黃維妮，林子俺

(食品安全與生物分析教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 福建省食品安全分析與檢測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福州大學(xué)化學(xué)學(xué)院, 福建 福州 350116)

作為現(xiàn)代分析領(lǐng)域的重要手段之一,色譜可用于食品、環(huán)境、生物等復(fù)雜樣品的定性與定量分析。而樣品前處理是獲得理想色譜分析結(jié)果的必要前提,它可有效消除基質(zhì)干擾、濃縮目標(biāo)分析物、改善分離效能以及延長(zhǎng)色譜儀器使用壽命。本文主要依據(jù)2020年4-5月AnalChem新發(fā)表和在線(xiàn)錄用的有關(guān)論文,討論色譜分析中涉及樣品前處理技術(shù)方面的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)。

1 相分離萃取技術(shù)

相分離萃取技術(shù)是基于目標(biāo)分析物在萃取相和樣品之間的動(dòng)態(tài)分配過(guò)程,達(dá)到樣品富集、凈化的前處理效果,主要包含由固相萃取(SPE)和液相萃取發(fā)展來(lái)的多種分離萃取形式。

SPE作為經(jīng)典的樣品前處理技術(shù),正在逐步向微型化、集成一體化發(fā)展。近期,吉林大學(xué)顧景凱課題組[1]采用Oasis HLB μElution微量萃取96孔盤(pán)對(duì)大鼠血漿、尿液和糞便中的超高相對(duì)分子質(zhì)量聚環(huán)氧乙烷(1 700 kDa)進(jìn)行固相萃取,通過(guò)反相液相色譜-三重四極桿/飛行時(shí)間質(zhì)譜進(jìn)行準(zhǔn)確定量。微固相萃取技術(shù)使用高容量吸附劑且將淋洗體積降至25 μL,濃縮程度高,為后續(xù)分析實(shí)現(xiàn)高回收率和低基質(zhì)效應(yīng)奠定了基礎(chǔ)。該研究填補(bǔ)了生物樣品中聚環(huán)氧乙烷的定量研究空白,進(jìn)一步完善了口服聚環(huán)氧乙烷的臨床代謝和排泄信息,也為分析生物樣品中具有超高相對(duì)分子質(zhì)量和寬分散性的聚合物提供了新方向。

韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院Cheolju Lee課題組[2]設(shè)計(jì)了一種封裝固相萃取裝置,開(kāi)發(fā)了集成富集N端肽的方法(iNrich)。首先,將稀釋后的蛋白質(zhì)樣品裝載在聚丙烯核磁共振管蓋內(nèi)側(cè),對(duì)氨基標(biāo)記時(shí)同步預(yù)處理SPE柱。將管蓋組裝到SPE柱上端,同時(shí)塞住底部,形成密封固相萃取柱環(huán)境。胰蛋白酶等反應(yīng)物可通過(guò)開(kāi)蓋添加,混勻。富集完成后取下兩端蓋塞,洗脫液經(jīng)LC-MS/MS分析。該分析方法構(gòu)建了N端肽蛋白組學(xué)平臺(tái),從100 μg人類(lèi)細(xì)胞蛋白質(zhì)中鑒定出約5 000種N端肽。SPE其他應(yīng)用進(jìn)展還包括發(fā)展新型吸附劑,所發(fā)展的新型吸附劑可成功提取分析尿樣中非甾體抗炎藥和高效拆分色氨酸對(duì)映異構(gòu)體[3,4]。

非平衡固相微萃取技術(shù)集采樣、萃取、濃縮、進(jìn)樣于一體,分析檢測(cè)速度得到極大提升。西班牙薩拉戈薩大學(xué)Cristina Nerín課題組[5]利用食品模擬物進(jìn)行食品接觸材料(FCM)遷移測(cè)試實(shí)驗(yàn),發(fā)展了浸入式固相微萃取(DI-SPME)方法富集再生聚烯烴中的非故意添加物質(zhì)(NIAS),選擇FCM中常見(jiàn)的35種參考標(biāo)準(zhǔn)品作為檢測(cè)對(duì)象,結(jié)合GC-MS評(píng)估該法作為FCM中非目標(biāo)篩選NIAS的潛力。該研究?jī)?yōu)化選擇DVB/CAR/PDMS萃取涂層,確定DI-SPME重要因子并利用響應(yīng)面法優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)。結(jié)果表明經(jīng)DI-SPME-GC-MS分析,除了胺和二醇的LOD較高外,其余物質(zhì)的LOD均在0.1～14.1 μg/kg。此外,國(guó)內(nèi)學(xué)者郭佃順等[6]將微波輔助合成類(lèi)二氧芑連接結(jié)構(gòu)的共價(jià)有機(jī)骨架材料(TH-COF)作為SPME纖維涂層,應(yīng)用于分析水樣中的全氟烷基化合物,效果良好。

無(wú)獨(dú)有偶,在液相萃取方面,新加坡國(guó)立大學(xué)Hian Kee Lee課題組[7]采用聚丙烯膜袋液相微萃取(MBA-LPME)富集水樣中的糖皮質(zhì)激素,選擇正辛醇和表面活性劑十二烷基硫酸鈉混合溶液作萃取劑,富集系數(shù)為32～189。用UHPLC-MS分析,檢出限為0.033 1～0.166 ng/mL。該微萃取裝置可作為蠕動(dòng)泵和自動(dòng)進(jìn)樣器的中間連接部件,搭建全自動(dòng)集成分析平臺(tái),對(duì)日常檢測(cè)水質(zhì)污染物具有重要意義。捷克科學(xué)院Pavel Kubáň課題組[8]則是發(fā)展了一種新型一次性中空纖維液相微萃取裝置(HF-LPME),可在線(xiàn)耦合毛細(xì)管電泳(CE)分析生物樣品。多孔HF首先浸漬在有機(jī)溶液中形成支撐液膜,注入5 μL受體溶液,CE小瓶注入供體溶液。引入錐形聚丙烯微量注射器吸頭固定HF于CE小瓶中的位置,同時(shí)充當(dāng)管狀電極和毛細(xì)管的導(dǎo)向器。攪拌萃取完畢后,直接從HF腔內(nèi)進(jìn)樣分析得到的受體溶液?？刹捎枚嗫装逍问綄?shí)現(xiàn)快速、簡(jiǎn)單、自動(dòng)化分析樣品。該方法成功應(yīng)用于人類(lèi)尿液和干血斑(DBS)樣品中基礎(chǔ)藥物的檢測(cè),富集因子為37～84,檢出限為0.7～1.55 μg/L。值得注意的是,DBS洗脫可與HF-LPME富集同時(shí)進(jìn)行,具有直接分析DBS樣品的巨大潛力。此外,西班牙學(xué)者[9]利用3D打印技術(shù)自制一種螺旋狀HF-LPME裝置,結(jié)合CO2泡騰可實(shí)現(xiàn)飲用水中消毒副產(chǎn)物的高倍富集。

濁點(diǎn)萃取法是以表面活性劑膠束水溶液的溶解性和濁點(diǎn)現(xiàn)象為基礎(chǔ),通過(guò)改變溫度、pH等實(shí)驗(yàn)參數(shù)引發(fā)相分離。廣州大學(xué)閆兵課題組[10]發(fā)展了濁點(diǎn)萃取法(CPE)富集環(huán)境水樣中金屬基納米顆粒(M-NPs),結(jié)合LC-ICP MS檢測(cè)技術(shù),創(chuàng)新性實(shí)現(xiàn)M-NPs中金屬硫化物納米顆粒(MS-NPs)的定量分析。水樣中M-NPs首先富集濃縮于富含表面活性劑0.15%(m/v)Triton X-114的有機(jī)相中,期間納米顆粒的形態(tài)不變。隨后,添加去水雙(對(duì)-磺酰苯基)苯基膦化二鉀(BSPP)溶液可使膠束消失,解決分析樣品的高黏問(wèn)題,同時(shí)作非MS-NPs的解離劑。通過(guò)選擇LC-ICP MS系統(tǒng)的不同分離模式,測(cè)得M-NPs總量(未經(jīng)色譜柱分離)和非MS-NPs總量(經(jīng)色譜柱分離),從而計(jì)算得MS-NPs總量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ag2S-NP和ZnS-NP檢出限分別為8和15 ng/L,此技術(shù)在環(huán)境中監(jiān)測(cè)痕量M-NPs有廣泛的應(yīng)用前景。

2 衍生化

衍生化可顯著提高檢測(cè)對(duì)象的可分析性,有助于應(yīng)對(duì)分離分析同分異構(gòu)體的挑戰(zhàn)。奧地利學(xué)者Christina Troyer課題組[11]利用Gerstel MPS2雙軌樣品制備系統(tǒng)對(duì)3種N-乙酰己糖胺異構(gòu)體進(jìn)行在線(xiàn)自動(dòng)衍生化,通過(guò)軟件控制,樣品經(jīng)前處理制備完成后可自動(dòng)進(jìn)樣至氣相色譜分離。經(jīng)烷氧基化和三甲基硅烷化兩步在線(xiàn)衍生,開(kāi)發(fā)GC-MS/MS、GC-TOFMS兩種檢測(cè)方式均可分離并定量測(cè)定3種N-乙酰基糖胺立體異構(gòu)體,并成功應(yīng)用于青霉菌實(shí)際樣中N-乙酰葡糖胺的定量分析。

建立高通量分析平臺(tái),豐富化合物數(shù)據(jù)庫(kù)是分析人員的追求。近日,加州大學(xué)戴維斯分校Oliver Fiehn課題組與武漢大學(xué)馮鈺锜課題組[12]合作發(fā)展了一種基于2-二甲氨基乙胺(DMED)的化學(xué)衍生策略,解決羥基脂肪酸酯(FAHFA)在負(fù)電離模式質(zhì)譜法中靈敏度低的問(wèn)題。該法通過(guò)用正離子化的叔胺基團(tuán)標(biāo)記FAHFA,極大地提高了正離子模式下電噴霧質(zhì)譜的電離效率,經(jīng)UPLC-MS/MS分析,開(kāi)發(fā)了涵蓋264種FAHFA的質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)。此外,清華大學(xué)瑕瑜課題組[13]通過(guò)在LC與ESI間設(shè)置透明的流動(dòng)微反應(yīng)器,基于Paternò-Büchi (PB)反應(yīng)進(jìn)行脂質(zhì)的在線(xiàn)光化學(xué)衍生。同時(shí),改進(jìn)流動(dòng)相組成,建立了RPLC-PB-MS/MS鑒定不同類(lèi)別脂質(zhì)的工作流程。該法可識(shí)別磷脂異構(gòu)體中的碳碳雙鍵位置,具有大規(guī)模進(jìn)行脂質(zhì)定性定量分析的潛力。

3 其他

干血斑分析是將血液點(diǎn)在濾紙上并使之干燥,再運(yùn)到實(shí)驗(yàn)室分析的技術(shù),利用遠(yuǎn)程采集樣品解決偏遠(yuǎn)地區(qū)分析檢測(cè)能力弱的問(wèn)題。基于此技術(shù),德國(guó)Paul W. Elsinghorst課題組[14]開(kāi)發(fā)了干萃取點(diǎn)(DES)實(shí)現(xiàn)霉菌毒素遠(yuǎn)程送檢的方法(myco DES)。首先,采用QuEChERS方法快速萃取谷物類(lèi)食品中霉菌毒素,在乙腈溶液中添加檸檬酸鹽鹽析萃取分離相,添加同位素內(nèi)標(biāo),通過(guò)毛細(xì)管在DES紙卡上點(diǎn)樣,干燥封裝。隨后模擬欠發(fā)達(dá)地區(qū)氣候運(yùn)輸,最后在中心實(shí)驗(yàn)室重新提取DES,可在LC-MS/MS實(shí)現(xiàn)定量分析。結(jié)果表明在熱帶氣候條件下儲(chǔ)存4周后仍可定量檢測(cè)霉菌毒素安全水平。

加拿大麥克馬斯特大學(xué)的Yu Lu課題組[15]設(shè)計(jì)了一鍋式單管處理納米蛋白組學(xué)樣品(NanoTPOT),在單個(gè)Eppendorf Lobind低蛋白吸附管中進(jìn)行細(xì)胞裂解、蛋白質(zhì)酶解和標(biāo)記串聯(lián)質(zhì)譜標(biāo)簽TMT。優(yōu)化NanoTOPT工作流程,消除了樣品脫鹽需要,后由LC-MS/MS進(jìn)行定量分析。該法應(yīng)用于經(jīng)二硫蘇糖醇處理后的Hela細(xì)胞變化,結(jié)果發(fā)現(xiàn)1 μg裂解物可在TMT 10-plex實(shí)驗(yàn)中鑒定并定量6 935種蛋白質(zhì),充分體現(xiàn)了NanoTOPT在納米蛋白組學(xué)分析中的發(fā)展前景。

4 結(jié)語(yǔ)

以上是色譜研究中樣品前處理技術(shù)的最新成果列舉,其分析對(duì)象與檢測(cè)技術(shù)豐富多樣,但總體表現(xiàn)出了樣品前處理裝置更加微型化、智能化的發(fā)展趨勢(shì)。聯(lián)用色譜-質(zhì)譜分析方法,樣品處理技術(shù)將會(huì)在進(jìn)行高通量快速篩查化合物中扮演越來(lái)越重要的角色。