按照分配系数的大小依次洗脱，从而达到分离的目的。随着分析技术的不断进步，又开发出正胶轴色谱分离技术（CCC）[6]，双向逆流色谱技术（DuCCC）[7]，PH-区带精制逆流色谱技术（PH zone refining CCC）[8]，它们在旋转原理，固定相和流动相的选择，解离常数和疏水性的不同各具优势，对分离天然大分子蛋白、复杂成分中药分离、食品药品检测和环境污染检测都发挥不可替代的作用。国内外学者使用这项技术分离提纯检测黄酮类化合物，农药残留，筛选活性物质等[9-11]都取得理想的分离目的。分析型HSCCC还可以与光谱或色谱连用，发挥各自优势，建立中药指纹图谱，确定化合物分子结构发挥重要作用。HSCCC以其分辨率高，洗脱方式多样，重现性好，与其他分析仪兼容性强，性能可靠在天然药物研究中发挥重要作用。

5 免疫亲和色谱技术（LAC）

免疫亲和色谱技术是利用含偶联抗体的固定相做亲和层析住，选择性可逆吸附待测物抗原物质，达到从复杂化合物中分离提纯目标物的目的[12]。在LAC应用中，有目的依据不同化合键作用原理，有目的的选择亲和配位体，发挥对目标分子独特的亲和能力，识别特征物质。可同时进行筛选天然药物的活性成分和不同成分的分离[13]。利用被测物质反应原性，待测物质粗提液流经免疫吸附柱时，对抗体有特殊亲和力的抗原物质吸附到色谱柱，使被测物质选择性的提取和浓缩[14-15]。其特点是：（1）专属性、选择性强，只有特定的抗原抗体复合物可以识别；（2）提纯、富集效果好，由于只对特性集团产生吸附作用，操作简便，分离度高。（3）可重复使用，对色谱柱毒化作用低，可反复活化使用。现与其他色谱技术联合分析方法多种，固定化金属亲和色谱（IMAC），凝集素亲和色谱（ALAC），细胞膜亲和色谱（CMC），分子烙印亲和色谱（MIC）等[16]。亲和色谱技术应用广泛，纯化分离天然药物活性蛋白，筛选天然药物活性成分，对天然药物质量控制，研究天然药物作用机制等都发挥都特作用。

6 近红外光谱（NIRS）技术

近红外光谱（near-infrared spectrophotometry，NIRS）是一种用于鉴定有机物质十分有用的技术。近红外光谱是中红外光谱（mid-infrared spectrum，MIRS；2500～25000nm）中C-H，N-H，O-H和S-H的共振吸收，具有高信息量。波长范围为780～2526nm（12820～3959cm-1），而且该光谱取决于粒子大小、多晶型、残留溶剂、湿度等等因素，因此待测物光谱的鉴定不可能直接与参比物质光谱比较后确定，常常需要将所得数据经合适有效的数学处理后方能进行[17]。近红外光谱技术具有操作简便、分析速度快、无需耗损样品和化学试剂，及易于实现现场分析等特点[18]。随着计算机技术的不断发展，在药物分析领域得到愈益广泛的应用。

药品快速检验技术是运用在药品检验上一项新的技术，这一新技术的研究和发展对于及时发现假劣药品发挥着重要的作用。运用快检技术是现场检查中提供发现假劣药品的初筛手段和方法，同时对可疑药品进行暂控，大大缩短了抽检周期。同时也节省了资源，提高了监督抽验的阳性率，而且可以防止假劣药品的转移和流失，有效的打击不法分子，为广大人民群众用药安全有效做出很大贡献，进一步净化了我们的药品市场。目前近红外快速鉴别系统具有400多个通用定性分析模型，40个定量分析模型，基本可以满足市场中的常见药品快速筛查[19]。化学系统鉴别法将常用的13类化学药品按其结构分别建立了37个鉴别系统，实现了对同系物药物的互相区分，可以对各类制剂的560余种药品实行快速鉴别。中成药化学快速鉴别系统可对182种中成药实现了快速鉴别。中药材快速鉴别系统已经建立了230种中药材的快检方法[20]；药品信息查询技术可实现对19余万条药品质量信息数据的实时查询。

药物分析技术的不断进步，色谱技术的飞速发展，为临床药物检测，中药复杂成分分析，食品安全环境污染检测提供保障。色谱技术正朝着联用化，智能化，微量化，自动化发展。随着各个学科不断渗透，更多新的色谱技术还会不断涌现，检测手段也会日益丰富。

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