薄層色譜與質譜聯用的研究進展
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,在食品、醫藥、化妝品、刑偵與消防、工業工藝和環境檢測等諸多領域都有廣泛應用。尤其在醫藥領域,TLC幾乎是所有化學藥工藝研發過程中必不可少的中控方法,同時TLC在中藥和藥物輔料的檢測中也占有非常重要的地位。據統計,2020版《中國藥典》第一部中藥分冊中,有近94%的品種使用了TLC作為質量控制分析方法;2020版《中國藥典》第四部輔料分冊中有接近40個品種使用了TLC。
盡管柱液相色譜發展迅速,但TLC成本低、操作靈活便捷、樣品前處理簡單、通量高、儀器聯用便捷等優勢仍是柱色譜難以達到的。近年來TLC技術有兩個發展趨勢,一是檢測手段多元化,例如與多種檢測器聯用(如紅外光譜、拉曼光譜、表面增強拉曼光譜、質譜(MS)、離子遷移譜、熒光光譜、氣相色譜、液相色譜、核磁共振等),或者與生物技術相結合從而形成效應導向分析(生物自顯影);二是檢測靈活化和便捷化,例如通過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,而手機終端上的數據處理也使數據分析更加簡便高效。本文綜述的薄層色譜-質譜聯用(TLC-MS)技術是多元化檢測趨勢的代表,當前TLC儀器聯用技術中最為活躍的研究方向之一,尤其在食品和醫藥領域(如化學藥、天然產物或植物藥、臨床檢測等方面)有廣泛的應用空間。
目前TLC-MS聯用的形式大致可以歸納為3種。
第一種是通過獨立的接口儀器裝置將薄層上的譜帶轉移出來,再送入質譜進行分析。
第二種是直接在薄層板上進行的“原位”質譜分析,即在薄層展開完成之后再進行質譜檢測,此時譜帶在薄層板上的相對位置已經固定,質譜掃描時先固定好質譜電離源的位置和角度,然后對正薄層板的位置再進行掃描檢測。這種檢測方式可稱為靜態檢測;盡管也可以通過傳送帶等方式移動薄層板,使固定相上的譜帶依次通過質譜掃描檢測區域而得到連續的色譜圖,但由于譜帶上的相對位置并未發生變化,因此仍應歸屬為靜態檢測。
第三種是在薄層板上直接進行實時監測,這種監測方式與高效液相色譜(HPLC)相似,在譜帶展開的同時進行檢測,只要流動相帶著樣品成分經過檢測點,檢測器就會對相應的譜帶有信號響應。檢測時譜帶在薄層板上的相對位置仍處于變化中,因此可稱這種檢測為動態檢測。
1 TLC-MS接口儀器裝置
對于上文所述的第一種TLC-MS檢測方法,其目標是將薄層上的譜帶提取出來,再送入質譜進行分析。常見的轉移操作有兩種,一種是手動操作,即在薄層分離后進行刮板操作,再用有效的提取液從吸附劑中提取目標化學成分,進行純化和濃縮處理后進行質譜分析,也稱為間接上樣或者離線聯用;另一種則是借助TLC-MS接口儀器用提取液直接對目標譜帶進行提取,自動過濾后送往質譜電離源。
對于自動化的TLC-MS接口儀器來說,使用過程主要包括3個操作步驟,即TLC分離、目標成分的接口轉移、質譜分析。商業化儀器接口裝置生產商主要有瑞士CAMAG、美國Advion等,目前我公司也開發了TLC-MS接口的商品化儀器,原理上與進口儀器相同,結構上與之相似(如圖1所示)。基于接口儀器裝置的TLC-MS聯用檢測,在化學合成領域、食品、生物醫藥、環境檢測方面都取得了不錯的應用效果,既可用于有機成分的分析也可用于元素分析。
使用過程中,接口儀器對準TLC板上的目標譜帶后,與之緊密接觸,然后使用指定體積的溶劑(如甲醇等)對它進行洗脫,過濾后通過內部管路輸送至質譜進行分析,最后對接口儀器管路進行反向沖洗。這種設計不易引入不溶性雜質,因此也無需再在MS前加預柱。但是常見的問題是取樣探頭和薄層之間的密封不足,時常會有少量洗脫液析出,造成譜帶的擴散,應用超薄薄層色譜(UTLC,固定相厚度一般為1~50 μm)時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
TLC-MS技術聯用的第二種形式則是在薄層板上直接進行原位檢測,這種方法的樣品前處理相對簡單,常用于低聚糖、氨基酸、脂類等基質成分復雜的生物成分分析。這種儀器技術的關鍵在于兼容模式電離源的設計,目前報道的原位檢測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/快離子轟擊源質譜的聯用
2.2 薄層色譜與激光輔助解吸/燒蝕源質譜的聯用
2.3 薄層色譜與ESI源質譜的聯用
2.4 薄層色譜與大氣壓化學電離源質譜的聯用
2.5 薄層色譜與即時直接分析質譜的聯用
2.6 薄層色譜與流動大氣壓余輝電離源質譜的聯用
2.7 薄層色譜與低溫等離子體源質譜的聯用
2.8 薄層色譜與其他電離源質譜的聯用
3 薄層展開的實時質譜監控技術
HPLC常與MS儀器直接聯用進行實時監測,但是這種技術在TLC中卻并不常見。在液相色譜-質譜聯用的儀器系統中,有泵系統的支持,質譜電離源的主要功能之一是除溶劑;相比之下,除少數強制流薄層(如加壓薄層和旋轉薄層)外,其他TLC技術主要憑借毛細作用力驅動流動相,而沒有外力支持,同時流動相的量也不大。另外,TLC的分離能力不及HPLC,這也是TLC-MS應用不及HPLC-MS的主要原因。總體來看,實時在線檢測的TLC-MS可以分為強制流薄層色譜-質譜聯用和常規薄層色譜-質譜聯用,這里說的強制流薄層色譜是以毛細作用力和其他輔助作用力共同驅動展開劑流動的TLC方法,而常規薄層色譜法則是指僅憑借毛細作用力為驅動力的TLC方法。
4 效應導向薄層色譜與質譜的聯用
效應導向分析(EDA)是指將化學分析與生物測試相結合,用于識別樣品中有活性或者毒性的成分(如天然藥物、代謝產物、副產物、工藝雜質/污染物、降解產物、摻假藥物和殘留物等)的技術,在TLC中的應用常被稱為薄層色譜-生物自顯影技術,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和物質篩選,或者免疫檢測等。如果將生物導向與薄層-質譜分析相結合,則可以有效提高活性化合物篩選的工作效率。近年來,這些應用一般體現于食品和生物制藥領域,在TLC-MS聯用方面多采用接口儀器裝置。
總結與展望
TLC-MS已經引起了人們的關注,尤其是薄層-生物自顯影等技術的廣泛使用,更突顯了質譜與薄層色譜結合的迫切性。如何在現有儀器基礎上進行“即插即用”型部件的設計與商品化是目前推廣這一技術的主要瓶頸,值得關注;同時兼備靈活掃描功能、高通量和實時監測功能的TLC-MS技術也很令人期待。另外,各原位檢測TLC-MS方法的解吸-電離方式各有特點,它們之間的對比也是有待于進一步討論的應用問題。相信不久的將來,這些問題會一一解決,而TLC-MS技術也會有更豐富的應用。
