色譜分析中樣品前處理技術的發(fā)展動態(tài)

黃維妮，林子俺

(食品安全與生物分析教育部重點實驗室, 福建省食品安全分析與檢測重點實驗室,福州大學化學學院, 福建 福州 350116)

作為現代分析領域的重要手段之一,色譜可用于食品、環(huán)境、生物等復雜樣品的定性與定量分析。而樣品前處理是獲得理想色譜分析結果的必要前提,它可有效消除基質干擾、濃縮目標分析物、改善分離效能以及延長色譜儀器使用壽命。本文主要依據2020年4-5月AnalChem新發(fā)表和在線錄用的有關論文,討論色譜分析中涉及樣品前處理技術方面的最新發(fā)展動態(tài)。

1 相分離萃取技術

相分離萃取技術是基于目標分析物在萃取相和樣品之間的動態(tài)分配過程,達到樣品富集、凈化的前處理效果,主要包含由固相萃取(SPE)和液相萃取發(fā)展來的多種分離萃取形式。

SPE作為經典的樣品前處理技術,正在逐步向微型化、集成一體化發(fā)展。近期,吉林大學顧景凱課題組[1]采用Oasis HLB μElution微量萃取96孔盤對大鼠血漿、尿液和糞便中的超高相對分子質量聚環(huán)氧乙烷(1 700 kDa)進行固相萃取,通過反相液相色譜-三重四極桿/飛行時間質譜進行準確定量。微固相萃取技術使用高容量吸附劑且將淋洗體積降至25 μL,濃縮程度高,為后續(xù)分析實現高回收率和低基質效應奠定了基礎。該研究填補了生物樣品中聚環(huán)氧乙烷的定量研究空白,進一步完善了口服聚環(huán)氧乙烷的臨床代謝和排泄信息,也為分析生物樣品中具有超高相對分子質量和寬分散性的聚合物提供了新方向。

韓國科學技術研究院Cheolju Lee課題組[2]設計了一種封裝固相萃取裝置,開發(fā)了集成富集N端肽的方法(iNrich)。首先,將稀釋后的蛋白質樣品裝載在聚丙烯核磁共振管蓋內側,對氨基標記時同步預處理SPE柱。將管蓋組裝到SPE柱上端,同時塞住底部,形成密封固相萃取柱環(huán)境。胰蛋白酶等反應物可通過開蓋添加,混勻。富集完成后取下兩端蓋塞,洗脫液經LC-MS/MS分析。該分析方法構建了N端肽蛋白組學平臺,從100 μg人類細胞蛋白質中鑒定出約5 000種N端肽。SPE其他應用進展還包括發(fā)展新型吸附劑,所發(fā)展的新型吸附劑可成功提取分析尿樣中非甾體抗炎藥和高效拆分色氨酸對映異構體[3,4]。

非平衡固相微萃取技術集采樣、萃取、濃縮、進樣于一體,分析檢測速度得到極大提升。西班牙薩拉戈薩大學Cristina Nerín課題組[5]利用食品模擬物進行食品接觸材料(FCM)遷移測試實驗,發(fā)展了浸入式固相微萃取(DI-SPME)方法富集再生聚烯烴中的非故意添加物質(NIAS),選擇FCM中常見的35種參考標準品作為檢測對象,結合GC-MS評估該法作為FCM中非目標篩選NIAS的潛力。該研究優(yōu)化選擇DVB/CAR/PDMS萃取涂層,確定DI-SPME重要因子并利用響應面法優(yōu)化實驗參數。結果表明經DI-SPME-GC-MS分析,除了胺和二醇的LOD較高外,其余物質的LOD均在0.1～14.1 μg/kg。此外,國內學者郭佃順等[6]將微波輔助合成類二氧芑連接結構的共價有機骨架材料(TH-COF)作為SPME纖維涂層,應用于分析水樣中的全氟烷基化合物,效果良好。

無獨有偶,在液相萃取方面,新加坡國立大學Hian Kee Lee課題組[7]采用聚丙烯膜袋液相微萃取(MBA-LPME)富集水樣中的糖皮質激素,選擇正辛醇和表面活性劑十二烷基硫酸鈉混合溶液作萃取劑,富集系數為32～189。用UHPLC-MS分析,檢出限為0.033 1～0.166 ng/mL。該微萃取裝置可作為蠕動泵和自動進樣器的中間連接部件,搭建全自動集成分析平臺,對日常檢測水質污染物具有重要意義。捷克科學院Pavel Kubáň課題組[8]則是發(fā)展了一種新型一次性中空纖維液相微萃取裝置(HF-LPME),可在線耦合毛細管電泳(CE)分析生物樣品。多孔HF首先浸漬在有機溶液中形成支撐液膜,注入5 μL受體溶液,CE小瓶注入供體溶液。引入錐形聚丙烯微量注射器吸頭固定HF于CE小瓶中的位置,同時充當管狀電極和毛細管的導向器。攪拌萃取完畢后,直接從HF腔內進樣分析得到的受體溶液?？刹捎枚嗫装逍问綄崿F快速、簡單、自動化分析樣品。該方法成功應用于人類尿液和干血斑(DBS)樣品中基礎藥物的檢測,富集因子為37～84,檢出限為0.7～1.55 μg/L。值得注意的是,DBS洗脫可與HF-LPME富集同時進行,具有直接分析DBS樣品的巨大潛力。此外,西班牙學者[9]利用3D打印技術自制一種螺旋狀HF-LPME裝置,結合CO2泡騰可實現飲用水中消毒副產物的高倍富集。

濁點萃取法是以表面活性劑膠束水溶液的溶解性和濁點現象為基礎,通過改變溫度、pH等實驗參數引發(fā)相分離。廣州大學閆兵課題組[10]發(fā)展了濁點萃取法(CPE)富集環(huán)境水樣中金屬基納米顆粒(M-NPs),結合LC-ICP MS檢測技術,創(chuàng)新性實現M-NPs中金屬硫化物納米顆粒(MS-NPs)的定量分析。水樣中M-NPs首先富集濃縮于富含表面活性劑0.15%(m/v)Triton X-114的有機相中,期間納米顆粒的形態(tài)不變。隨后,添加去水雙(對-磺酰苯基)苯基膦化二鉀(BSPP)溶液可使膠束消失,解決分析樣品的高黏問題,同時作非MS-NPs的解離劑。通過選擇LC-ICP MS系統(tǒng)的不同分離模式,測得M-NPs總量(未經色譜柱分離)和非MS-NPs總量(經色譜柱分離),從而計算得MS-NPs總量。結果發(fā)現Ag2S-NP和ZnS-NP檢出限分別為8和15 ng/L,此技術在環(huán)境中監(jiān)測痕量M-NPs有廣泛的應用前景。

2 衍生化

衍生化可顯著提高檢測對象的可分析性,有助于應對分離分析同分異構體的挑戰(zhàn)。奧地利學者Christina Troyer課題組[11]利用Gerstel MPS2雙軌樣品制備系統(tǒng)對3種N-乙酰己糖胺異構體進行在線自動衍生化,通過軟件控制,樣品經前處理制備完成后可自動進樣至氣相色譜分離。經烷氧基化和三甲基硅烷化兩步在線衍生,開發(fā)GC-MS/MS、GC-TOFMS兩種檢測方式均可分離并定量測定3種N-乙?；前妨Ⅲw異構體,并成功應用于青霉菌實際樣中N-乙酰葡糖胺的定量分析。

建立高通量分析平臺,豐富化合物數據庫是分析人員的追求。近日,加州大學戴維斯分校Oliver Fiehn課題組與武漢大學馮鈺锜課題組[12]合作發(fā)展了一種基于2-二甲氨基乙胺(DMED)的化學衍生策略,解決羥基脂肪酸酯(FAHFA)在負電離模式質譜法中靈敏度低的問題。該法通過用正離子化的叔胺基團標記FAHFA,極大地提高了正離子模式下電噴霧質譜的電離效率,經UPLC-MS/MS分析,開發(fā)了涵蓋264種FAHFA的質譜數據庫。此外,清華大學瑕瑜課題組[13]通過在LC與ESI間設置透明的流動微反應器,基于Paternò-Büchi (PB)反應進行脂質的在線光化學衍生。同時,改進流動相組成,建立了RPLC-PB-MS/MS鑒定不同類別脂質的工作流程。該法可識別磷脂異構體中的碳碳雙鍵位置,具有大規(guī)模進行脂質定性定量分析的潛力。

3 其他

干血斑分析是將血液點在濾紙上并使之干燥,再運到實驗室分析的技術,利用遠程采集樣品解決偏遠地區(qū)分析檢測能力弱的問題。基于此技術,德國Paul W. Elsinghorst課題組[14]開發(fā)了干萃取點(DES)實現霉菌毒素遠程送檢的方法(myco DES)。首先,采用QuEChERS方法快速萃取谷物類食品中霉菌毒素,在乙腈溶液中添加檸檬酸鹽鹽析萃取分離相,添加同位素內標,通過毛細管在DES紙卡上點樣,干燥封裝。隨后模擬欠發(fā)達地區(qū)氣候運輸,最后在中心實驗室重新提取DES,可在LC-MS/MS實現定量分析。結果表明在熱帶氣候條件下儲存4周后仍可定量檢測霉菌毒素安全水平。

加拿大麥克馬斯特大學的Yu Lu課題組[15]設計了一鍋式單管處理納米蛋白組學樣品(NanoTPOT),在單個Eppendorf Lobind低蛋白吸附管中進行細胞裂解、蛋白質酶解和標記串聯(lián)質譜標簽TMT。優(yōu)化NanoTOPT工作流程,消除了樣品脫鹽需要,后由LC-MS/MS進行定量分析。該法應用于經二硫蘇糖醇處理后的Hela細胞變化,結果發(fā)現1 μg裂解物可在TMT 10-plex實驗中鑒定并定量6 935種蛋白質,充分體現了NanoTOPT在納米蛋白組學分析中的發(fā)展前景。

4 結語

以上是色譜研究中樣品前處理技術的最新成果列舉,其分析對象與檢測技術豐富多樣,但總體表現出了樣品前處理裝置更加微型化、智能化的發(fā)展趨勢。聯(lián)用色譜-質譜分析方法,樣品處理技術將會在進行高通量快速篩查化合物中扮演越來越重要的角色。