质谱联用技术在药品分析中的应用探究

质谱联用技术在药品分析中的应用探究

卞亚,陈腊梅,张思源,王玮

南京中硼联康医疗科技有限公司

摘要：质谱联用技术是最近发展起来的现代检测技术。与色谱分析技术相比，质谱联用技术更加适合运用于分子极性比较强、溶剂挥发性低以及分子量偏大的有机物体系分析中，在有机化学、药品检验分析等领域有着较为广泛的运用。文章从药品检验中常用的分析方法入手，重点对质谱联用技术在药品的分离和鉴定等方面应用的先进性和准确性展开探讨，仅供参考。

关键词：质谱联用；药品检验；分离；鉴定

近年来，随着中国改革开放和科学技术的发展，更先进的分析检测技术越来越为大家所熟知，质谱法和色谱法就是近几十年发展起来的现代检测技术，而将质谱和色谱结合起来使用是建立在单一检测方法之上，可以更有效地对化合物进行定量和定性分析，对混合物采取先分离再进行鉴定，是生物化学等研究者对复杂组分进行鉴定分析的有效工具之一。自20世纪50年代液相色谱（LC）技术问世后就以它卓越的分离性能得到了广泛应用，尤其适用于复杂组分的分析。质谱联用高效快速、高度灵敏，推动了食品、医药、化工等行业的快速发展。随着检测仪器的逐步升级，分离与分析技术也取得了跨越式发展，LC技术也由此发展进入了一个新的时期。质谱联用MS技术的发展为进一步深入研究药物杂质提供了很好的技术手段，药品分析人员对药品质量的关注也因此不仅单从关注药品的纯度到全面研究药品的杂质，包括生产过程杂质、降解过程产物、药品之间反应产物、药品与辅料之间反应产物及药品的代谢产物等。LC-MS技术与单独使用任何一种色谱或质谱技术相比，具有不可比拟的优点，两种手段的高度融合为药品检验提供了有力的支持。

1质谱联用技术原理

MS联用技术先通过色谱分离，然后质谱测定荷质比，实现物质的定性和定量分析，这种结合能对复杂有机物体现进行强大的鉴定，是近现代发展起来的完美的生物、化学分析技术。质谱联用仪结构上由色谱系统、进样系统、离子发生源、抽真空装置、质量分析器、检测器、PC控制系统等构成。（1）色谱系统：样品通过色谱系统对不同组分进行分离。（2）进样系统：进样系统实现将样品导入质谱仪，分直接进样和柱后分离进样两种方式，样品都是经过前处理后进入质谱仪的，因为要保证样品不会被污染，同时不污染设备。（3）离子发生装置：电中性样品通过离子发生装置变成带正点或负电的离子，带电状态的离子进入质谱可计算离子的真实分子量。（4）真空系统：真空状态下是用来实现增大离子的平均自由程，真空度需要达到10-2-10-5Pa范围，以减少离子的碰撞。（5）质量分析器：MS的核心是质量分析器，是用来计算分析物的质荷比，离子的质量通过色谱图的丰度大小表现出现。质量分析器有四级杆、离子肼、飞行时间等类别。（6）检测器：将采集到的信号放大转化为数字信号，它的高分辨率和灵敏度表现在质谱峰强度的量度，输入到计算机进行处理，然后输出质谱图。（7）数据处理：质谱联用也跟其他质谱技术一样，不同组分在柱内停留时间不同，也有固定荷质比。某种质荷比离子的数据越多，丰度越大，曲线峰越高。

2质谱联用方法概述

2.1样品前处理

越是精密的检测设备，对样品的要求也越高，对于传统的质谱的样品前处理复杂，可能要用到分离纯化、冷冻、蒸馏、萃取等手段，相对来说LCMS的样品的制备和前处理就简单很多，一般可直接进样分析，少数复杂样品也仅需要简单的液-液萃取，对于药品中特殊成分的提取工作简化了很多，最大限度减少了对色谱柱的污染，同时也降低了目标物的损失。

2.2色谱质谱条件的确定

色谱质谱条件优化是质谱联用分析的第一步。首先需要进行色谱柱和柱温的选择，确定正相或反相的流动体系。在药品分析中多采用C18柱，柱温需要根据分析对象、分离情况根据色谱仪的特点来定。对于分析中流动相组成、流速以及梯度也需要进行优化。流动相多采用质子对如甲醇/水、乙腈/水等，也可以使用铵盐等离子化效率更高的离子化合物，直接进样时起始流速可以设定较低，后期或冲洗时流速可以高于此数值。选对质子对能收到更好的响应，磷酸盐类物质属于难挥发的盐，它们比较容易在探针口结晶从而堵塞通道，不适合使用。离子源的选择以及离子源电压设定是质谱条件优化处理的先决条件，扫描方式和载气的选择也很重要，正确的参数设定能让输出的谱图更平滑。

2.3样品测定

样品检测方法有定性与定量分析，定性分析并不要求知道各组分的准确含量，而仅需了解组分的大概成分结果。通过进行二次扫描确认目标物质的准分子离子峰，从而推测目标物质的断裂机理，并根据其表征方法和相关信息来推断目标物质的分子结构。定量分析一般需要采用外标法或内标法，外标法是配制标准溶液，根据标准溶液的浓度及对仪器的响应值来求得目标物的含量；而内标法是利用内标物质的响应时间，根据峰面积的比例来计算目标物的含量。如果将外标法和内标法结合起来，那能得到更为精准的数据。

3质谱联用在药品检验中的应用

3.1抗生素药品杂质检验

当前，抗生素药品中许多结构相似的化合物，由于难以通过常规分析方法进行分析，使药品质量不能得到有效控制。临床上用药之后病患可能会产生的不良反应与药品特性本身的药理学活性和药品中所含有杂质成分的毒性都有关。大量文献证实，药品中的同分异构体杂质、杂质等是导致临床使用抗生素发生不良反应的重要原因，成分中混有同系物、同分异构体和降解产物等杂质，同时有变异的活性组分发生，化学稳定性不好，导致谱图复杂难以预测。MS技术可以检出大部分未知物质的相对分子质量和分子结构信息等特点，从而解决了大量药物分析方面的问题。

由带氨基基团的环醇类物质和带氨基基团的糖类物质通过氧桥连接成的苷类化合物是氨基糖苷类抗生素的主要组成陈分，但氨基糖苷抑制蛋白质的合成，用药后临床疗效和毒性息息相关。因此，为了临床上合理、安全地使用这类抗生素，分析其主成分及痕量杂质很有必要。氨基糖苷类化合物没有紫外光吸收基团，无法用紫外等技术分析检测，而正好MS技术的响应不依赖物质的光学性质，在质谱上却有较强的正离子响应，因此该类药物通过MS联用的分析方法能测出相对分子质量，还有一些碎片峰的信息，对多个化合物也能同时分析。

3.2中药化学成分分析

中药成分多，结构复杂，分离提取难度高。传统的药物分析技术无法保证有效识别检测到的所有成分，但高质谱联用法由于不需要进行预调整，因此它更倾向于对已知组分进行定性和定量研究，并且在分析未知组分时，可以通过质量检测装置收集基本结构数据，以完成信息化合物与已知结构的比较，从而确定未知组分的类型。

传统的中药化学成分分析方法是采用指纹类比图谱，总体反映出中成药材及其制剂的质量和疗效，这种方法已在国际上达成共识，但是此种方法并不能将中药复杂成分完全弄清楚。对于一些不良商家在中药制剂中非法掺入化学药物，此时通过MS就能对此作出鉴定。糖尿病一直是困扰很多患者的难题，大家都愿意服用中成降糖药来治疗，中药降糖制剂在临床需求一直很大，但是如果里面掺入有化学降糖药物的话，对患者的健康无疑带来隐形危害。如果将MS技术应用于降糖药的检测，将带来良好的社会效益，有报道曾指出MS技术能同时检测中药保健品中有不止6种化学降糖药成分。比如用MS技术可以准确检测出中药降糖制剂或胶囊壳中是否添加了新型的化学降血糖药物罗格列酮。

3.3对生物大分子药品的检验

质谱联用中离子源有很多种方式，当今质谱界较活跃的电离技术是电喷雾离子化（ESI），它不需要真空，是一种很温和的物质电离方式，对于分子量大难挥发的物质具有较好的分离能力，为生物大分子的检测创造了一个更有效的工具。如肝炎等疾病治疗的药物中有用到多肽类药物，药理学研究多肽类药物的氨基酸序列，以此建立基础基因工程药物产业化。在MS技术成熟以前，对多肽一级结构的分析方法大多是通过HPLC纯化，检测时技术难度大。而MS联用不但可以迅速灵敏的推测出结合肽的一级结构，同时所需要的样品量也很少，ppm级即可，并且还能够对各种多肽混合物的各组分直接进行一级结构测定，从而识别出多肽侧链中存在的修饰位置和分子中二硫键的定位。

3.4 化学药物分析

随着生物医药技术的快速发展，药品监管机构对化学药品的基因毒杂质等杂质的要求与日俱增。基因毒杂质由于其毒性高，在人用药品技术要求国际协调理事会（ICH）《M7（R1）评估和控制药物中 DNA 反应性（致突变）杂质以限制潜在致癌风险》中对基因毒杂质等限度要求做了具体的规定。由于基因毒性杂质限度要求一般会低于化学药物普通杂质的鉴定限的要求，因此在化学药物分析和研发初期阶段，使用质谱联用技术识别化学药品中未知杂质的结构特征，以确定其是否含有警示结构便逐渐成为一种趋势。

另外，在化学药品中对重金属杂质的要求也有了更高的要求，原先使用铅盐比色法的检验方法逐渐被监管机构所摒弃，在ICH的《Q3D 元素杂质指南》中对不同的剂型中不同的元素杂质有了非常详尽的规定，其限度要求极低，以通常的原子吸收光谱法或电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP）已经不能满足检验需求，需要使用MS联用ICP的方法以对药品的元素杂质进行快速、准确、灵敏的检验。

3.5 放射性药物分析

放射性药物指含有放射性核素供医学诊断和治疗用的特殊药物，广泛应用于肿瘤诊疗、神经退行性疾病早期发现和炎症组织成像诊断等。近年来，放射性药物研究得到了长足的发展。与普通的化学药物不同，放射性药物中的化学物质量极低，药品的浓度一般不超过1ppm，虽然通过放射性检测器可以进行部分分析，但是由于其化学量低，无法通过色谱方法进行杂质和主成分的定性定量分析，而通过质谱联用技术则可以解决这个痛点。通过质谱联用技术我们不仅可以分析放射性药物的杂质谱情况，也可以更准确的计算出放射药物的比活度。

4 结束语

综上所述，质谱联用技术作为一种现代分析检测技术中常规应用技术，出现已有近三十年的历史，在各行各业都发挥越来越重要的作用，除了大家所熟知的准确、灵敏、快速的特点之外，还具有以下特点：（1）简化了样品处理步骤。（2）对于大分子、强极性、热稳定性低的化合物具有较好的灵敏度。（3）对药品的中毒机理、代谢机制的研究具有促进作用。随着药物研发技术的提高以及药物质量评价全面性的提高，各国均投入了大量的人力物力进行药物杂质谱的研究。在未来几年，高效质谱联用技术将朝着便携化、专用化、样品处理简单化、接口技术多样化以及高灵敏度的趋势发展。

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