A folyadékkromatográfia-tömegspektrometria alkalmazásai és jellemzői a hagyományos kínai orvoslás elemzésében

Abstract

A komplex minták egyre jobb elválasztása és az ismeretlen anyagok kimutatása révén a hagyományos kínai orvoslás (TCM) kutatásában széles körben használják a tömegspektrometriával kombinált folyadékkromatográfiát (LC-MS). Ez a cikk ismerteti a folyadékkromatográfia (LC) és a tömegspektrometria (MS) elveit, valamint előnyeiket és hátrányaikat a TCM minőségi és mennyiségi elemzésében. Az LC-MS TCM-ben való alkalmazásáról szóló, az elmúlt öt évben itthon és külföldön megjelent kutatási irodalmakat kerestük. A TCM elemzésének jobb irányítása érdekében ez az áttekintés elsősorban az LC-MS alkalmazási kategóriájára összpontosít, arra, hogy milyen gyakran használják a különböző típusú LC-MS-eket, valamint a különböző LC-MS-ek minőségi és mennyiségi képességére a TCM vizsgálatában.

1. Bevezetés

Az őseink által az életről és a betegségekről felhalmozott több ezer éves tapasztalatok végül modern gyógyszertárrá váltak. Az összetett és különböző összetevőket tartalmazó kínai gyógynövényeket általában receptre, az uralkodó, a miniszter, az asszisztens és a vezető szabályai szerint alkalmazzák a gyakorlatban. Alkalmazáskor az egyes gyógynövények és gyógyszerkészítmények mennyisége változhat, ami a gyógyszerek és a hatóanyag közötti kölcsönhatás megváltozásához vezethet. A különböző gyógyszeralkalmazási helyeken különbségek lesznek az összetevőkben. A TCM kémiai összetételének összetettsége miatt a különböző kémiai összetételek egymással is reakcióba léphetnek. Bár a gyakorlati alkalmazás bebizonyította a TCM hatékonyságát, a modern tudományban még mindig nehéz megmagyarázni a TCM konkrét gyógyszerhatóanyagait. Az utóbbi években egy vegyület in vivo anyagcseréje és hatásmechanizmusa a kínai orvoslás forró kutatási témájává vált. De jellemzői, mint például a komplex összetétel, a többcélú és többféle hatásmechanizmus és az összetevők szerepe, bizonyos fokú nehézséget ad a TCM kutatásának.

Az LC-MS teljes mértékben integrálja az LC mintájának magas elválasztási kapacitását a komplex mintákhoz és az MS erős minőségi képességét. Nagy érzékenysége és szelektivitása miatt az LC-MS technikát széles körben használják a TCM kutatásában .

2. LC

A kromatográfia a keveréket a két fázis (mozgó és állófázis) közötti eloszlási együttható különbségének felhasználásával választja szét. A mobil fázis állapota szerint a kromatográfia gázkromatográfiára, folyadékkromatográfiára és szuperkritikus folyadékkromatográfiára, míg az állófázis geometriai formái szerint a kromatográfia oszlopkromatográfiára, papírkromatográfiára és vékonyrétegkromatográfiára osztható. A leggyakrabban használt LC-módszer az oszlopkromatográfia, amely a folyadékot tekinti mobil fázisnak. A nagy teljesítményű folyadékkromatográfia (HPLC) a klasszikus folyékony oszlopkromatográfián alapuló módosított módszer.

Az LC alkalmazása két kategóriába sorolható. Az egyik a minőségi vagy mennyiségi egy adott összetételre. A minőségi kezelés a minta és a célkomponens közötti konzisztencia szerint történik a csúcsidőben . A kvantitást a különböző koncentrációjú standardok befecskendezése után létrehozott standardgörbe szerint végzik. A másik az ujjlenyomat, amely arra a fogalomra utal, hogy miután az ujjlenyomat minta valamilyen módon rendelkezett, bizonyos elemzési módszerek alkalmazásával kromatogramot vagy spektrogramot jelölt kémiai jellemzőket kaphatunk.

AzLC nagy előnye a komplex minták elválasztásának képessége, így ez a leghatékonyabb lehetőség, ha keverékek elválasztására alkalmazzák, de nem alkalmas az anyag szerkezeti információinak megszerzésére . Az ismeretlen vegyületek és a standardok csúcspozíciói közötti kontraszt által befejezett minősítés nem áll rendelkezésre az ismeretlen vegyületek nyomon követésére.

3. MS

A tömegspektrometriát széles körben használják a TCM kutatás területén a nagy szelektivitás, a nagy érzékenység és a relatív molekulatömeget és a szerkezeti jellemzőket is tartalmazó információk szolgáltatásának képessége miatt. Az MS kiegészíti a minősítést a molekulatömeg és a vonatkozó szerkezeti információk felhasználásával, és kiegészíti a mennyiségi meghatározást a csúcs és a vegyülettartalom összefüggéseivel, amelyet a csúcs reprezentál. Az MS légköri nyomású ionizációja (API) elektroszpray ionizációval (ESI) és légköri nyomású kémiai ionizációval (APCI) rendelkezik . Számos vegyülettípus esetében az ESI nagy érzékenységgel rendelkezik. Az ESI-vel összehasonlítva az APCI alkalmas a kevésbé poláris vegyületek és az illékony vegyületek elemzésére. A használt tömeganalizátorok közötti különbségektől függően a közös MS a kvadrupolos tömegspektrumot (Q-MS), a repülési idő tömegspektrumot (TOF-MS) és az ioncsapda tömegspektrometriát (IT-MS) foglalja magában .

A tandem tömegspektrometria két vagy több MS együttes működésére utal. A leggyakrabban használt tandem tömegspektrometria a háromszoros kvadrupol tömegspektrometria (QQQ-MS). A többlépcsős tömegspektrometria kvadrupolos elvégzéséhez három kvadrupolt helyeznek egymás után, ami tripla kvadrupolos . A tandem tömegspektrometria egy másik típusa, például a kvadrupolos repülési idő tömegspektrometria (Q-TOF-MS) és a kvadrupolos ioncsapda tandem tömegspektrometria (Q-IT-MS), szintén különböző minőségi elemzősorozatokból áll . Az ioncsapdás idősorozat többlépcsős MS-szkenneléseket végezhet egymás után különböző időpontokban, ezért ez a tanulmány az IT-MS-t tandem tömegspektrométerként kategorizálta.

A tandem tömegspektrometria képes az első lépcsős MS által generált molekulaionok fragmentumainak indukálására, amely szerint következtethetünk a gyermek és a szülő közötti kapcsolatra, a molekula szerkezeti információit megkaphatjuk, majd javaslatot tehetünk a vegyület szerkezetére, és pontosabban elvégezhetjük az ismert és ismeretlen vegyületek minőségi elemzését.

Az MS ugyan képes egy anyag szerkezeti információit biztosítani, de nagyobb tisztaságot igényel a minta számára. A TCM-kutatásban általában LC-vel kombinálva alkalmazzák.

4. LC-MS

Az LC-MS technika az LC-t elválasztó rendszerként és az MS-t detektáló rendszerként használva végül eléri a spektrumot. Amikor az LC és az MS együtt dolgoznak, többlépcsős MS-t végezhetnek a vegyület szerkezetének megsejtésére, így pontosabban fejezik be a minőségi és mennyiségi elemzést .

Az elmúlt öt év során itthon és külföldön megjelent TCM kutatási irodalmak alkalmazásában az LC-MS-ről szóló cikkeket visszakeresve megállapítottuk, hogy két kategóriába sorolhatók, azaz LC-Q-MS és LC-MS/MS. A különbségek, valamint az egyes módszerek előnyeinek és hátrányainak elemzése érdekében a dolgozatokat a tandem tömegspektrometria különbsége szerint osztályoztuk.

4.1. LC-Q-MS

Az LC-Q-MS használható a standard komponensek minőségi és mennyiségi elemzésének elvégzésére, amint azt az 1. táblázat mutatja. A kvalitatív analízis elvégzésekor a pozitív vagy negatív ionok letapogatásával szerkezeti információkat nyerhetünk . Azt is világossá tehetjük, hogy a kémiai szerkezet milyen anyaghoz tartozik a standard irodalmakkal való összehasonlítással . Az LC-Q-MS a vegyületek mennyiségi meghatározását a megfigyelésre kiválasztott specifikus ionok kiválasztása alapján végzi . Standardok hiányában az LC-Q-MS a tömegspektrometria erős minőségi jellemzőinek felhasználásával elvégezheti az anyag minőségi elemzését .

Az LC-Q-MS képes az anyagok minőségi elemzésére, de egyes izomereket vagy azonos molekulatömegű anyagokat tovább kell vizsgálni, amelyek szerkezetét többlépcsős tömegspektrometriára való hivatkozással tovább kell azonosítani. Ezenkívül a pontatlan minőségi meghatározás a mennyiségi meghatározás torzításához vezet.

4.2. LC-MS/MS

4.2.1. Az LC-IT-MS

IT-MS a gyűrűelektródákra alkalmazott különböző méretű RF-feszültséget használva különböző minőségű iontartományt rögzít. Nagy érzékenységgel rendelkezik, és egyetlen IT-MS többszintű tömegspektrometriás funkciókat képes megvalósítani .

Az IT-MS képes idősoros, többlépcsős MS letapogatások megvalósítására különböző időrendi sorrendben, összetevő MSn fragmentációt biztosítva; így alkalmas minőségi anyagokra, szerkezeti információkat szolgáltatva ismeretlen összetételű anyagok azonosításához, amint az a 2. táblázatban látható. A TCM tanulmányozásában az LC-IT-MS-t gyakran használják a minőségi összetételben .

4.2.2. LC-QQQ-MS

A hármas kvadrupol azt jelenti, hogy három kvadrupol van rendezetten elhelyezve. Minden kvadrupolnak külön funkciója van. A háromszoros kvadrupol letapogatási módjai közé tartozik a teljes letapogatási mód, a termékion letapogatási mód, a szülőion letapogatási mód, a semleges veszteség letapogatási mód, a kiválasztott ion letapogatási mód és a több reakciót figyelő letapogatási mód .

Az LC-QQQQ-MS-t elsősorban mennyiségi meghatározásra használják, amint az a 3. táblázatban látható. Néhány vizsgálatot minősítésre használnak . Az LC-Q-QQ-MS-sel összehasonlítva az LC-QQQ-MS képes kiválasztani bizonyos ionokat az ütközéshez, és az ütközés után elemezni a fragmentumokat. Az LC-QQQ-MS képes az anya-iont és a leányiont egyszerre detektálni, így pontos, érzékeny és átfogó. Az LC-QQQ-MS szélesebb körben alkalmazható. Más tandem tömegspektrométerekkel összehasonlítva a háromszoros kvadrupol a legjobb mennyiségi reprodukálhatósággal rendelkezik. Az LC-QQQ-MS a legismertebb anyagkvantitatív módszer.

4.2.3. LC-Q-TOF-MS

Az LC-Q-TOF-MS-t általában a minősítésre használják. Nagyobb detektálási érzékenységgel és tömegfelbontással rendelkezik. Az LC-Q-TOF-MS képes a tömeg pontos mérésére .

Az LC-Q-TOF-MS-t elsősorban az anyagok minőségi elemzésére használják , amint az a 4. táblázatban látható. Számos más tandem tömegspektrométerrel összehasonlítva előnyei vannak a kimutatási érzékenység, a tömegpontosság és a felbontás tekintetében. A nagy felbontás és a tömegpontosság az LC-Q-TOF-MS-nek jobb minőségi képességet biztosít a fragmentumionok esetében. Az ismeretlen szerkezetek elemzése mellett az ionok szerkezetének és izomerjeinek megkülönböztetése is meggyőzőbb ebben a módszerben .