Aplicațiile și caracteristicile cromatografiei lichide-spectrometrie de masă în analiza medicinei tradiționale chinezești

Abstract

Cu o separare din ce în ce mai bună a probelor complexe și a capacităților de detectare a materialelor necunoscute, cromatografia lichidă cuplată cu spectrometria de masă (LC-MS) a fost utilizată pe scară largă în cercetarea medicinei tradiționale chinezești (TCM). Acest articol descrie principiile cromatografiei lichide (LC) și ale spectrometriei de masă (MS), precum și avantajele și dezavantajele acestora în analiza calitativă și cantitativă a TCM. Am recuperat literatură de cercetare despre aplicarea LC-MS în TCM publicată în ultimii cinci ani în țară și în străinătate. Pentru a ghida mai bine analiza TCM, această recenzie se concentrează în principal pe categoria de aplicații ale LC-MS, cât de des sunt utilizate diferite tipuri de LC-MS și capacitatea calitativă și cantitativă a diferitelor LC-MS în studiul TCM.

1. Introducere

Mii de ani de acumulare de experiență privind viața și boala făcută de strămoșii noștri s-au tradus în cele din urmă într-o farmacie modernă. Ierburile chinezești, cu ingrediente complexe și variate, sunt de obicei puse în practică prin prescripție medicală, urmând regulile de monarh, ministru, asistent și ghid. Atunci când se aplică, cantitatea de plante unice și de formulări farmaceutice poate varia, ceea ce poate duce la schimbări în interacțiunea dintre medicamente și ingredientul activ. În diferite locuri de aplicare a medicamentelor, vor exista diferențe în ceea ce privește ingredientele. Din cauza complexității compoziției chimice a TCM, diferite compoziții chimice pot, de asemenea, să reacționeze între ele. Deși aplicarea practică a dovedit eficacitatea MTC, este încă dificil să se explice ingredientele active specifice ale medicamentelor din MTC în știința modernă. În ultimii ani, metabolismul in vivo al unui compus și mecanismul de acțiune au devenit un subiect fierbinte de cercetare în medicina chineză. Dar caracteristicile sale, cum ar fi compoziția complexă, mecanismul de acțiune cu mai multe ținte și mai multe moduri de acțiune și rolul ingredientelor, conferă cercetării MTC un anumit grad de dificultate.

LC-MS integrează pe deplin capacitatea ridicată de separare a probei de LC pentru probe complexe și capacitatea calitativă puternică a MS . Datorită sensibilității și selectivității sale ridicate, tehnica LC-MS a fost utilizată pe scară largă în cercetarea TCM .

2. LC

Cromatografia separă amestecul folosind diferențele de coeficient de distribuție dintre cele două faze (faza mobilă și faza staționară). În funcție de starea fazei mobile, cromatografia poate fi împărțită în cromatografie în fază gazoasă, cromatografie lichidă și cromatografie cu fluid supercritic, în timp ce, în funcție de formele geometrice ale fazei staționare, cromatografia poate fi împărțită în cromatografie pe coloană, cromatografie pe hârtie și cromatografie în strat subțire. Cea mai frecvent utilizată metodă LC este cromatografia pe coloană, care consideră lichidul ca fază mobilă. Cromatografia lichidă de înaltă performanță (HPLC) este modificată pe baza cromatografiei clasice cu coloană de lichid.

Aplicațiile LC sunt împărțite în două categorii. Una dintre ele este calitativă sau cantitativă pentru o anumită compoziție. Calitativul este gestionat în funcție de consistența dintre eșantion și componenta țintă în timpul de vârf . Cuantificarea se realizează în funcție de curba standard generată după ce standardele sunt injectate la diferite niveluri de concentrație. Cealaltă este amprenta care se referă la noțiunea că, după ce proba de amprentă a fost dispusă într-un anumit mod, putem obține caracteristici chimice etichetate prin cromatogramă sau spectrogramă folosind anumite metode de analiză.

LC are un mare avantaj privind capacitatea de separare a probelor complexe, astfel încât este cea mai eficientă opțiune atunci când este aplicată pentru a separa amestecuri, dar nu este potrivită pentru a obține informații structurale ale materialului . Calitatea terminată prin contrastul dintre pozițiile de vârf ale compușilor necunoscuți și standardele nu este disponibilă pentru monitorizarea compușilor necunoscuți.

3. MS

Spectrometria de masă este utilizată pe scară largă în domeniul cercetării TCM datorită selectivității sale ridicate, sensibilității ridicate și capacității de a furniza informații, inclusiv masa moleculară relativă și caracteristicile structurale. SM completează calificarea folosind masa moleculară și informațiile structurale relevante și completează cuantificarea prin relațiile dintre vârf și conținutul compusului pe care îl reprezintă vârful. Ionizarea la presiune atmosferică (API) a MS are ionizare prin electrospray (ESI) și ionizare chimică la presiune atmosferică (APCI) . Pentru multe tipuri de compuși, ESI are o sensibilitate ridicată. În comparație cu ESI, APCI este potrivită pentru compușii mai puțin polari și pentru analiza compușilor volatili. În funcție de diferențele dintre analizoarele de masă utilizate, SM obișnuite concluzionează spectrometria de masă cvadrupolară (Q-MS), spectrometria de masă cu timp de zbor (TOF-MS) și spectrometria de masă cu capcană de ioni (IT-MS) .

Spectrometria de masă în tandem se referă la două sau mai multe SM care lucrează împreună. Cea mai frecvent utilizată spectrometrie de masă în tandem este spectrometria de masă triplu-cadrupolară (QQQ-MS). Pentru a utiliza cuadripolul pentru a efectua spectrometria de masă în mai multe etape, trei cuadripoli sunt plasați secvențial, ceea ce reprezintă triplu cuadripol . Un alt tip de spectrometrie de masă în tandem, cum ar fi spectrometria de masă cu cuadrupol cu timp de zbor (Q-TOF-MS) și spectrometria de masă în tandem cu cuadrupol cu capcană de ioni (Q-IT-MS), constă, de asemenea, într-o varietate de serii de analizoare de calitate . Seria de timp cu capcană de ioni poate realiza scanări MS în mai multe etape, secvențial, la momente diferite, astfel încât acest studiu a clasificat IT-MS ca spectrometru de masă în tandem.

Spectrometria de masă în tandem poate induce fragmente de ioni moleculari generați de MS în prima etapă, în funcție de care putem deduce relația dintre copil și părinte, putem obține informații structurale ale moleculei și apoi putem sugera structura compusului și putem efectua analiza calitativă pentru compuși cunoscuți și necunoscuți cu mai multă precizie.

Deși MS poate furniza informații structurale ale unui material, necesită o puritate mai mare pentru eșantion. În cercetarea TCM, se utilizează în general în combinație cu LC.

4. LC-MS

Tehnica LC-MS, folosind LC ca sistem de separare și MS ca sistem de detecție, realizează în final spectrul. Atunci când LC și MS lucrează împreună, acestea pot efectua MS în mai multe etape pentru a specula structura compusului, finalizând astfel analiza calitativă și cantitativă cu mai multă acuratețe.

Retrivind lucrările privind LC-MS în aplicarea literaturii de cercetare a TCM publicate în ultimii cinci ani în țară și în străinătate, am constatat că acestea pot fi separate în două categorii, și anume LC-Q-MS și LC-MS/MS. Pentru a analiza diferențele și avantajele și dezavantajele fiecărei metode, lucrările au fost clasificate în funcție de diferența de spectrometrie de masă în tandem.

4.1. LC-Q-MS

LC-Q-MS poate fi utilizată pentru a efectua analize calitative și cantitative pentru componentele standard, așa cum se arată în tabelul 1. Atunci când se efectuează analiza calitativă, putem obține informații structurale prin scanarea ionilor pozitivi sau negativi . Putem, de asemenea, să clarificăm cărui tip de substanță aparține structura chimică prin compararea acesteia cu literatură standard . LC-Q-MS cuantifică compușii pe baza selecției de ioni specifici pentru monitorizare . În absența standardelor, LC-Q-MS poate efectua analiza calitativă a substanței utilizând caracteristicile calitative puternice ale spectrometriei de masă .

LC-Q-MS poate analiza calitativ substanțele, dar trebuie explorate în continuare unii izomeri sau substanțe cu greutate moleculară identică, ale căror structuri necesită să fie identificate în continuare prin referire la spectrometria de masă în mai multe etape. În plus, o calitativă inexactă duce la distorsionarea cuantificării.

4.2. LC-MS/MS

4.2.1. LC-IT-MS

IT-MS captează diferite game de calitate a ionilor utilizând diferite mărimi ale tensiunii RF aplicate electrozilor inelari. Are o sensibilitate ridicată, iar un singur IT-MS poate realiza funcții de spectrometrie de masă pe mai multe niveluri .

IT-MS poate realiza scanări MS în mai multe etape, în serii de timp, în diferite ordine cronologice, oferind fragmentare MSn ingredient; astfel, este potrivit pentru materia calitativă, oferind informații structurale pentru identificarea compoziției necunoscute, așa cum se arată în tabelul 2. În studiul TCM, LC-IT-MS este utilizat în mod obișnuit în compoziția calitativă .

4.2.2. LC-QQQQ-MS

Cadrupolul triplu înseamnă că trei cuadrupoli sunt plasați ordonat. Fiecare cuadripol are o funcție separată. Modurile de scanare ale cvadrupolului triplu includ modul de scanare completă, modul de scanare a ionilor produs, modul de scanare a ionilor părinți, modul de scanare a pierderilor neutre, modul de scanare a ionilor selectați și modul de scanare a monitorizării reacțiilor multiple .

LC-QQQQ-MS este utilizat în principal pentru cuantificare , așa cum se arată în tabelul 3. Unele studii sunt utilizate pentru calitație . În comparație cu LC-Q-MS, LC-QQQ-MS poate selecta anumiți ioni pentru a intra în coliziune și poate analiza fragmentele după coliziune. LC-QQQQ-MS poate detecta ionul părinte și ionul fiică în același timp, astfel încât este precis, sensibil și cuprinzător. LC-QQQQ-MS poate fi aplicat la o gamă mai largă. În comparație cu alte spectrometrii de masă în tandem, triplul cuadrupol are cea mai bună reproductibilitate cantitativă. LC-QQQQ-MS este cea mai cunoscută metodă cantitativă a substanțelor.