賽默飛離子色譜-質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)在科學(xué)檢測的應(yīng)用

撥云見日 洞見真知 | 賽默飛IC-MS聯(lián)用技術(shù)助力科學(xué)研究
                                            

 

楊占強(qiáng)、鄭洪國

導(dǎo)讀

賽默飛離子色譜-質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)（IC-MS）開啟色譜質(zhì)譜聯(lián)用新篇章，滿足了日益增長的高靈敏度與高選擇性離子分析的需求。
 

卓越質(zhì)譜檢測能力

增強(qiáng)離子分析性能

 

離子色譜（IC）主要使用離子交換的分離機(jī)理，用于分離在流動相中可電離的化合物。與常規(guī)的反相液相色譜（RPLC）和親水作用色譜（HILIC）形成較好的互補(bǔ)作用。在離子色譜中常用的檢測器主要為電導(dǎo)檢測器、電化學(xué)檢測器以及紫外檢測器。但隨著液相-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（LC-MS）和氣相-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）的快速發(fā)展，質(zhì)譜（MS）作為一種高靈敏度的定性、定量檢測技術(shù)已經(jīng)得到廣大科研工作者的認(rèn)可。隨著對高極性或離子化合物的檢測靈敏度要求越來越嚴(yán)格，質(zhì)譜檢測器已逐漸和離子色譜進(jìn)行聯(lián)用以解決高極性或可電離化合物的檢測需求。
 

 

完美對接

離子源“零”污染

 

在液相色譜分析過程中常使用甲醇、乙腈、水等質(zhì)譜可接受的溶劑作為流動相，因此液相色譜與質(zhì)譜能夠很好地進(jìn)行對接聯(lián)用。但在離子色譜中流動相通常為氫氧化鉀、碳酸鈉/碳酸氫鈉、甲烷磺酸等酸堿溶液。而這些作為流動相的酸堿溶液是不能夠直接進(jìn)入到質(zhì)譜的，否則會污染離子源，甚至?xí)�對質(zhì)譜造成損傷。

Q

那如何實現(xiàn)離子色譜與質(zhì)譜的完美對接呢？

A

這里就不得不提賽默飛離子色譜特色技術(shù)——電解再生微膜抑制器。其主要原理是在電遷移和離子交換膜作用下，將質(zhì)譜不兼容的酸堿溶液轉(zhuǎn)變成質(zhì)譜可接受的純水。
 

因此可使用抑制器進(jìn)行連續(xù)的在線除鹽，從而解決離子色譜流動相與質(zhì)譜不兼容問題，實現(xiàn)離子色譜與質(zhì)譜的完美對接。而經(jīng)抑制器除鹽后轉(zhuǎn)變成的純水，對質(zhì)譜的離子源幾乎零污染。

 

 

賽默飛IC-MS聯(lián)用技術(shù)

方案展示

 

 

方案一：

極性農(nóng)殘分析

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農(nóng)藥殘留檢測一直是食品安全的重要項目，也是國內(nèi)外公眾共同關(guān)注的熱點話題。此前先后發(fā)布了GB23200.113-2018 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 《植物源性食品中 208 種農(nóng)藥及其代謝物殘留量的測定 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法》和GB 23200.121-2021 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)《植物源性食品中331種農(nóng)藥及其代謝物殘留量的測定 液相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用法》兩個強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)。盡管上述兩國標(biāo)中推薦的GC、GC-MS、LC、LC-MS等檢測方法得到了極大的改進(jìn)，但仍有一小部分農(nóng)藥處于檢測難點，例如備受關(guān)注的草甘膦、草銨膦、乙烯利、乙磷鋁等極性農(nóng)殘等。

 

 

這一類極性農(nóng)藥具有分子量小、水溶性強(qiáng)、極性大等特點。采用氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法（GC-MS/MS）進(jìn)行測定時必須進(jìn)行衍生，但是衍生法操作條件苛刻、重現(xiàn)性差。另外，這類極性農(nóng)藥在C18柱上保留較弱甚至沒有保留，所以采用高效液相色譜-質(zhì)譜法進(jìn)行測定時極易受到干擾。而采用離子色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)正好彌補(bǔ)這一不足。

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基于此賽默飛推出了利用離子色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)測定食品中極性農(nóng)殘的方案。該方案可以滿足一針進(jìn)樣，同時分析15種化合物，包括極性陰離子型農(nóng)殘及其代謝物，以及常見陰離子型污染物。

 

 

 

 

方案二：

N-糖鏈結(jié)構(gòu)分析

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隨著糖蛋白質(zhì)組學(xué)和抗體藥研究的迅速發(fā)展，糖基化修飾也備受關(guān)注。糖基化是一種結(jié)構(gòu)多樣、復(fù)雜的蛋白質(zhì)翻譯后修飾，影響免疫球蛋白Fc效應(yīng)器功能。雖然糖基化僅占抗體總量的2-3%，但全面評估抗體分布的糖型是開發(fā)新型單抗的關(guān)鍵質(zhì)量屬性(CQA)。ICH Q6B《質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：生物技術(shù)產(chǎn)品及生物制品的檢驗方法和接受標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定“對于糖蛋白，要測定糖含量（中性糖、氨基糖、唾液酸）。此外，應(yīng)盡可能分析多肽鏈的糖結(jié)構(gòu)、寡糖圖譜（觸角形狀）和糖基化位點”。

 

 

糖分析的檢測難點:

a)  極性較大、同分異構(gòu)體較多，常規(guī)色譜柱對其保留較弱、分離效果較差；

b)  糖類化合物幾乎無紫外吸收或較弱，無法用一般檢測器直接檢測，需進(jìn)行衍生化處理。

 

糖蛋白中N-糖鏈結(jié)構(gòu)分析通常借助于LC-MS法，主要包括寡糖鏈釋放、標(biāo)記衍生、液質(zhì)聯(lián)用分析和數(shù)據(jù)處理四個步驟。但是標(biāo)記衍生會帶來標(biāo)記不完全、唾液酸的差異化丟失等問題，對檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性造成影響。而由于離子色譜的特殊性，使用電化學(xué)檢測其可以對糖類物質(zhì)直接進(jìn)行檢測，無需衍生化操作。

 

離子色譜分離糖類物質(zhì)具有以下優(yōu)勢：

a) 無需衍生化處理，可直接進(jìn)行檢測，重復(fù)性較好；

b) 專用糖分析色譜柱對糖類物質(zhì)具有較好的保留和分離效果；

c) 單雙糖、低聚糖、多聚糖、糖醇、氨基糖、酸性糖均可進(jìn)行檢測分析；

d) 脈沖安培檢測器（PAD）和質(zhì)譜檢測器（MS）對糖類物質(zhì)具有特異性響應(yīng)和高靈敏度；

 

通過結(jié)合離子色譜（IC）分離糖類物質(zhì)的優(yōu)勢和高分辨質(zhì)譜（MS）的定性能力，離子色譜-質(zhì)譜（IC-MS）聯(lián)用技術(shù)在單抗藥物、疫苗的研究中發(fā)揮越來越大的作用。

 

 

 

 

 

方案三：

非靶向代謝組學(xué)

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非靶向代謝組學(xué)（Untargeted metabolomics）通常是指采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用 (GC-MS)、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用 (LC-MS)、核磁共振法 (NMR)技術(shù)，無偏向性的檢測細(xì)胞、組織或者生物體內(nèi)收到刺激或擾動前后所有小分子代謝物種類、數(shù)量和變化規(guī)律差異化的研究。這些差異可能與臨床生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)中研究的某些疾病相關(guān)，也可能與藥物攝入后的代謝改變有關(guān)。同時進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)的鑒定，可進(jìn)一步揭示差異代謝物及其參與的代謝通路與相關(guān)生物學(xué)過程的關(guān)系。

 

但許多與初級代謝過程相關(guān)的代謝產(chǎn)物（如能量傳遞、糖代謝、TCA循環(huán)等）在生理pH值條件下具有較強(qiáng)極性或者呈離子狀態(tài)。大多數(shù)情況下，LC-MS和GC-MS是測定這些物質(zhì)常用的方法。但由于方法和樣品制備的因素，目前獲得穩(wěn)定性好，重復(fù)性高的分析結(jié)果仍有一定的挑戰(zhàn)。而離子色譜本身就是分離這些強(qiáng)極性或可電離化合物的利器。所以IC-MS聯(lián)用技術(shù)可廣泛覆蓋這些可電離的、高極性代謝產(chǎn)物。

 

目前IC-MS在非靶向代謝組學(xué)中的應(yīng)用已有諸多報道。牛津大學(xué)化學(xué)系的James S. O. McCullagh課題組使用Dionex ICS-5000+毛細(xì)管高壓離子色譜系統(tǒng)與Q-Exactive HF軌道阱高分辨率質(zhì)譜儀進(jìn)行連用，搭建了IC-MS分析平臺用于中心碳代謝（Central carbon metabolism）的研究。采用IC-MS聯(lián)用技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)431種代謝產(chǎn)物的分析，可實現(xiàn)對中心碳代謝中相關(guān)代謝物全面覆蓋，目前該文章已經(jīng)在Communications Biology期刊上發(fā)表。

 

△圖1: Principal component analysis (PCA) plot of four glioma cell lines and a QC sample analyzed using IC-MS (left) and HILICMS (right).

 

△圖2. Comparison of retention time variability over three months for HILIC-MS and IC-MS for identical samples.

[參考：Advances in metabolomics using untargeted IC-MS]

 

總結(jié)
 

IC離子分離與MS定性定量的無縫集成，利用卓越的質(zhì)譜檢測能力顯著增強(qiáng)離子分析性能，已逐漸成為離子型、強(qiáng)極性化合物分析的理想之選。

 

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