赛默飞色谱及质谱

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拨云见日 洞见真知 | 赛默飞IC-MS联用技术助力科学研究

时间:2023-02-23      阅读:521

原创 飞飞 赛默飞色谱与质谱中国

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杨占强、郑洪国

导读

 

赛默飞离子色谱-质谱联用系统(IC-MS)开启色谱质谱联用新篇章,满足了日益增长的高灵敏度与高选择性离子分析的需求。

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卓越质谱检测能力

增强离子分析性能

 

离子色谱(IC)主要使用离子交换的分离机理,用于分离在流动相中可电离的化合物。与常规的反相液相色谱(RPLC)和亲水作用色谱(HILIC)形成较好的互补作用。在离子色谱中常用的检测器主要为电导检测器、电化学检测器以及紫外检测器。但随着液相-质谱联用技术(LC-MS)和气相-质谱联用技术(GC-MS)的快速发展,质谱(MS)作为一种高灵敏度的定性、定量检测技术已经得到广大科研工作者的认可。随着对高极性或离子化合物的检测灵敏度要求越来越严格,质谱检测器已逐渐和离子色谱进行联用以解决高极性或可电离化合物的检测需求。

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完美对接

离子源污染

 

在液相色谱分析过程中常使用甲醇、乙腈、水等质谱可接受的溶剂作为流动相,因此液相色谱与质谱能够很好地进行对接联用。但在离子色谱中流动相通常为氢氧化钾、碳酸钠/碳酸氢钠、甲烷磺酸等酸碱溶液。而这些作为流动相的酸碱溶液是不能够直接进入到质谱的,否则会污染离子源,甚至会对质谱造成损伤。

 

Q

那如何实现离子色谱与质谱的完美对接呢?

A

这里就不得不提赛默飞离子色谱特色技术——电解再生微膜抑制器。其主要原理是在电迁移和离子交换膜作用下,将质谱不兼容的酸碱溶液转变成质谱可接受的纯水。

 

因此可使用抑制器进行连续的在线除盐,从而解决离子色谱流动相与质谱不兼容问题,实现离子色谱与质谱的完美对接。而经抑制器除盐后转变成的纯水,对质谱的离子源几乎零污染。

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赛默飞IC-MS联用技术

方案展示

 

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方案一:

极性农残分析

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农药残留检测一直是食品安全的重要项目,也是国内外公众共同关注的热点话题。此前先后发布了GB23200.113-2018 食品安全国家标准 《植物源性食品中 208 种农药及其代谢物残留量的测定 气相色谱-质谱联用法》和GB 23200.121-2021 食品安全国家标准《植物源性食品中331种农药及其代谢物残留量的测定 液相色谱质谱联用法》两个强制性国家标准。尽管上述两国标中推荐的GCGC-MSLCLC-MS等检测方法得到了极大的改进,但仍有一小部分农药处于检测难点,例如备受关注的草甘膦、草铵膦、乙烯利、乙磷铝等极性农残等。

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这一类极性农药具有分子量小、水溶性强、极性大等特点。采用气相色谱-串联质谱法(GC-MS/MS)进行测定时必须进行衍生,但是衍生法操作条件苛刻、重现性差。另外,这类极性农药在C18柱上保留较弱甚至没有保留,所以采用高效液相色谱-质谱法进行测定时极易受到干扰。而采用离子色谱-质谱联用技术正好弥补这一不足。

 

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基于此赛默飞推出了利用离子色谱-质谱联用技术测定食品中极性农残的方案。该方案可以满足一针进样,同时分析15种化合物,包括极性阴离子型农残及其代谢物,以及常见阴离子型污染物。

 

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方案二:

N-糖链结构分析

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随着糖蛋白质组学和抗体药研究的迅速发展,糖基化修饰也备受关注。糖基化是一种结构多样、复杂的蛋白质翻译后修饰,影响免疫球蛋白Fc效应器功能。虽然糖基化仅占抗体总量的2-3%,但全面评估抗体分布的糖型是开发新型单抗的关键质量属性(CQA)ICH Q6B《质量标准:生物技术产品及生物制品的检验方法和接受标准》中明确规定对于糖蛋白,要测定糖含量(中性糖、氨基糖、唾液酸)。此外,应尽可能分析多肽链的糖结构、寡糖图谱(触角形状)和糖基化位点

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糖分析的检测难点:

a)  极性较大、同分异构体较多,常规色谱柱对其保留较弱、分离效果较差;

b)  糖类化合物几乎无紫外吸收或较弱,无法用一般检测器直接检测,需进行衍生化处理。

 

糖蛋白中N-糖链结构分析通常借助于LC-MS法,主要包括寡糖链释放、标记衍生、液质联用分析和数据处理四个步骤。但是标记衍生会带来标记不完全、唾液酸的差异化丢失等问题,对检测结果的准确性造成影响。而由于离子色谱的特殊性,使用电化学检测其可以对糖类物质直接进行检测,无需衍生化操作。

 

离子色谱分离糖类物质具有以下优势:

a) 无需衍生化处理,可直接进行检测,重复性较好;

b) 专用糖分析色谱柱对糖类物质具有较好的保留和分离效果;

c) 单双糖、低聚糖、多聚糖、糖醇、氨基糖、酸性糖均可进行检测分析;

d) 脉冲安培检测器(PAD)和质谱检测器(MS)对糖类物质具有特异性响应和高灵敏度;

 

通过结合离子色谱(IC)分离糖类物质的优势和高分辨质谱(MS)的定性能力,离子色谱-质谱(IC-MS)联用技术在单抗药物、疫苗的研究中发挥越来越大的作用。

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方案三:

非靶向代谢组学

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非靶向代谢组学(Untargeted metabolomics)通常是指采用气相色谱-质谱联用 (GC-MS)、液相色谱-质谱联用 (LC-MS)、核磁共振法 (NMR)技术,无偏向性的检测细胞、组织或者生物体内收到刺激或扰动前后所有小分子代谢物种类、数量和变化规律差异化的研究。这些差异可能与临床生物标志物发现中研究的某些疾病相关,也可能与药物摄入后的代谢改变有关。同时进行化学结构的鉴定,可进一步揭示差异代谢物及其参与的代谢通路与相关生物学过程的关系。

 

但许多与初级代谢过程相关的代谢产物(如能量传递、糖代谢、TCA循环等)在生理pH值条件下具有较强极性或者呈离子状态。大多数情况下,LC-MSGC-MS是测定这些物质常用的方法。但由于方法和样品制备的因素,目前获得稳定性好,重复性高的分析结果仍有一定的挑战。而离子色谱本身就是分离这些强极性或可电离化合物的利器。所以IC-MS联用技术可广泛覆盖这些可电离的、高极性代谢产物。

 

目前IC-MS在非靶向代谢组学中的应用已有诸多报道。牛津大学化学系的James S. O. McCullagh课题组使用Dionex ICS-5000+毛细管高压离子色谱系统与Q-Exactive HF轨道阱高分辨率质谱仪进行连用,搭建了IC-MS分析平台用于中心碳代谢(Central carbon metabolism)的研究。采用IC-MS联用技术能够实现431种代谢产物的分析,可实现对中心碳代谢中相关代谢物全面覆盖,目前该文章已经在Communications Biology期刊上发表。

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

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

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

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总 结

 

IC离子分离与MS定性定量的无缝集成,利用卓越的质谱检测能力显著增强离子分析性能,已逐渐成为离子型、强极性化合物分析的理想之选。

 

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