Abstrait
Avec une séparation de plus en plus améliorée des échantillons complexes et des capacités de détection des matières inconnues, la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse (LC-MS) a été largement utilisée dans la recherche sur la médecine traditionnelle chinoise (MTC). Cet article décrit les principes de la chromatographie liquide (CL) et de la spectrométrie de masse (SM) ainsi que leurs avantages et inconvénients dans l’analyse qualitative et quantitative de la MTC. Nous avons récupéré des documents de recherche sur l’application de la LC-MS dans la MTC publiés au cours des cinq dernières années en France et à l’étranger. Pour mieux guider l’analyse de la MTC, cette revue se concentre principalement sur la catégorie d’applications de LC-MS, la fréquence d’utilisation de différents types de LC-MS, et la capacité qualitative et quantitative de divers LC-MS dans l’étude de la MTC.
1. Introduction
Des milliers d’années d’accumulation d’expériences sur la vie et la maladie faites par nos ancêtres ont finalement été traduites en une pharmacie moderne. Les herbes chinoises, avec des ingrédients complexes et variés, sont généralement mises en pratique par prescription, en suivant les règles de monarque, ministre, assistant et guide. Lors de l’application, la quantité d’herbes individuelles et de formulations pharmaceutiques peut varier, ce qui peut entraîner des changements dans l’interaction entre les médicaments et l’ingrédient actif. Dans différents sites d’application de médicaments, il y aura des différences dans les ingrédients. En raison de la complexité de la composition chimique de la MTC, différentes compositions chimiques peuvent également réagir entre elles. Bien que l’application pratique ait prouvé l’efficacité de la MTC, il est encore difficile d’expliquer les principes actifs spécifiques des médicaments de la MTC dans la science moderne. Ces dernières années, le métabolisme in vivo et le mécanisme d’action d’un composé sont devenus un sujet de recherche brûlant en médecine chinoise. Mais ses caractéristiques, telles que la composition complexe, le mécanisme d’action multicible et multimode, et le rôle des ingrédients, donne à la recherche de la MTC un certain degré de difficulté.
LC-MS intègre pleinement la capacité de séparation élevée de l’échantillon de LC pour les échantillons complexes et la forte capacité qualitative de MS . En raison de sa haute sensibilité et de sa sélectivité, la technique LC-MS a été largement utilisée dans la recherche sur la MTC .
2. LC
La chromatographie sépare le mélange en utilisant les différences du coefficient de distribution entre les deux phases (phase mobile et phase stationnaire). Selon l’état de la phase mobile, la chromatographie peut être divisée en chromatographie gazeuse, chromatographie liquide et chromatographie à fluide supercritique, tandis que, selon les formes géométriques de la phase stationnaire, la chromatographie peut être divisée en chromatographie sur colonne, chromatographie sur papier et chromatographie sur couche mince. La méthode de CL la plus couramment utilisée est la chromatographie sur colonne qui considère le liquide comme phase mobile. La chromatographie liquide à haute performance (HPLC) est modifiée sur la base de la chromatographie sur colonne de liquide classique.
L’application de la LC est divisée en deux catégories. L’une d’entre elles est qualitative ou quantitative pour une composition particulière. La qualification est gérée en fonction de la cohérence entre l’échantillon et le composant cible dans le temps de pic . La quantification est gérée en fonction de la courbe standard générée après l’injection de standards à différents niveaux de concentration. L’autre est une empreinte digitale qui se réfère à la notion que, après l’échantillon d’empreintes digitales a été disposé d’une certaine manière, nous pouvons obtenir chromatogramme ou spectrogramme étiqueté caractéristiques chimiques en utilisant certaines méthodes d’analyse.
LC a un grand avantage sur la capacité de séparer des échantillons complexes, de sorte qu’il est l’option la plus efficace lorsqu’il est appliqué à séparer les mélanges, mais ne convient pas pour obtenir des informations structurelles de la matière . La qualification terminée par le contraste entre les positions de pic des composés inconnus et les normes n’est pas disponible pour le suivi des composés inconnus.
3. MS
La spectrométrie de masse est largement utilisée dans le domaine de la recherche MTC en raison de sa haute sélectivité, de sa haute sensibilité et de sa capacité à fournir des informations, y compris la masse moléculaire relative et les caractéristiques structurelles. La MS complète la qualification en utilisant la masse moléculaire et les informations structurelles pertinentes et complète la quantification par les relations du pic et du contenu du composé que le pic représentait. L’ionisation à pression atmosphérique (API) de la SM comporte l’ionisation par électronébulisation (ESI) et l’ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI) . Pour de nombreux types de composés, l’ESI a une sensibilité élevée. Par rapport à l’ESI, l’APCI convient aux composés moins polaires et à l’analyse des composés volatils. Selon les différences entre les analyseurs de masse utilisés, les MS communs concluent le spectre de masse quadripolaire (Q-MS), le spectre de masse à temps de vol (TOF-MS) et la spectrométrie de masse à piège à ions (IT-MS) .
La spectrométrie de masse en tandem fait référence à deux ou plusieurs MS travaillant ensemble. La spectrométrie de masse en tandem la plus couramment utilisée est la spectrométrie de masse à triple quadripôle (QQQ-MS). Afin d’utiliser un quadripôle pour effectuer une spectrométrie de masse en plusieurs étapes, trois quadripôles sont placés de manière séquentielle, ce qui constitue le triple quadripôle . Un autre type de spectrométrie de masse en tandem, comme la spectrométrie de masse à temps de vol quadripolaire (Q-TOF-MS) et la spectrométrie de masse en tandem à piège à ions quadripolaire (Q-IT-MS), consiste également en une variété de séries d’analyseurs de qualité . La série de temps de piège à ions peut réaliser des balayages MS multiétapes séquentiellement à des moments différents, de sorte que cette étude a catégorisé IT-MS comme spectromètre de masse en tandem.
La spectrométrie de masse en tandem peut induire des fragments d’ions moléculaires générés par la MS de première étape, selon laquelle nous pouvons déduire la relation entre l’enfant et le parent, obtenir des informations structurelles de la molécule et ensuite suggérer la structure du composé, et effectuer l’analyse de qualitation pour les composés connus et inconnus plus précisément.
Bien que la MS puisse fournir des informations structurelles d’un matériau, elle nécessite une pureté plus élevée pour l’échantillon. Dans la recherche sur la MTC, elle est généralement utilisée en combinaison avec la LC.
4. LC-MS
La technique LC-MS, utilisant la LC comme système de séparation et la MS comme système de détection, réalise finalement le spectre. Lorsque la LC et la MS travaillent ensemble, ils peuvent effectuer une MS à plusieurs étapes pour spéculer sur la structure du composé, terminant ainsi l’analyse qualitative et quantitative avec plus de précision .
En retrouvant les articles sur la LC-MS dans l’application des littératures de recherche de la MTC publiées au cours des cinq dernières années dans le pays et à l’étranger, nous avons constaté qu’ils pouvaient être séparés en deux catégories, à savoir, LC-Q-MS et LC-MS/MS. Afin d’analyser les différences et les avantages et inconvénients de chaque méthode, les articles ont été classés en fonction de la différence de spectrométrie de masse en tandem.
4.1. LC-Q-MS
La LC-Q-MS peut être utilisée pour effectuer une analyse qualitative et quantitative pour les composants standard, comme le montre le tableau 1. Lors de l’analyse qualitative, nous pouvons obtenir des informations structurelles par le balayage des ions positifs ou négatifs . Nous pouvons également déterminer clairement à quel type de substance appartient la structure chimique en la comparant à la littérature standard. La LC-Q-MS quantifie les composés en se basant sur la sélection d’ions spécifiques à surveiller . En l’absence de normes, le LC-Q-MS peut effectuer l’analyse qualitative de la substance en utilisant les caractéristiques qualitatives fortes de la spectrométrie de masse .
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LC-Q-MS peut analyser les substances de manière qualitative, mais certains isomères ou substances de poids moléculaire identique doivent être explorés plus en profondeur, dont les structures nécessitent d’être identifiées davantage en se référant à la spectrométrie de masse à plusieurs étapes. De plus, une qualification inexacte entraîne un biais de quantification.
4.2. LC-MS/MS
4.2.1. LC-IT-MS
L’IT-MS capture une gamme de qualité différente d’ion faisant usage de différentes tailles de tension RF appliquée aux électrodes annulaires. Il a une sensibilité élevée, et un seul IT-MS peut réaliser des fonctions de spectrométrie de masse à plusieurs niveaux .
L’IT-MS peut réaliser des balayages MS multiétapes en série dans le temps dans différents ordres chronologiques, fournissant une fragmentation MSn de l’ingrédient ; ainsi, il est approprié pour la matière qualitative, fournissant des informations structurelles pour l’identification de la composition inconnue, comme indiqué dans le tableau 2. Dans l’étude de la MTC, LC-IT-MS est couramment utilisé dans la composition qualitative .
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4.2.2. LC-QQQ-MS
Triple quadripôle signifie que trois quadripôles sont placés de manière ordonnée. Chaque quadrupôle a une fonction distincte. Les modes de balayage du triple quadripôle comprennent le mode de balayage complet, le mode de balayage de l’ion produit, le mode de balayage de l’ion parent, le mode de balayage de la perte de neutralité, le mode de balayage de l’ion sélectionné et le mode de balayage de surveillance des réactions multiples .
LC-QQQ-MS est principalement utilisé pour la quantification , comme indiqué dans le tableau 3. Certaines études sont utilisées pour la qualification . Par rapport à la LC-Q-MS, la LC-QQQ-MS peut sélectionner des ions particuliers pour entrer en collision et analyser les fragments après la collision. La LC-QQQ-MS peut détecter l’ion parent et l’ion fille en même temps, elle est donc précise, sensible et complète. La LC-QQQ-MS peut être appliquée à une gamme plus large. Comparé aux autres spectrométries de masse en tandem, le triple quadripôle présente la meilleure reproductibilité quantitative. La LC-QQQ-MS est la méthode quantitative de substance la plus connue.
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4.2.3. LC-Q-TOF-MS
La LC-Q-TOF-MS est généralement utilisée pour la qualité. Elle a une sensibilité de détection et une résolution en masse plus élevées. La LC-Q-TOF-MS peut mesurer avec précision la masse .
La LC-Q-TOF-MS est principalement utilisée pour l’analyse qualitative des matériaux , comme le montre le tableau 4. Comparée à plusieurs autres spectrométries de masse en tandem, elle présente des avantages en matière de sensibilité de détection, de précision de masse et de résolution. La résolution et la précision de masse élevées confèrent à la LC-Q-TOF-MS une meilleure capacité qualitative pour les ions fragments. Il est également plus convaincant lors de la distinction de la structure des ions et des isomères en plus de l’analyse des structures inconnues dans cette méthode .
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5. Conclusions
Par rapport à LC-MS et LC-MS/MS, la recherche de LC-MS/MS est menée relativement plus, qui a une plus grande précision de l’analyse qualitative pour les composés connus et inconnus. La LC-IT-MS, en raison de sa capacité à réaliser des niveaux multiples de spectrométrie de masse, a une meilleure performance lors de l’évaluation de la structure d’une composition inconnue. La LC-Q-IT-MS a une meilleure qualité de résolution que la LC-IT-MS. Comparé aux trois autres types de LC-MS/MS, le LC-QQQ-MS est plus souvent utilisé pour la recherche, avec une meilleure capacité quantitative que les autres. Sa capacité qualitative est bonne, mais pas encore aussi bonne que celle du LC-Q-TOF-MS. La LC-Q-TOF-MS est principalement utilisée pour l’analyse qualitative de la matière. Certaines de ses capacités sont relativement excellentes, comme la sensibilité pour la détection, la précision de la masse et la résolution.
Les méthodes qualitatives sont différentes parmi les différentes méthodes LC-MS, alors que les méthodes quantitatives sont fondamentalement les mêmes, car toutes les méthodes quantitatives nécessitent un standard avec des concentrations différentes. Les méthodes quantitatives sont généralement divisées en deux types différents : la méthode standard externe et la méthode standard interne. La méthode de l’étalon externe signifie que, pour effectuer l’analyse quantitative, on génère d’abord une courbe standard dont l’axe horizontal représente les concentrations et l’axe vertical la surface du pic de couleur. Ensuite, l’analyse qualitative peut être effectuée en fonction de la surface du pic. La méthode de l’étalon interne signifie que l’étalon interne avec une concentration connue est d’abord ajouté aux solutions de l’échantillon et de la substance de référence hybride ; ensuite, une courbe standard est générée dont l’axe horizontal représente le rapport entre la concentration de l’échantillon de référence et la concentration de l’échantillon de l’étalon interne et l’axe vertical représente le rapport entre la surface du pic de l’étalon et la surface du pic de l’étalon interne. Enfin, l’échantillon standard interne est injecté. Selon la surface du pic des indicateurs de test et de l’étalon interne, l’analyse qualitative peut être effectuée.
Dans la recherche sur la MTC, on conclut que le LC-Q-TOF-MS est un meilleur choix pour l’analyse qualitative tandis que le LC-QQQ-MS s’avère meilleur pour l’analyse quantitative. L’analyse quantitative est réalisée à l’aide d’un standard spécifique avec une concentration spécifique. L’analyse qualitative permet de mesurer la structure de certains ingrédients inconnus et de spéculer sur leurs attributions en fonction des informations fournies par les ouvrages de recherche et les bases de données existantes. La validation de la norme est la plus précise pour le matériel qualitatif. En raison de la composition complexe et des capacités inconnues de la MTC, les méthodes de recherche ne peuvent pas encore répondre aux besoins. D’autres recherches et explorations sont encore nécessaires.
Intérêts concurrents
Tous les auteurs déclarent qu’ils n’ont pas d’intérêts concurrents.
Remerciements
Ce travail est soutenu par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (no 81273925).