薄層色譜與質(zhì)譜聯(lián)用的研究進(jìn)展

前言

薄層液相色譜(TLC)是一種常見且有效的液相色譜分離技術(shù),在食品、醫(yī)藥、化妝品、刑偵與消防、工業(yè)工藝和環(huán)境檢測(cè)等諸多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。尤其在醫(yī)藥領(lǐng)域,TLC幾乎是所有化學(xué)藥工藝研發(fā)過(guò)程中必不可少的中控方法,同時(shí)TLC在中藥和藥物輔料的檢測(cè)中也占有非常重要的地位。據(jù)統(tǒng)計(jì),2020版《中國(guó)藥典》第一部中藥分冊(cè)中,有近94%的品種使用了TLC作為質(zhì)量控制分析方法;2020版《中國(guó)藥典》第四部輔料分冊(cè)中有接近40個(gè)品種使用了TLC。

盡管柱液相色譜發(fā)展迅速,但TLC成本低、操作靈活便捷、樣品前處理簡(jiǎn)單、通量高、儀器聯(lián)用便捷等優(yōu)勢(shì)仍是柱色譜難以達(dá)到的。近年來(lái)TLC技術(shù)有兩個(gè)發(fā)展趨勢(shì),一是檢測(cè)手段多元化,例如與多種檢測(cè)器聯(lián)用(如紅外光譜、拉曼光譜、表面增強(qiáng)拉曼光譜、質(zhì)譜(MS)、離子遷移譜、熒光光譜、氣相色譜、液相色譜、核磁共振等),或者與生物技術(shù)相結(jié)合從而形成效應(yīng)導(dǎo)向分析(生物自顯影);二是檢測(cè)靈活化和便捷化,例如通過(guò)3D打印或平面打印等方法,薄層色譜正逐步成為一種“辦公室色譜”技術(shù),而手機(jī)終端上的數(shù)據(jù)處理也使數(shù)據(jù)分析更加簡(jiǎn)便高效。本文綜述的薄層色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(TLC-MS)技術(shù)是多元化檢測(cè)趨勢(shì)的代表,當(dāng)前TLC儀器聯(lián)用技術(shù)中最為活躍的研究方向之一,尤其在食品和醫(yī)藥領(lǐng)域(如化學(xué)藥、天然產(chǎn)物或植物藥、臨床檢測(cè)等方面)有廣泛的應(yīng)用空間。

目前TLC-MS聯(lián)用的形式大致可以歸納為3種。

第一種是通過(guò)獨(dú)立的接口儀器裝置將薄層上的譜帶轉(zhuǎn)移出來(lái),再送入質(zhì)譜進(jìn)行分析。

第二種是直接在薄層板上進(jìn)行的“原位”質(zhì)譜分析,即在薄層展開完成之后再進(jìn)行質(zhì)譜檢測(cè),此時(shí)譜帶在薄層板上的相對(duì)位置已經(jīng)固定,質(zhì)譜掃描時(shí)先固定好質(zhì)譜電離源的位置和角度,然后對(duì)正薄層板的位置再進(jìn)行掃描檢測(cè)。這種檢測(cè)方式可稱為靜態(tài)檢測(cè);盡管也可以通過(guò)傳送帶等方式移動(dòng)薄層板,使固定相上的譜帶依次通過(guò)質(zhì)譜掃描檢測(cè)區(qū)域而得到連續(xù)的色譜圖,但由于譜帶上的相對(duì)位置并未發(fā)生變化,因此仍應(yīng)歸屬為靜態(tài)檢測(cè)。

第三種是在薄層板上直接進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),這種監(jiān)測(cè)方式與高效液相色譜(HPLC)相似,在譜帶展開的同時(shí)進(jìn)行檢測(cè),只要流動(dòng)相帶著樣品成分經(jīng)過(guò)檢測(cè)點(diǎn),檢測(cè)器就會(huì)對(duì)相應(yīng)的譜帶有信號(hào)響應(yīng)。檢測(cè)時(shí)譜帶在薄層板上的相對(duì)位置仍處于變化中,因此可稱這種檢測(cè)為動(dòng)態(tài)檢測(cè)。

1 TLC-MS接口儀器裝置

對(duì)于上文所述的第一種TLC-MS檢測(cè)方法,其目標(biāo)是將薄層上的譜帶提取出來(lái),再送入質(zhì)譜進(jìn)行分析。常見的轉(zhuǎn)移操作有兩種,一種是手動(dòng)操作,即在薄層分離后進(jìn)行刮板操作,再用有效的提取液從吸附劑中提取目標(biāo)化學(xué)成分,進(jìn)行純化和濃縮處理后進(jìn)行質(zhì)譜分析,也稱為間接上樣或者離線聯(lián)用;另一種則是借助TLC-MS接口儀器用提取液直接對(duì)目標(biāo)譜帶進(jìn)行提取,自動(dòng)過(guò)濾后送往質(zhì)譜電離源。

對(duì)于自動(dòng)化的TLC-MS接口儀器來(lái)說(shuō),使用過(guò)程主要包括3個(gè)操作步驟,即TLC分離、目標(biāo)成分的接口轉(zhuǎn)移、質(zhì)譜分析。商業(yè)化儀器接口裝置生產(chǎn)商主要有瑞士CAMAG、美國(guó)Advion等,目前我公司也開發(fā)了TLC-MS接口的商品化儀器,原理上與進(jìn)口儀器相同,結(jié)構(gòu)上與之相似(如圖1所示)?；诮涌趦x器裝置的TLC-MS聯(lián)用檢測(cè),在化學(xué)合成領(lǐng)域、食品、生物醫(yī)藥、環(huán)境檢測(cè)方面都取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果,既可用于有機(jī)成分的分析也可用于元素分析。

使用過(guò)程中,接口儀器對(duì)準(zhǔn)TLC板上的目標(biāo)譜帶后,與之緊密接觸,然后使用指定體積的溶劑(如甲醇等)對(duì)它進(jìn)行洗脫,過(guò)濾后通過(guò)內(nèi)部管路輸送至質(zhì)譜進(jìn)行分析,最后對(duì)接口儀器管路進(jìn)行反向沖洗。這種設(shè)計(jì)不易引入不溶性雜質(zhì),因此也無(wú)需再在MS前加預(yù)柱。但是常見的問題是取樣探頭和薄層之間的密封不足,時(shí)常會(huì)有少量洗脫液析出,造成譜帶的擴(kuò)散,應(yīng)用超薄薄層色譜(UTLC,固定相厚度一般為1~50 μm)時(shí)可取潔凈濾紙放于取樣探頭和薄層之間以緩解這一問題。

2 TLC-MS原位檢測(cè)

TLC-MS技術(shù)聯(lián)用的第二種形式則是在薄層板上直接進(jìn)行原位檢測(cè),這種方法的樣品前處理相對(duì)簡(jiǎn)單,常用于低聚糖、氨基酸、脂類等基質(zhì)成分復(fù)雜的生物成分分析。這種儀器技術(shù)的關(guān)鍵在于兼容模式電離源的設(shè)計(jì),目前報(bào)道的原位檢測(cè)電離源主要有快原子轟擊電離源,激光解吸電離源(LDI)、電噴霧電離源、大氣壓化學(xué)電離源、大氣壓余輝電離源和等離子體類電離源。樣品成分由于吸附在薄層板上,因此需要解吸和電離,常見的解吸方式主要有加熱解吸、快原子轟擊或高能Ar離子解吸、激光和噴霧輔助解吸。

2.1 薄層色譜與快原子/快離子轟擊源質(zhì)譜的聯(lián)用

2.2 薄層色譜與激光輔助解吸/燒蝕源質(zhì)譜的聯(lián)用

2.3 薄層色譜與ESI源質(zhì)譜的聯(lián)用

2.4 薄層色譜與大氣壓化學(xué)電離源質(zhì)譜的聯(lián)用

2.5 薄層色譜與即時(shí)直接分析質(zhì)譜的聯(lián)用

2.6 薄層色譜與流動(dòng)大氣壓余輝電離源質(zhì)譜的聯(lián)用

2.7 薄層色譜與低溫等離子體源質(zhì)譜的聯(lián)用

2.8 薄層色譜與其他電離源質(zhì)譜的聯(lián)用

3 薄層展開的實(shí)時(shí)質(zhì)譜監(jiān)控技術(shù)

HPLC常與MS儀器直接聯(lián)用進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),但是這種技術(shù)在TLC中卻并不常見。在液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用的儀器系統(tǒng)中,有泵系統(tǒng)的支持,質(zhì)譜電離源的主要功能之一是除溶劑;相比之下,除少數(shù)強(qiáng)制流薄層(如加壓薄層和旋轉(zhuǎn)薄層)外,其他TLC技術(shù)主要憑借毛細(xì)作用力驅(qū)動(dòng)流動(dòng)相,而沒有外力支持,同時(shí)流動(dòng)相的量也不大。另外,TLC的分離能力不及HPLC,這也是TLC-MS應(yīng)用不及HPLC-MS的主要原因?？傮w來(lái)看,實(shí)時(shí)在線檢測(cè)的TLC-MS可以分為強(qiáng)制流薄層色譜-質(zhì)譜聯(lián)用和常規(guī)薄層色譜-質(zhì)譜聯(lián)用,這里說(shuō)的強(qiáng)制流薄層色譜是以毛細(xì)作用力和其他輔助作用力共同驅(qū)動(dòng)展開劑流動(dòng)的TLC方法,而常規(guī)薄層色譜法則是指僅憑借毛細(xì)作用力為驅(qū)動(dòng)力的TLC方法。

4 效應(yīng)導(dǎo)向薄層色譜與質(zhì)譜的聯(lián)用

效應(yīng)導(dǎo)向分析(EDA)是指將化學(xué)分析與生物測(cè)試相結(jié)合,用于識(shí)別樣品中有活性或者毒性的成分(如天然藥物、代謝產(chǎn)物、副產(chǎn)物、工藝雜質(zhì)/污染物、降解產(chǎn)物、摻假藥物和殘留物等)的技術(shù),在TLC中的應(yīng)用常被稱為薄層色譜-生物自顯影技術(shù),例如自由基清除活性、酶抑制劑活性、微生物抑制活性化合物的檢測(cè)和物質(zhì)篩選,或者免疫檢測(cè)等。如果將生物導(dǎo)向與薄層-質(zhì)譜分析相結(jié)合,則可以有效提高活性化合物篩選的工作效率。近年來(lái),這些應(yīng)用一般體現(xiàn)于食品和生物制藥領(lǐng)域,在TLC-MS聯(lián)用方面多采用接口儀器裝置。

總結(jié)與展望

TLC-MS已經(jīng)引起了人們的關(guān)注,尤其是薄層-生物自顯影等技術(shù)的廣泛使用,更突顯了質(zhì)譜與薄層色譜結(jié)合的迫切性。如何在現(xiàn)有儀器基礎(chǔ)上進(jìn)行“即插即用”型部件的設(shè)計(jì)與商品化是目前推廣這一技術(shù)的主要瓶頸,值得關(guān)注;同時(shí)兼?zhèn)潇`活掃描功能、高通量和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能的TLC-MS技術(shù)也很令人期待。另外,各原位檢測(cè)TLC-MS方法的解吸-電離方式各有特點(diǎn),它們之間的對(duì)比也是有待于進(jìn)一步討論的應(yīng)用問題。相信不久的將來(lái),這些問題會(huì)一一解決,而TLC-MS技術(shù)也會(huì)有更豐富的應(yīng)用。