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分析联用技术的调研与展望


分析联用技术的调研与展望
秦洁琼 3090554 (环境工程系 南京林业大学) 摘要:综述了现代分析联用技术的发展概况,探讨了现代分析联用技 术在多领域研究中的应用,分析了现代分析联用技术的存在问题;同 时指出,随着现代科技的不断发展,分析联用技术有着广阔的发展空 间。 Abstract: summarizing the development of the moder

n analytical techniques; discussing the modern analytical techniques in conjunction with research in many fields of application; analysing the problems of modern analytical techniques; also pointing out that with the continuous development of modern science and technology, the modern analytical techniques have a broad space for development. 关键字:分析联用技术;色谱;波谱; 1、现代联用技术的发展 现代联用技术就是采用分离技术将复杂体系加以分离, 再用红外 光谱、质谱或核磁共振等波谱学技术分别提供其结构信息,这为复杂 体系的分离分析研究提供了一种具发展前景的新技术。 现代联用技术 包 含 了 多种 联用方 式 和 技术 ,色谱 方 法 主要 包括高 效 液 相色 谱 (HPLC)、气相色谱(GC)和高效毛细管电泳(HPCE),这几种分离 手段同四大谱(质谱、核磁共振、红外、紫外光谱)的分别联用组成

了色谱联用技术的丰富内涵。 由于对复杂体系分析信息量的要求日益 增高,各种联用均得到较大发展,其中最引人注目的是色谱与质谱的 成功联用, 主要包括气相色谱-质谱(GC/MS)和液相色谱-质谱 (LC/MS)。另外,正处于快速发展阶段并广泛应用的色谱联用技术 包括气相色谱/傅立叶变换红外光谱(GC-FTIR)、气相色谱/原子光 谱(GC-AS)、液相色谱/电感耦合等离子体质谱(HPLC-ICP-MS)、 液相色谱/二极管阵列检测/质谱/质谱联用(LC-DAD-MS-MS)、毛细 管电泳/质谱联用(CE-MS)等。 1.1 色谱与质谱联用技术 色谱与质谱的联用主要有气相色谱-质谱联用和液相色谱-质谱联用, 由于质谱的离子化方式和质量分析器类型较多, MS常常需要离子化技 术,如电子轰击电离源(EI)、化学电离源(CI)、快原子轰击电离 源(FAB)、场解吸电离源(FD)、电喷雾电离源(ESI)、大气压化 学电离源(APCI)等。新的解吸电离技术不断涌现,日趋成熟,可测 分子量范围越来越高,并逐步适用于难挥发、热敏感物质的分析,例 如海洋天然产物、微生物代谢产物,动植物二次代谢产物以及生物大 分子的结构研究。最有发展前景的电离方法有: ①等离子解吸采用252Cf的裂解碎片作为离子源,使多肽和蛋白 质等生物大分子不必衍生化而直接电离进行质量分析。 它与飞行时间 质谱相配合,已成功地用于许多合成多肽的质谱分析,并已在一些实 验室中作为常规分析方法来鉴定多肽和蛋白质。 目前它的可分析的质 量极限大约是50000D。

②快原子轰击,把样品分子放入低挥发性液体中,用高速中性原 子来进行轰击,可使低挥发性的,热敏感的分子电离,得到质子化或 碱金属离子化的分子离子。 由于很容易在磁质谱或四极杆质谱上安装 使用,因此得到广泛应用,分子量很容易达到3000—4000。如果与带 有后加速的多次反射阵列检测器的高性能磁质谱配合使用, 可测分子 量可达到10000amn以上,最高记录可达25000amn。 ③激光解吸,利用CO2激光(10.6?m),Nd/YAG激光(1.06?m) 的快速加热作用使难挥发的分子解吸电离, 与飞行时间质谱或离子回 旋共振质谱相配合成功地分析了一系列蛋白质和酶的复合物, 并创造 了蛋白质分子质量分析的最高记录(Jack Bean Urease Mr~27万)。 ④电喷雾(electro spray,electrostatic spray,ion spray) 把分析样品通过常压电离源,使分子多重质子化而电离。由于生成多 重质子化的分子离子可缩小质荷比, 因此一个分子量为数万的生物大 分子,如果带上几十个,上百个质子,质荷比可降低到2000以下,可 以用普通的四极杆质谱仪分析, 其次由于得到一组质荷比连续变化的 分子离子峰, 通过对这些多电荷分子离子峰的质量计算可以得到高度 准确的平均分子量。 第三是这种多重质子化的分子离子峰可进一步诱 导碰撞活化,进行串联质谱分析。第四是这种电离技术的样品制备要 求极低,溶于生物体液的样品分子或HPLC,CZE的流出液都可直接引 入常压电离源进行联机检测。 ⑤傅里叶变换质谱(FT—MS),又叫离子回旋共振谱,它利用电 离生成的离子在磁场中回旋共振, 通过傅里叶变换得到这些离子的质

量谱, 这种谱仪过去由于电离造成真空降低与回旋共振要求高真空条 件相矛盾,性能不能过关。近年来由于分离电离源技术日趋成熟,这 种分析方法得到较大发展,它的优点是很容易做到多级串联质谱分 析,目前可分析质量范围已达 5 万左右,分辨力也可达 1 万。 ⑥整分子气化和多光子电离技术(LEIM—MUPI),它是在微激光 解吸电离技术的发展中最近出现的一种新方法。 它把解吸和电离二个 环节在时间和空间上分离开来,分别用二个激光器进行解吸和电离。 使用红外激光器来实现整分子气化, 使用可调谐的紫外激光器对电离 过程实行宽范围的能量控制,从而得到从电离(只显示分子离子)到 各种程度不同的硬电离质谱,并成功地用于生物大分子的序列分析。 针对性的化合物各不相同,因此衍生出了多种色谱质谱联用模 式,使该项联用技术日益成熟并得到越来越多的应用。液相色谱-质 谱联用技术集液相色谱的高分离能力和质谱的高灵敏度、 极强的定性 专属性于一体, 已成为一种不可替代的分离分析工具。 1.2 色谱与红外光谱联用技术 近年来,气相色谱与傅立叶变换红外光谱联用发展较快, 灵敏 度不断提高,应用范围日益扩大。这是因为色谱技术以其高灵敏度和 高分离效率成为十分理想的分离和定量分析工具, 而红外光谱能提 供丰富的结构信息, 几乎没有两种不同的成分会具有完全相同的红 外光谱图, 所以红外光谱是一种十分理想的定性分析工具。近年来, 由于国内外学者的探索和研究,GC/FTIR 联用技术在理论、方法、仪 器及实际应用等方面取得了可喜进展。随着接口装置、红外光谱仪、

数据处理技术的不断发展与完善, GC/FTIR 联用技术必将在复杂混合 物的定性定量分析与鉴定方面取得迅速的发展。 1.3 色谱与原子光谱联用技术 色谱与原子光谱联用可充分利用色谱的高分离性能和原子光谱 的高灵敏度及高选择性的优点,实现优势互补,是解决复杂体系中痕 量元素形态分析的重要途径。 在色谱与原子光谱联用技术中所涉及到 的分离技术有气相色谱、液相色谱、超临界流体色谱和毛细管电泳, 这些分离技术各有所长, 已被广泛应用于色谱原子光谱联用技术的研 究中。 1.4 色谱与核磁共振联用技术 色谱的高效分离能力和核磁共振精确的结构分析能力, 为中等大 小分子的各种复杂有机化合物的分离和分析提供了有效手段。由于 LC-NMR 一体分离纯化联用技术能一次性完成从样品的化到峰的检 测、结构测定和定量分析,提供大量分子结构和混合物组成的信息, 提高了研究效率和灵活性, 而且HPLC -NMR 克服了HPLC-MS难以分辨 同分异构体和不适用于不挥发缓冲系统的不足, 因而引起人们的广泛 关注,并获得快速发展[1]。近年来, 随着NMR 灵敏度以及色谱分离 技术的提高, 特别是更为高效的色谱柱的出现, 还出现了其它一些NMR 联用技术,如毛细管电泳-核磁共振联用(CE-NMR)、毛细管电泳核磁共振-质谱联用(CE-NMR-MS)、液相色谱-红外光谱-核磁共振质谱联用 (LC-FT/IR-MR-MS) 超临界色谱-核磁共振联用 、 (SFC-NMR) 等[2]。由于CE在分离性能上的优势,它与NMR 的联用已成为一

种非常重要的分子结构鉴定手段, 可用于复杂体系的分析鉴定[3]。 色谱联用仪器的数据处理能力有待提高计算机技术的迅猛发展, 为色谱联用技术的广泛应用提供了重要推动力,如GC/MS 由于采集 EI-MS 图谱的操作条件基本一致, 通过商品化谱图库的计算机搜索 即可初步判断化合物的结构。而LC/MS 使用的ESI、APCI 等电离源对 不同类型物质的电离条件各不相同,受LC 条件影响大,且裂解信息 少,难以建立统一的数据库,而且质谱图的解析对专业人员的技术要 求比较高, 阻碍了LC/MS 的广泛应用。因此,必须提高色谱联用仪 器的数据处理能力, 建立天然产物的LC/MS 谱图库。此外,随着各 种新型联用技术的使用,应探索建立相应的数据库,提高其数据处理 能力,充分发挥色谱联用仪器的潜力。 1.5 毛细管电泳与电感耦合等离子体光谱联用技术在形态分析中的 应用 电 感 耦 合 等 离 子 体 质 谱 (inductively coupled plasma mass spectrometry,简称 ICP-MS)是 80 年代中期诞生,目前仍处于迅速发 展的一种先进的多元素痕量分析技术[4]。 它具有较高的极限灵敏度, 较低的检测限(≤μg·L-1),并可提供同位素丰度比较等特点。毛细 管电泳具有分离效率高,试剂用量少、分析时间短、操作简单、易于 自动化等优点;而电感耦合等离子体光谱以其检测限低,精密度高, 选择性好,基体效应小,线性范围宽和多元素同时测定等优点。将毛 细管电泳与电感耦合等离子体光谱联用,可以把两者的优点结合起 来,实现高效分离和元素选择性检测相结合。毛细管电泳与电感耦合

等离子体光谱应用于元素形态分析是一种很有发展前途的分离检测 方法[5]。它可以广泛应用于环保,食品、生物、临床和中医中药等 领域。由于毛细管电泳所需体积相当少,通常在 5~10nL 范围,这就 要求毛细管电泳的检测器既要灵敏又要有选择性。 电感耦合等离子体 光谱正好符合这一要求,发展高效分离技术和高灵敏度质谱/光谱检 测联用技术及相关的分析方法正是实现元素复杂形态分析的重要途 径之一[6]。 1.6 微透析与毛细管电泳技术联用 微透析(Microdialysis,MD)技术是近年来发展起来的一种新的取样 技术,它具有在体(invivo)、原位(insitu)取样,实时(realtime)、 在线(online)检测等突出优点[7]。自 20 世纪 80 年代中期以来,在 神经化学、药物学、生物行为化学、在体分析及药物开发等领域发挥 着重要作用,且日益受到生物学、医学和分析化学界的重视[94]。微 透析主要原理为将一种具有透析作用且充满透析液的微细探针置于 生物体内,与探针周围组织进行物质交换后测定其内的化学物质含 量。 微透析[8]是一种在不破坏(或很少破坏)生物体内环境的前提下, 微量地对细胞间液的内源性或外源性物质进行流动性连续采样的新 技术。由于透析膜可以拦截大分子和颗粒物,微透析也是一种净化采 样技术。 微透析可在基本上不干扰体内正常生命过程的情况下进行在 体、实时和在线取样,特别适用于研究生命过程的动态变化。经适当 选取微透析膜的截留分子量, 微透析液中可不含蛋白质和酶等生物大 分子,能直接进样进行高效液相色谱和毛细管电泳等生化分析,免除

了复杂的样品前处理及由此而产生的样品损失和误差, 也不会因在室 温取样而酶解,可从容地进行分离和测定。由于物质跨膜扩散是双向 性的,除了可用于监测体内环境的生化改变外,微透析还可作为一种 给药途径。可将药物缓慢、直接地作用于靶器官,提高药效分析和药 物代谢动力学研究的水平。 微透析技术的另一大优点是样品的采集与 分析过程既可在位又可离位进行。 它与 HPLC 及 CE 等微量及超微量分 离、分析技术相结合,具有非常高的检测灵敏度和选择性,几乎适用 于所有小分子活性物质的分析。微透析技术可以单独取得细胞外液, 因此可对体内神经递质的释放量进行动态监测, 具有重要的生物学意 义[9]。 1.7 微透析与毛细管电泳技术联用 MD 采样量小,与 CE 在线联用可以充分发挥各自优势。MD 与 CE 在线 联用接口必须将实验动物与电泳电源隔离, 还要将连续的透析液变成 间断的样品以便进行电泳,同时透析液流速还要与电泳速度匹配。微 透析技术是一种优良的活体取样方法,微透析样品量少、浓度低的特 点对建立分析方法提出了极大挑战, 由于微透析技术获得的样品量非 常有限(通常为μL 级),待测物又常受到体内生理环境等诸多因素的 影响,使常规分析技术难以满足灵敏度和选择性的要求。因此将微量 取样技术与灵敏度高的分析技术的联用[10], 可获得对活体内的一些 组分的实时、连续、在线的检测。基于非分离的方法可用来在某一时 间点对某一物质进行测定,包括生物传感器、免疫测定、质谱等。基 于分离的方法可在线检测多种物质,包括高效液相色谱、高效毛细管

电泳法等。 微透析取样技术与现代分析技术联用已成为生物学、 医学、 药学研究的强有力形态分析手段[11]。 2. 新的联用技术有待探索使用 除了以上介绍的几种联用方式外, 还有一些联用方式也已在实 际工作中得到了广泛应用, 如色谱与热分析仪联用研究化合物的热分 解行为;液相和气相色谱联用可省去烦琐的样品预处理过程,缩短分 析时间,并能增加鉴定信息,改善痕量分析的灵敏度;液相色谱-气 相色谱-红外光谱联用可对复杂有机结构异构体进行鉴别; 液相色谱 -气相色谱-质谱联用一次进样可同时获得LC、GC、MS 3 种谱图,三 维数据相互结合可显著提高系统分析的可靠性; 气相色谱-红外光谱质谱联用综合了色谱强有力的分离能力和质谱、红外的定性鉴别能 力, 为复杂混合组分的分析提供了重要的手段。以上这些色谱联用 技术都分别在不同的研究领域中得到应用[12]。 现代联用技术还有着很大的发展空间, 近年来, 一些新型联用 技术不断出现并得以尝试应用。 将四极杆质谱与飞行时间质谱组成串 联质谱,结合最新发展的毛细管液相色谱技术组成 CapLC-Q-TOF-MS-MS 将集成高效毛细管、液相色谱、四极杆质谱与飞 行时间质谱的优点而成为当前解决复杂样品分离分析的最尖端工具 之一。

[1] Lindon JC,Nicholson JK,Wilson ID.The development and application of coupled HPLC-NMR spectroscopy [J] . Adv Chromatogr,1996(36):315-382. [2] 陈志伟, 陈忠. 超临界流体分离与NMR 联用技术及其应用 [J].光谱实验室,2001,18(2):139-144. [3] Dimuthu A J,Jonathan S V. Hyphenation of capillary separations with nuclear magnetic resonance spectroscopy[J].J Chromatogr A,2003,1000(1-2):819-840. [4]Mark W.Lada a,Gabrielle Schaller.et al.On-line interface between microdialysis and capillary zone electrophoresis.Analytica Chimica Acta.1995,307:217~225. [5]王建宁,张新荣.微透析技术在分析化学中的应用[J],青海大学 学报,2001,8:70~74. [6]Sutton K.,Sutton R.M.C.,Caruso J.A.,J.Chromatogr A.[J].1997,789(1):85 [7]B.Y.Deng and W.T.Chan.,J.Chromatogr.A.[J],2000,891:139. [8]李慧琴.微透析技术及其在生化分析中的应用,解放军医学杂 志,2000,18(3):229~231. [9]Nelson T.,Thomas L.,Lo G.,Gyrgy M.V..Recent trends in the application of microdialysis in bioprocesses.Anal.Chim.Acta,1998,374(2-3):111~135.

[10]Michael T.Bowser,Robert T.Kennedy.Electrophoresis 2001,22:3668~3676. [11]王畅,吕家根,章竹君.微透析采样荧光法研究6-硫鸟嘌呤与蛋 白结合作用.化学学报 2002,60(9):1672~1676. [12] 孙守成.气相色谱和高压液相色谱及其与质谱联用技术发展近 况[J].现代仪器,2003,9(1):36-39.


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