Abstract
Con una separazione sempre migliore di campioni complessi e capacità di rilevamento di materiale sconosciuto, la cromatografia liquida accoppiata alla spettrometria di massa (LC-MS) è stata ampiamente utilizzata nella ricerca sulla medicina tradizionale cinese (MTC). Questo articolo descrive i principi della cromatografia liquida (LC) e della spettrometria di massa (MS) e i loro vantaggi e svantaggi nell’analisi qualitativa e quantitativa della MTC. Abbiamo recuperato la letteratura di ricerca sull’applicazione della LC-MS nella MTC pubblicata negli ultimi cinque anni in patria e all’estero. Per guidare meglio l’analisi della MTC, questa recensione si concentra principalmente sulla categoria di applicazioni di LC-MS, come spesso diversi tipi di LC-MS sono utilizzati, e la capacità qualitativa e quantitativa di vari LC-MS nello studio della MTC.
1. Introduzione
Migliaia di anni di accumulo di esperienza sulla vita e la malattia fatta dai nostri antenati finalmente tradotta in una farmacia moderna. Le erbe cinesi, con ingredienti complessi e vari, sono solitamente messe in pratica tramite prescrizione, seguendo le regole di monarca, ministro, assistente e guida. Quando vengono applicate, la quantità di singole erbe e formulazioni farmaceutiche può variare, il che può portare a cambiamenti nell’interazione tra i farmaci e il principio attivo. In diversi siti di applicazione dei farmaci, ci saranno differenze negli ingredienti. A causa della complessità della composizione chimica della MTC, diverse composizioni chimiche possono anche reagire tra loro. Anche se l’applicazione pratica ha dimostrato l’efficacia della MTC, è ancora difficile spiegare i principi attivi specifici dei farmaci della MTC nella scienza moderna. Negli ultimi anni, il metabolismo in vivo di un composto e il meccanismo d’azione sono diventati un tema caldo di ricerca della medicina cinese. Ma le sue caratteristiche, come la composizione complessa, il meccanismo di azione multitarget e multimodo, e il ruolo degli ingredienti, dà la ricerca della MTC un certo grado di difficoltà.
LC-MS integra pienamente l’alta capacità di separazione del campione di LC per campioni complessi e la forte capacità qualitativa di MS . A causa della sua alta sensibilità e selettività, la tecnica LC-MS è stata ampiamente utilizzata nella ricerca TCM.
2. LC
La cromatografia separa la miscela utilizzando le differenze del coefficiente di distribuzione tra le due fasi (fase mobile e stazionaria). Secondo lo stato della fase mobile, la cromatografia può essere divisa in gascromatografia, cromatografia liquida e cromatografia con fluido supercritico, mentre, secondo le forme geometriche della fase stazionaria, la cromatografia può essere divisa in cromatografia su colonna, cromatografia su carta e cromatografia su strato sottile. Il metodo LC più comunemente usato è la cromatografia su colonna che considera il liquido come fase mobile. La cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC) è modificata sulla base della classica cromatografia liquida su colonna.
L’applicazione della LC si divide in due categorie. Una di queste è qualitativa o quantitativa per una particolare composizione. La qualità è gestita in base alla coerenza tra il campione e il componente target nel tempo di picco. La quantificazione viene eseguita in base alla curva standard generata dopo l’iniezione di standard a diversi livelli di concentrazione. L’altro è un’impronta digitale che si riferisce alla nozione che, dopo che il campione impronta è stato disposto in qualche modo, possiamo ottenere cromatogramma o spettrogramma etichettato caratteristiche chimiche utilizzando determinati metodi di analisi.
LC ha un grande vantaggio sulla capacità di separare campioni complessi, quindi è l’opzione più efficace quando applicato a miscele separate, ma non adatto per ottenere informazioni strutturali del materiale . La qualitazione completata dal contrasto tra le posizioni dei picchi dei composti sconosciuti e gli standard non è disponibile per il monitoraggio dei composti sconosciuti.
3. MS
La spettrometria di massa è ampiamente utilizzata nel campo della ricerca TCM grazie alla sua alta selettività, alta sensibilità e capacità di fornire informazioni tra cui massa molecolare relativa e caratteristiche strutturali. La MS completa la qualità utilizzando la massa molecolare e le informazioni strutturali rilevanti e completa la quantificazione attraverso le relazioni tra il picco e il contenuto del composto che il picco rappresenta. La ionizzazione a pressione atmosferica (API) della MS ha la ionizzazione elettrospray (ESI) e la ionizzazione chimica a pressione atmosferica (APCI). Per molti tipi di composti, ESI ha un’alta sensibilità. Rispetto a ESI, APCI è adatto per i composti meno polari e l’analisi dei composti volatili. A seconda delle differenze tra gli analizzatori di massa utilizzati, la MS comune conclude lo spettro di massa a quadrupolo (Q-MS), lo spettro di massa a tempo di volo (TOF-MS), e la spettrometria di massa a trappola ionica (IT-MS) .
La spettrometria di massa tandem si riferisce a due o più MS che lavorano insieme. La spettrometria di massa tandem più comunemente usata è la spettrometria di massa a triplo quadrupolo (QQQ-MS). Al fine di utilizzare il quadrupolo per condurre la spettrometria di massa multistadio, tre quadrupoli sono posti in sequenza, che è triplo quadrupolo . Un altro tipo di spettrometria di massa tandem, come quadrupolo-time-of-flight spettrometria di massa (Q-TOF-MS) e quadrupolo-trappola ionica spettrometria di massa tandem (Q-IT-MS), consiste anche di una varietà di serie analizzatore di qualità . Trappola ionica serie di tempo può raggiungere multistage MS scansioni in sequenza in tempi diversi, quindi questo studio classificato IT-MS come spettrometro di massa tandem.
La spettrometria di massa tandem può indurre frammenti di ioni molecolari generati dalla MS di primo stadio, in base ai quali possiamo dedurre la relazione tra figlio e genitore, ottenere informazioni strutturali della molecola e quindi suggerire la struttura del composto, e condurre l’analisi qualitativa per composti noti e sconosciuti in modo più accurato.
Anche se la MS può fornire informazioni strutturali di un materiale, richiede una maggiore purezza del campione. Nella ricerca della MTC, è generalmente usata in combinazione con la LC.
4. La tecnica LC-MS
LC-MS, usando la LC come sistema di separazione e la MS come sistema di rilevamento, raggiunge finalmente lo spettro. Quando la LC e la MS lavorano insieme, possono effettuare la MS multistadio per speculare la struttura del composto, finendo così l’analisi qualitativa e quantitativa in modo più accurato.
Ricercando gli articoli sulla LC-MS nell’applicazione delle letterature di ricerca della MTC pubblicate negli ultimi cinque anni in patria e all’estero, abbiamo trovato che potrebbero essere separati in due categorie, cioè, LC-Q-MS e LC-MS/MS. Al fine di analizzare le differenze e i vantaggi e gli svantaggi di ciascun metodo, i documenti sono stati classificati in base alla differenza di spettrometria di massa tandem.
4.1. LC-Q-MS
LC-Q-MS può essere utilizzato per condurre analisi qualitative e quantitative per i componenti standard, come mostrato nella tabella 1. Quando si conduce l’analisi qualitativa, possiamo ottenere informazioni strutturali attraverso la scansione degli ioni positivi o negativi. Possiamo anche chiarire a quale tipo di sostanza appartiene la struttura chimica confrontandola con le letterature standard. La LC-Q-MS quantifica i composti in base alla selezione di ioni specifici per il monitoraggio. In assenza di standard, LC-Q-MS può condurre l’analisi qualitativa per la sostanza utilizzando forti caratteristiche qualitative della spettrometria di massa.
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LC-Q-MS può analizzare qualitativamente le sostanze, ma alcuni isomeri o sostanze di peso molecolare identico devono essere ulteriormente esplorati, le cui strutture richiedono di essere ulteriormente identificate con riferimento alla spettrometria di massa multistadio. Inoltre, una qualità imprecisa porta a distorsioni della quantificazione.
4.2. LC-MS/MS
4.2.1. LC-IT-MS
IT-MS cattura diversi range di qualità di ioni facendo uso di diverse dimensioni di tensione RF applicata agli elettrodi ad anello. Ha alta sensibilità, e un singolo IT-MS può raggiungere funzioni di spettrometria di massa multilivello.
IT-MS può realizzare scansioni MS multistadio in diversi ordini cronologici, fornendo ingrediente MSn frammentazione, quindi, è adatto per la materia qualitativa, fornendo informazioni strutturali per l’identificazione di composizione sconosciuta, come mostrato nella tabella 2. Nello studio della MTC, LC-IT-MS è comunemente usato nella composizione qualitativa.
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4.2.2. LC-QQQ-MS
Triple quadrupole significa che tre quadrupoli sono disposti in modo ordinato. Ogni quadrupolo ha una funzione separata. Le modalità di scansione del quadrupolo triplo includono la modalità di scansione completa, la modalità di scansione dello ione prodotto, la modalità di scansione dello ione genitore, la modalità di scansione di perdita neutra, la modalità di scansione dello ione selezionato e la modalità di scansione di monitoraggio di reazioni multiple. Alcuni studi sono utilizzati per la qualità. Rispetto a LC-QQ-MS, LC-QQQ-MS può selezionare particolari ioni per collidere e analizzare i frammenti dopo la collisione. LC-QQQ-MS può rilevare lo ione genitore e lo ione figlia allo stesso tempo, quindi è accurato, sensibile e completo. LC-QQQ-MS può essere applicato a una gamma più ampia. Rispetto ad altri spettrometri di massa tandem, il triplo quadrupolo ha la migliore riproducibilità quantitativa. LC-QQQ-MS è il metodo quantitativo di sostanze più comunemente conosciuto.
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4.2.3. LC-Q-TOF-MS
LC-Q-TOF-MS è generalmente usato per la qualità. Ha una maggiore sensibilità di rilevamento e risoluzione di massa. LC-Q-TOF-MS può misurare accuratamente la massa.
LC-Q-TOF-MS è principalmente utilizzato per l’analisi qualitativa del materiale, come mostrato nella tabella 4. Rispetto a diversi altri spettrometri di massa tandem, ha vantaggi nella sensibilità di rilevamento, precisione di massa e risoluzione. L’alta risoluzione e la precisione di massa danno alla LC-Q-TOF-MS una migliore capacità qualitativa per gli ioni frammento. È anche più convincente quando si distingue la struttura degli ioni e gli isomeri oltre ad analizzare le strutture sconosciute in questo metodo.
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5. Conclusioni
Rispetto a LC-MS e LC-MS/MS, la ricerca di LC-MS/MS è condotta relativamente di più, che ha una maggiore precisione di analisi qualitativa per i composti noti e sconosciuti. LC-IT-MS, a causa della sua capacità di più livelli di spettrometria di massa, ha una performance migliore quando si valuta una struttura di composizione sconosciuta. LC-Q-IT-MS ha una migliore qualità di risoluzione rispetto alla LC-IT-MS. Rispetto agli altri tre tipi di LC-MS/MS, LC-QQQ-MS è stato trovato per essere più spesso applicato per la ricerca, con una migliore capacità quantitativa di altri. La sua capacità qualitativa è buona, ma non così buona come LC-Q-TOF-MS ancora. LC-Q-TOF-MS è usato principalmente per l’analisi qualitativa della materia. Alcune delle sue capacità sono relativamente eccellenti, come la sensibilità di rilevamento, la precisione di massa e la risoluzione.
I metodi quantitativi sono diversi tra i diversi metodi LC-MS, mentre i metodi quantitativi sono fondamentalmente gli stessi, perché tutti i metodi quantitativi richiedono standard con concentrazioni diverse. I metodi quantitativi sono solitamente divisi in due tipi diversi: il metodo standard esterno e il metodo standard interno. Il metodo standard esterno significa che, per condurre l’analisi quantitativa, viene generata una curva standard il cui asse orizzontale rappresenta le concentrazioni e l’asse verticale rappresenta l’area dello spettro del picco di colore. Poi, secondo l’area del picco, l’analisi qualitativa può essere fatta. Il metodo dello standard interno significa che lo standard interno con concentrazione nota viene aggiunto alle soluzioni del campione e della sostanza ibrida di riferimento in primo luogo; quindi, viene generata una curva standard il cui asse orizzontale rappresenta il rapporto tra la concentrazione del campione di riferimento e la concentrazione del campione standard interno e l’asse verticale rappresenta il rapporto tra l’area del picco standard e l’area del picco standard interno. Infine, viene iniettato il campione standard interno. Secondo l’area di picco degli indicatori di prova e dello standard interno, l’analisi qualitativa può essere fatta.
Nella ricerca della MTC, si conclude che la LC-Q-TOF-MS è una scelta migliore nell’analisi qualitativa mentre la LC-QQQ-MS si dimostra migliore per l’analisi quantitativa. L’analisi quantitativa viene eseguita utilizzando uno standard specifico con una concentrazione specifica. L’analisi qualitativa può misurare la struttura di alcuni ingredienti sconosciuti e ipotizzare le loro attribuzioni in base alle informazioni fornite dalla letteratura di ricerca esistente e dal database. La convalida dello standard è la più accurata per il materiale qualitativo. A causa della composizione complessa e delle capacità sconosciute della MTC, i metodi di ricerca non possono ancora soddisfare il bisogno. Ulteriori ricerche ed esplorazioni sono ancora necessarie.
Interessi concorrenti
Tutti gli autori dichiarano di non avere interessi concorrenti.
Riconoscimenti
Questo lavoro è sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China (no. 81273925).