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中药分析与液质联用系统共发展——访北京中医药大学中药现代研究中心宋月林博士

发表时间:2019-03-15 10:38:09

       中药是我国临床用药的重要组成部分,数千年来为中华民族的防病治病和繁衍昌盛做出了重要贡献。然而中药普遍存在药效物质不明确、质控指标与功效关联弱、少数指标性成分难以全面控制质量等关键问题。因此阐明中药发挥药效作用的物质基础和作用机理是揭示中药科学内涵,推动中药现代化和创新药物研究的必经途径。

  北京中医药大学中药现代研究中心就是一个聚焦中药研究的机构,中心于2011年启动建设,隶属于中医药大学中医药学院,旨在发挥中医药学院学科齐全,临床实践丰富等优势,以临床疗效为基础,中医药理论为指导,采用药理学,医学等多学科研究方法,对常用中药及复方进行系统的化学成分、作用机制等研究,阐明药效物质和作用机理,同时探讨有效成分的生源途径和生物合成,诠释中医药理论,创制现代中药,促进中药现代化和国际化的发展。此次仪器信息网特别采访了北京中医药大学中药现代研究中心的宋月林博士,请他跟我们介绍一下中药现代研究中心以及中药分析的具体情况。

北京中医药大学中药现代研究中心宋月林博士

从LC到LC-MS 液质联用成中药分析主力仪器

  阐明中药化学成分组成是阐释其药效成分,进而进行质量控制的基础,也是实现中药现代化的核心内容。不过,相对西药来说,中药体系更为复杂,宋月林说道,“一片阿司匹林中的乙酰水杨酸含量容易测出,但对更为复杂的中药来说,很难利用现有的操作平台和分析仪器来完成多成分甚至是全成分分析,因此中药化学成分的深入分析对分析仪器提出了更高的要求。”

  “以前,液相色谱(LC)是中药分析中的一大主力,但近年有逐渐从液相色谱到液质联用(LC-MS)发展的趋势。”宋月林介绍说,“液相色谱与液质联用系统最大区别为检测器的不同,液相色谱更多采用UV检测,但UV对不能被紫外吸收的成分不具备检测功能。而液质联用系统中的质谱仪能够对目标化合物进行定性分析,当检测峰共流出时,通过质谱的多反应监测模式对目标成分进行选择性检出,提高定性分析的准确性,进而解决了LC-UV不能解决的问题。”

  液质联用系统在中药分析中最大的优势是检测灵敏度高,可以处理复杂样品,提供更多的结构信息,进而进行数据的比对和确定化合物的信息。由于研究中心的多数分析项目都需要用到液质联用系统,北京中医药大学中药现代研究中心于2013年配备了SCIEX 的 QTRAP 5500液质联用仪。

  据介绍,QTRAP 5500的灵敏度高,可以快速识别表征待测样品,其多级质谱对同分异构体的定性作用尤为明显。此外宋月林还提到,“当进行化合物定量分析时,需要更多的关注化合物具有活性的结构,而QTRAP技术的高选择性,可以对化合物进行针对性检测以达到分析要求。”


构建可定制化中药分析平台 仪器“改造”显功效

  宋月林表示,虽然液质联用系统兼备了高效液相色谱的强大分离能力及多级质谱的高选择性、高灵敏度,现有的液质联用方法仍然无法满足中药这一复杂体系化学成分精准分析的要求。宋月林通过对QTRAP 5500系统液相、质谱等部分的“改造”,提出了一系列的方法开发方案,构建了更适用于中药中化学成分精准定性、定量分析的定制化分析平台。

  基于QTRAP 5500仪器及相关“改造”,宋月林取得了一系列的研究成果:

  将少量中药粉末置于中空预柱芯中构成提取池,并将其在线连接于色谱系统前端,在柱温箱提供高温(70℃以上)的基础上再利用色谱系统的反压进行提取,实现了液质联用对中药的直接分析;为实现大、中、小极性化学成分的全面保留,将反相色谱柱与亲水作用色谱柱直接连接,构成直接耦联反相-亲水作用色谱(serially coupled RPLC-HILIC),使各类成分均获得较好的色谱分离行为,完成了中药中不同极性活性成分的同步分析。

  多级质谱具有非常高的灵敏度,但其电子倍增管较易饱和,在定量分析时往往难以同时兼顾微量及常量成分。宋月林通过采用非最佳碰撞能及低响应离子对等方式,针对性地降低常量成分目标子离子丰度,进而延伸了最高定量限,实现了微量成分及常量成分的同步分析。

  虽然同分异构体化学结构非常类似,但其某些化学键的键能仍然存在差异,宋月林充分利用此现象并结合SCIEX QTRAP5500 LC-MS/MS系统扫描速度快的特点,构建了每个目标分析物的相对响应值-碰撞能曲线(RRCEC),进而实现了中药同分异构体的精准分析。

  定量核磁共振氢谱(q1H-NMR)是实现不依赖于对照品的定量分析的有效方法,利用多个电子切换阀构建流份自动接收装置,获得化学组成相对简单的流份,宋月林利用q1H-NMR获得各流份中目标化合物的定量信息,进而将化学组成已阐明的流份混合获得准混合对照品溶液(quasi-mixed standard solution),并利用LC-MS实现了不依赖于对照品的中药的多成分定量分析。

“三步法”获得中药前胡的定量化学成分组

此外,宋月林还提出了“构建模式提取物、全面定性分析化学成分、构建全面定量分析方法”的“三步法”,进而获得所有样品中全部目标成分准浓度(quasi-content)的研究策略,阐明了中药定量化合物组。

  宋月林以上系列研究成果发表于Anal Chim Acta, J Chromatogr A等分析领域知名期刊上。当然,这些成果少不了QTRAP 5500的功劳,据悉该产品在研究中心的工作状态非常“充实”,常常7*24小时运转,这在一定程度上体现了该仪器的稳定性。

 中药分析的发展与液质联用系统的进步相辅相成

  “以前一直认为是液质联用系统的技术进步促进了中药分析的发展,其实从另一个方面来说,中药分析不仅促进了我国中药行业健康快速发展,促使其‘有理可依’,在很大程度上也促进了液质联用系统技术的进步,二者是相辅相成的。”

  宋月林在研究工作前期做了很多方法上的开发,将来希望能够更好地将这些方法应用到中药分析以及生物样品上。“从极性范围或分子量范围整体来看,中药和部分生物样品是可以相互匹配的,中药和生物样品的分析有异曲同工之妙。”宋月林说道。

  谈到对液质联用技术未来的期待,宋月林表示,希望实现“两条腿走路”:既有能针对专业用户的集大成于一体的超大型质谱,也有能针对一般用户的小型化质谱。基于实际工作需求,宋月林还特别提到,“质谱现在还是一个‘黑匣子’,我们看不到其中的结构,不利于科研工作者的操作,未来希望分析仪器更模块化、更透明化”。

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