导读:傅若农教授是我国老一辈色谱研究专家,见证了我国气相色谱研究的发展,为我国培养了众多色谱研究人才。此次仪器信息网特邀傅若农教授亲述气相色谱技术发展历史及趋势,以飨读者。
往期讲座内容见:傅若农老师讲气相色谱技术发展
第十九讲 一种灵巧的微量固相萃取技术(MEPS)
大家知道在分析和生物分析方法的开发中,样品处理是十分重要的一步。现代分析对一个样品的分析测定所用的时间越来越短,但是,样品制备过程所用的时间却仍然很长。据统计,在大部分的仪器分析实验室中,将一个原始样品处理成可直接用于仪器分析测定的样品状态,所消耗的时间约占整个分析时间的60-70%。在各种样品前处理方法中,目前各种无(少)溶剂的绿色样品处理技术成为仪器分析主要的前处理方法。当然近年最具吸引力的技术是固相微萃取(SPME),它是从固相萃取(SPE)衍生出来的一种无溶剂的样品处理技术,从SPE衍生出来的另一种微量固相萃取方法是填充吸着剂微萃取(Microextraction by packed sorbent ,MEPS ),它是2004年出现的一种精巧、环保、便利的固相萃取方法,(J Chromatogr B, 2004,801:317–321;J Mass Spectrom,2004,39 (12):1488)由瑞典阿斯特拉公司研发部(AstraZeneca R&D Sodertalje)的Mohamed Abdel-Rehim首先提出的。Abdel-Rehim (现时在瑞典斯德哥尔摩大学分析化学系)在2015年发表一篇有关MEPS的综述文章(TrAC,2015,67:34–44),讲述这一技术的发生和发展及其应用,这里以此文为主综合介绍MEPS的概况及应用。
MEPS是一种小型化的固相萃取(SPE)技术,用于样品的纯化,但与一般SPE有显著差异,它是把吸着剂直接集成到注射器中(BIN),而不是一个单独的小柱子。因此,不需要使用一个单独的萃取装置。MEPS甚至可以用于血浆或尿液样进行100次以上的萃取纯化,而常规固相萃取小柱只能使用一次。MEPS 可以处理容量小的样品或容量大的样品(10μL -1000μL 血浆,尿或水样),可与气相色谱/质谱,液相色谱/质谱,毛细管电色谱/质谱联用 。可在反相、正相,混合离子交换模式下使用。用注射器作为进样装置,可以自动化,包括样品处理,萃取和注射等步骤。SPE的洗脱处理只能是从上到下,而MEPS可以从两个方向洗脱处理。
1 MEPS的装置
MEPS的装置是把大约2mg 固体吸着剂像塞子一样装到注射器(100,250μL)的筒和针之间,如图1所示,这种技术结合样品萃取、预浓缩和洗脱于一体,设备有两部分:MEPS注射器和MEPS床,也叫做BIN,BIN包括MEPS床(固体吸着剂),和填充MEPS床的注射器针。BIN使用100-μL 或 250-μL气密MEPS注射器,它可以经受正常SPE的压力。
图 1 MEPS的装置
当BIN失效或需要更换其他吸着剂时,把螺母拧开更换旧的BIN,换上新的BIN。整个装置可以手动或在线使用,MEPS适合于使用反相、正相、和离子交换模式下进行萃取富集。一般上讲,MEPS可以适应SPE的特点要求,只是把有效体积缩小到10 μL,这样可以适应于LC或GC的自动进样注射器进样。MEPS的特点是使用很少量吸着剂,并且用很少量溶剂就可以把样品洗脱下来。
2 MEPS 的各种形式
MEPS经过多年的研究进化,从手动(装在注射器中,或叫BIN)到半自动和全自动装置,见图 2。
图 2 MEPS 的各种形式
MEPS的最重要的部分是吸着剂,重要的吸着剂见图3,最常用的是以硅胶为基质的键合于硅胶表面的烷烃固定相C2、C8和C18,很多研究者也喜欢使用聚酯类吸着剂。
通用型吸着剂的缺点是没有选择性,为了克服这个问题,人们选择分子印迹聚合物(MIPs),用以识别特异性的目标化合物。另一方面MEPS 也使用聚吡咯或聚酰胺类吸着剂,它们成功地用于杀虫剂和水性样品的分离。此外有人合成了聚苯胺(PANI)纳米丝,做成网络用于从水样中选择性分离三嗪、有机氯、有机磷农药。
近来Abdel-Rehim 研究组合成了一些适合于MEPS的新型吸着剂,具有高效、耐用、易于使用的特点,例如碳基吸着剂材料、针内溶胶凝胶MIP、溶胶凝胶MIP修饰的膜、和溶胶凝胶MIP 点纺丝吸着剂。 有关样品萃取吸着剂有多种多样品种可供选择(Trends in Analytical Chemistry, 2016,77:23–43),下一讲讨论这一问题。
3 MEPS装置的自动化应用举例
MEPS自动化是把MEPS与自动进样器结合起来组成一个系统,来完成MEPS的所有步骤,包括样品的保温、萃取、清洗、温度控制、萃取和解析的时间控制,通过计算机上的操作系统来进行整个分析过程,这种设备有多家公司的商品仪器出售。
这种自动化的MEPS再与96微盘进样结合起来,可以大大缩短总分析时间,构成高通量分析模式。 MEPS 自动化可以使用多支萃取头组成萃取头集合,如图3的A,也可以和管尖填充固定相微萃取(MEPS),如图3的F,它的结构是萃取头放在微量吸液管的管尖处。也可以使用管内SPME或固相微萃取棒与HPLC组成自动化系统。
图 3 MEPS的自动化设备
图 3 的说明:
A-- 多个萃取头集合;B--96支微管机械手操作台:(1)96-TFME(薄膜微萃取)设备,(2,4,5)是轨道搅拌器,分别用于预处理、萃取、和解析,(3)是固定相洗涤台,(6)是96支微管的氮气排空设备,(7)是注射器臂,(8)是XYZ行程臂,用于TFME或氮气排空设备准确地定位,置于多管萃取瓶(2-5)上;C—是B图中TFME设备的详图;D—是TFME与 DESI (脱附电喷雾电离)结合图,其中(1)电喷雾器,(2)进样毛细管,(3)是TFME设备固定于台子上,(4)是旋转台,(5)是按XYZ方向运行的样品台,(6)是气源,(7)是溶剂瓶;E—处于轨道搅拌器位置的活体SPME 96微管解析设备;F--管尖填充固定相微萃取设备详图;G--管尖固相微萃取设备与商品Tomtec Quadra 96结合使用图。
(Vuckovic D,TrAC,2013,45:136-153)
4 MEPS在各个方面的应用举例
MEPS 近年有很多应用,下表1列出100例的应用实例。
表 1 近年 MEPS 应用举例
分析物 | 吸着剂 | 基体 | 方法 | 文献 | |
1 | 利多卡因,甲哌卡因、布比卡因,罗哌卡因 | C18 | 人血浆 | Gc-MS | J Chromatogr B,2004, 801:317–321 |
2 | 肌氨酸 | MIP | 人血浆,尿液 | LC-MS/MS | J Sep Sci,2014, doi:10.1002/jssc.201401116 |
3 | 局部麻醉药 | 硅基苯磺酸阳离子交换剂 | 人血浆 | LC-MS/MS | J Chromatogr,2004, B 813:129–135. |
4 | 6-(苄基氨基)-2(R)-[[1-(羟甲基)丙基]氨基]-9-异丙基嘌呤(Roscovitine) | 聚苯乙烯聚合物ISOLUTE ENV + | 血浆,尿液 | LC-MS/MS | J Chromatogr B,2005, 817:303–307 |
5 | 奥罗莫星(Olomoucine) | 聚苯乙烯聚合物 | 人血浆 | LC-MS/MS | Anal Chim Acta,2005, 539: 35–39 |
6 | 罗哌卡因,利多卡因,代谢物(甘氨酰二甲苯胺,甘氨酸二甲代苯胺,3-OH-利多卡因) | 硅胶基(C8),聚合物( ENV+),和甲基丙烯酸甲酯的有机整体柱 | 血浆,尿液 | LC-MS/MS | J Liq Chromatogr Relat Technol,2006,29:829–840. |
7 | 醋丁洛尔,美托洛尔 | 聚苯乙烯聚合物 | 血浆,尿液 | LC-MS/MS | J Liq Chromatogr Relat Technol, 2007,30:575–586 |
8 | 美沙酮 | Csilica-C8 | 血浆,尿液 | GC/MS | J Sep Sci,2007,30:2501–2505 |
9 | 环磷酰胺 | C2-吸附剂 | 病人血浆 | LC-MS/MS | J Liq Chromatogr Relat Technol, 2008,31: 683–694. |
10 | AZD3409( N-[2-[2-(4-氟苯基)乙基]-5-[[[(2S,4S)-4-[(3-吡啶羰基)硫代]-2-吡咯啉]甲基]氨基]苄基]-L-蛋氨酸 1-甲基乙酯) | C2, C8, 聚苯乙烯聚合物 | 大鼠,狗和人血浆样品 | LC-MS/MS | J Chromatogr Sci,2008,46:518–523. |
11 | 布比卡因和 [d3]-甲哌卡因 | C18羟基化聚苯乙烯二乙烯基本共聚物(ENV+) | 血浆样品 | LC-MS/MS | Anal Chim Acta,2008, 630 : 116–123 |
12 | 氟喹诺酮类 | C18 | 尿样 | CE-MS | Anal Chem,2009,81:3188–3193 |
13 | 可卡因及其代谢物 | C8 , ENV+ ,Oasis MCX,Clean Screen DAU | 人尿样 | MS-TOF | J Am Soc Mass Spectrom,2009,20:891–899 |
14 | 麻醉药品 | C18 | 人血浆 | CE-MS | Electrophoresis, 2009,30 :1684–1691 |
15 | 甲基安非他明和安非他明 | C18 | 头发 | MiAMi–GC/MS | J Chromatogr A,2009, 1216 :4063–4070 |
16 | 溶解性有机物和天然有机物 | C18 | 河水海水样品 | FT-ICR-MS | Anal Bioanal Chem, 2009, 395:797–807 |
17 | 单萜类代谢产物 | C18 | 人尿样 | GC/MS | Microchim Acta,2009,166:109–114 |
18 | 有机优先污染物和暴露的化合物 | C18硅胶 | 废水和雪水 | GC/MS | J Chromatogr A,2010, 1217 :6002–6011 |
19 | 抗抑郁药 | C8 | 人血浆 | LC-UV | J Chromatogr B,2010, 878:2123–2129 |
利培酮及其代谢产物 | C8 | 血浆和唾液 | LC库伦检测器 | Talanta,2010,81:1547–1553 | |
21 | 紫外滤光片和多环麝香化合物 | C8,C18 | 水样 | GC-MS | J Chromatogr A,2010,1217:2925–2932 |
22 | 奥卡西平及其代谢物 | C18 | 血浆和唾液 | LC-DAD | Anal Chim Acta,2010, 661:222–228 |
23 | 可替宁 | C2, C8, C18,硅胶,C8/SCX | 人尿样 | GC–MS | Anal Bioanal Chem,2010,396:937–941 |
24 | 甾体代谢物 | C18 | 动物尿样 | GC–MS | J Chromatogr A,2010,1217:6652–6660 |
25 | 利培酮和9-羟利培酮 | C8 | 人血浆、尿样,唾液 | LC-UV | J Chromatogr B,2011,879:167–173 |
26 | 氟喹诺酮类化合物 | MIP | 水样 | LC–MS/MS | Anal Chim Acta,2011,685:146–152 |
27 | 非极性杂环胺 | C18 | 尿样 | μLC-荧光检测 | Talanta,2011,83:1562–1567 |
28 | 瑞芬太尼 | C8 | 人血浆 | LC–MS/MS | J Chromatogr B,2011,879:815–818 |
氯氮平及其代谢产物 | -- | 干血斑 | LC库伦检测器 | J Chromatogr A,2011,1218:2153–2159 | |
30 | 阿托伐他汀及其代谢产物 | C8 | 病人血清 | UHPLC-MS/MS | J Pharm Biomed Anal,2011,55:301–308 |
31 | 氯贝酸,布洛芬,萘普生,双氯芬酸和布洛芬 | C18 | 水样 | PTV–GC–MS | J Chromatogr A,2011,1218:9390–9396 |
32 | 雌激素类化合物的17β-雌二醇 | MIP,C18-硅胶(改性) | 水样 | GC–MS | Anal Chim Acta,2011,703 41–51 |
33 | 阿片类药物 | C8 | 海洛因成瘾患者血浆 | LC-CD | Anal Chim Acta,2011,702:280–287 |
34 | (E)-白藜芦醇 | C2, C8, C18, SIL(未改性硅胶), | 酒 | UPLC-PDA | |
35 | 美沙酮 | C18 | 干血斑( | LC库伦检测器 | Anal Bioanal Chem,2012,404:503–511 |
36 | 黑索金,TNT | C18 | 人血浆,火药 | LC-UV | Chromatographia,2012,75:739–745 |
37 | 多环芳烃 | C18 | 水 | GC–MS | Talanta,2012, 94:152–157 |
38 | 免疫抑制药物 | C8 | 全血 | LC–MS/MS | J Chromatogr B,2012,897:42–49 |
39 | 生物相关的酚类成分 | C2, C8, C18, SIL, and M1 | 酒 | UPLC-PDA | J Chromatogr A,2012,1229:13–23 |
40 | 哌嗪类兴奋剂 | C18 | 人尿样 | LC-DAD | J Pharm Biomed Anal,2012,61:93–99 |
41 | 精神治疗药 | C18, C8,和 C8-SCX | 人血清 | LC-DAD | Anal Bioanal Chem,2012,402:2249–2257 |
42 | 普萘洛尔、美托洛尔、维拉帕米 | C2, C8, C18, 1M(阳离子交换剂)和Sil | 尿样 | 微量毛细管阵列电离质谱 | Rapid Commun Mass Spectrom,2012,26:297–303 |
43 | 普伐他汀普伐他汀内酯 | C8 | 大鼠血清和尿样 | UHPLC–MS/MS | Talanta,2012,90:22–29 |
44 | 酚酸 | C18 | 血浆 | GC–MS | J Chromatogr A,2012 1226:71–76 |
45 | 抗癫痫剂 | C18 | 人血浆和尿样 | LC-UV | J Sep Sci,2012,35:359–366 |
46 | 离子液体 | 硅胶 | 河水 | CE | Talanta,2012, 89:124–128 |
47 | 有机磷农药 | 聚吡咯/尼龙 | 水样 | GC–MS | J Sep Sci,2012,35:114–120 |
48 | 挥发性和半挥发性成分 | C2, C8, C18, 硅胶和 M1 (混合 C8-SCX) | 酒 | GC–MS | Talanta,2012,88:79–94 |
49 | 哌嗪类兴奋剂 | C8, C18 | 人尿样 | J Chromatogr A,2012,1222:116–120 | |
50 | 感觉神经元特异性受体激动剂BAM8-22和拮抗剂BAM22-8 | C2, C8和ENV+ | 血浆 | GC-MS, LC-MS | Biomed Chromatogr, 27,2013:396–403 |
51 | 大环麝香香水 | C18 | 废水 | GC-MS | J Chromatogr A,2012,1264:87–94 |
52 | 多环芳烃 | C8 | 水 | GC-MS | J Chromatogr A,2012,1262:19–26 |
53 | 抗癫痫药物 | C18 | 人血浆和尿液 | GC-MS | J Sep Sci,2012,35:2970–2977 |
54 | 卤代苯甲醚 | C18 | 酒 | GC- ECD | J Chromatogr A,2012,1260:200–205 |
55 | 芳香胺 | C18 | 环境水样 | GC-MS | Anal Bioanal Chem,2012,404:2007–2015 |
56 | 农药 | 聚苯胺纳米线 | 水样 | GC-MS | Anal Chim Acta,2012,739:89–98 |
57 | 黄酮醇 | C2、C8、C18和C8 / SCX,SIL | 葡萄酒 | UPLC-DAD | Anal Chim Acta,2012, 739:89–98 |
58 | 褪黑素与其他抗氧化剂 | C8 | 食品 | LC-荧光检测 | J Pineal Res,2012,53:21–28 |
59 | L-抗坏血酸的测定 | C2, C8, C18和含C8的硅胶类似M1 | 饮料 | LC-UV | Food Chem,2012,135:1613–1618 |
60 | 卤代乙酸 | C18 | 氯化水 | GC-MS | J Chromaogr A,2013,1318:35–42 |
61 | 局部麻醉剂:利多卡因,甲哌卡因和布比卡因 | MIP | 血浆和尿液 | LC-MS/MS | Biomed Chromatogr,2013,27:1481–1488 |
62 | 心脏药物 | C8 | 尿液 | UHPLC-MS/MS | J Chromatogr B,2013,938:86–95 |
63 | 5-羟色胺再摄取抑制剂,抗抑郁药 | C8和强阳离子交换剂 | 血浆 | 非水-CE | J Braz Chem Soc,2013,24:1635–1641 |
64 | 麝香酮 | C18 | 河水 | 表面增强拉曼 | Anal Bioanal Chem,2013,405:7251–7257 |
65 | 利多卡因 | C8 | 唾液 | LC-MS/MS | Biomed Chromatogr,2013,27:1188–1191 |
66 | 非甾体类抗炎药 | C18 | 人尿 | UHPLC-UV | J Chromatogr A,2013,1304:1–9 |
67 | 苯基黄酮 | C2、C8、C18,SIL,M1 | 啤酒 | UHPLC-DAD | J Chromatogr A,2013,1304:42–51 |
68 | 大麻类 | C18 | 口服液 | LC-MS/MS | J Chromatogr A,2013,1301:139–146 |
69 | 氯苯 | C18 | 水样 | GC-MS | Anal Bioanal Chem,2013,405:6739–6748. |
70 | 迷迭香酸 | CMK-3纳米碳 | 水样 | LC-UV | Chromatographia,2013, 76:857–860 |
71 | 氧化应激生物标记物 | C2,C8,C18,SIL,M1 | 病人尿样 | UHPLC-PDA | Talanta,2013, 116:164–172 |
72 | 橄榄生物酚 | CMK-3纳米碳 | 大鼠血浆 | LC-UV | 73 Anal Sci,2013,29:527–532 |
73 | 抗精神病药物 | 80% C8 20% SCX | 血浆 | GC-MS/MS | Anal Bioanal Chem,2013,405:3953–3963 |
74 | 多环芳烃和硝基麝香 | C18 | 环境水 | LVI-GC–MS | Anal Chim Acta,2013, 773 :68–75 |
75 | 氧化损伤DNA尿中的生物标记物 | C8 | 尿 | LC-PDA | PLoS ONE 8 (2013)e58366 |
76 | 抗精神病药物 | C18 | 血浆 | GC-MS | Anal Chim Acta,2013, 773:68–75 |
77 | 羟基苯甲酸和羟基酸 | C2、C8、C18和C8,SIL / SCX | 葡萄酒 | LC-PDA | Microchem J,2013,106:129–138 |
78 | 抗精神病药齐拉西酮 | C2 | 血浆 | LC-UV | J Pharm Biomed Anal,2014,88:467–471 |
79 | 可的松,皮质酮,acortisol | C8 | 唾液、血浆、尿液和血液 | LC-DAD | J Pharm Biomed Anal,2014,88:643–648 |
80 | 恩替卡韦 | 多孔石墨化碳颗粒 | 血浆,血浆超滤液 | LC-MS/MS | J Pharm Biomed Anal,2014,88:337–344 |
81 | 莱克多巴胺 | C18和 C8/SCX, 8μL容器 | 猪肌肉和尿液样本 | LC-UV | Food Chem,2014,145:789–795 |
82 | 芳香胺 | DVB | 纺织品中偶氮染料 | GC-MS | Talanta,2014, 119:375–384 |
83 | 氨基甲酸乙酯 | SIL, C2, C8, C18, and M1 | 强化葡萄酒 | GC-MS | Anal Chim Acta, 2014,818:29–35 |
84 | 贝塔受体阻滞剂美托洛尔和醋丁洛尔 | 聚苯乙烯 | 人血浆和尿样 | C-MS/MS | M.M. Moein (Ph.D. thesis), Stockholm University, 2014 |
85 | 多环芳香族碳氢化合物 | C8 | 水样 | GC-MS | J Chromatogr A,2006, 1114:234–238 |
86 | 布比卡因,利多卡因,罗哌卡因 | C18 | 人血样 | LC-MS/MS | Bioanalysis,2010, 2:197–205 |
87 | 卤乙酸 | C18 | 氯化水 | GC-MS | J Chromatogr A,2013, 1318:35–42 |
88 | 三环类抗抑郁药 | C8/SCX | 口腔液体 | UHPLC–MS | Chromatogr A,2014, 1337:9–16 |
89 | 氯酚 | C18 | 土壤样品 | GC-MS | J Chromatogr A,2014, 1359:52–59 |
90 | 溴联苯醚 | C18 | 污泥 | GC-MS | J Chromatogr A,2014, 1364:28–35 |
91 | 非甾体类抗炎药物 | C18 | 血浆和尿样 | HPLC-PDA | J Chromatogr A 1367 (2014) 1–8 |
92 | 瘦肉精, | MIP | 猪肉样品 | HPLC | J Pharm.Biomed Anal. 91 (2014) 160–168 |
93 | 卡马西平、拉莫三嗪,奥卡西平,苯巴比妥,苯妥英和活性代谢物环氧化卡马西平和利卡西平 | C18 | 血浆 | HPLC-DAD | |
94 | 千金藤素 | C8 | 血浆 | UPLC | J Anal Methods Chem,2014,2014:1–6 |
95 | 磺胺类药物 | C8 | 鸡粪废水样品 | HPLC | J Liq Chromatogr Relat Technol,2014,37:2377–2388 |
96 | 五种抗精神病药(奥氮平、奎硫平、氯氮平、氟哌啶醇、氯丙嗪)和七中抗抑郁药(米氮平、帕罗西汀、舍曲林、西酞普兰,氯丙咪嗪,丙咪嗪、氟西汀) | 氨丙基杂化硅胶整体柱 | 血浆 | LC–MS/MS | Talanta1,2015,40:166–175 |
97 | 肉碱和酰基肉碱 | C2,C8,C18,M1 | 人尿 | LC–MS/MS | J Pharmaceu Biomed Anal,2015,109:171–176 |
98 | 儿茶酚胺类(如去甲肾上腺素、肾上腺素和多巴胺) | C18 | 干燥血浆和尿渍 | HPLC-库伦检测器 | J Pharmaceu Biomed Anal,2015,104:122–129 |
99 | 氯胺酮及其代谢物 | M1 | 血浆 | GC-MS/MS | J Chromatogr B, 2015,1004:67–78 |
100 | 贝塔受体阻滞剂美托洛尔,醋丁洛尔 | Carbon-XCOS | 血浆 | LC-MS/MS | J Chromatogr B, 2015,992:86–90 |
5 小结
样品制备是分析复杂样品的难题,例如对生物分析样品的处理,其成分复杂,有时样品量很少,所以MEPS 很适合在这一场合的应用,从举出的100例应用中也可以看出它适合于生物样品分析的前处理。
来源于:傅若农
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