傅立葉變換離子回旋共振質譜在獸藥未知物篩查中的應用

郭國賢,王麗娜,蘭雨濛,高 鐸,孫玉飛

(遼寧省檢驗檢測認證中心,遼寧 沈陽 110036)

近年來,隨著國家對食品安全的重視,獸藥檢測行業飛速發展,越來越多的檢測設備及分析儀器應用于獸藥監察系統。但要面對越來越復雜的獸藥違法添加物的結構確證及定量,就需要高靈敏度、高分辨率、高準確度的要求。而傅立葉變換離子回旋共振質譜(FT-ICR MS)的發展,為獸藥未知物的篩查及確證提供了一種途徑。

1 獸藥中非法添加物的近況

獸藥非法添加,極易造成藥物濫用的情況,存在動物源性食品的藥物殘留和耐藥性的生物安全風險[1],依據農業農村部的《農業農村部辦公廳關于2023年第一期獸藥質量監督抽檢情況的通報》,獸藥非法添加仍屢禁不止,省級監督抽檢發現改變組方非法添加其他藥物成分的產品4批,涉及3家生產企業,非法添加藥物為雙氯芬酸鈉和乙酰甲喹。而現有關于獸藥非法添加的檢測方法共50余種,其中大部分檢測設備都為高效液相色譜-二極管陣列檢測器。面對越來越復雜的獸藥非法添加現狀,如何建立一種高適應性、高效的檢測方法,具備定量定性特性,并有較高的準確度與靈敏度,來提升獸藥檢測行業水平,是亟待破解的問題。

2 FT-ICR MS在獸藥未知物篩查中的應用前景

要想解決目前獸藥非法添加亂相,就需要引入高通量、高分辨率、譜圖特性強、易定性定量的檢測設備。目前具備以上特點的檢測儀器主要包括飛行時間質譜、拉曼光譜、傅立葉變換離子回旋共振質譜。飛行時間質譜主要通過檢測信號開始與離子撞擊到檢測器產生脈沖之間的時間差,來測量不同物質產生的碎片離子以及產生的時間差;拉曼光譜是采用激光激發被測樣品,通過高效光信號采集及處理系統獲得拉曼散射信號,從而反映物質分子振動光譜和微觀結構。但由于飛行時間質譜及拉曼光譜對未知物的定性較多依賴于已知對照品或者質譜數據庫光譜圖庫的參照,在未知物篩查過程中存在較多不確定性,而傅立葉變換離子回旋共振質譜具有超高的寬帶檢測分辨率 (m/⊿m50%>106,m/z=400) 和質量準確度(外標法,<1.0 ppm)、高分辨檢測模式下可獲得化合物的同位素精細結構從而將分子量極其接近的物質很好地分開等優勢。結合其通用的多級質譜功能,FT-ICR MS可準確地獲得復雜體系中各個化學成分的元素組成進而闡明其化學結構[2],從而達到不需要已知對照品或質譜數據庫光譜圖庫的情況下對未知物進行結構確證與定量分析。

在中藥學領域,ESI-FT-ICR MS早已在中藥單體化學成分的結構鑒定研究中取得了非常廣泛的應用。早年,Xiong等[3]就曾采用ESI-FT-ICR MS模式對脫水淫羊藿素糖苷進行了化學結構鑒定,并對脫水淫羊藿素糖苷及其甲基化衍生物的裂解規律進行了研究,為該類化合物的結構鑒定研究奠定了基礎。隨后,劉春明等[4]也采用ESI-FT-ICR MS多級串聯質譜法對朝鮮淫羊藿中一種新的生物堿類化合物進行了結構確認和裂解規律分析,并確證其為淫羊藿堿A。周莉莉等[5]利用ESI-FT-ICR MS和SORI-CID技術對馬錢苷進行了質譜研究,并對其質譜碎裂機理進行了驗證,建立了其同系物的質譜鑒定新方法。由于FT-ICR MS具有質量范圍寬、靈敏度高、可提供母離子和碎片離子的精確質量數及可能的元素組成等優點,近年來,LC-ESI-FT-ICR MS在中藥及其復方體外化學成分的鑒定中也得到了廣泛的應用,Han等[6]利用UHPLC-FT-ICR-MS方法對梔子大黃湯藥效物質基礎進行了研究,在大鼠血清中確定了18個可能的活性成分,包括9個環烯醚萜苷類化合物、5個單萜類化合物和4個黃烷酮類化合物,基本確定了體內產物的結構及含量。FT-ICR MS技術在動物體內檢測藥物殘留檢測方面的應用,為獸藥非法添加在動物源性食品中殘留量的測定提供了實驗基礎,也為中藥學領域中主要化學成分與藥理活性之間關系的應用,特別是復雜中藥組分的檢測與結構鑒定以及為獸藥未知物篩查提供了可供參考的應用基礎以及可行的檢測方法。

3 傅立葉變換離子回旋共振質譜儀主要構造

FT-ICR MS基本包括離子源、串聯四極桿、碰撞池、分析池和超導冷凍磁體。其中,離子源產生離子,串聯四極桿和碰撞池選擇、傳輸和/或裂解離子,分析池分離并檢測離子。從結構功能上講,分析池是FT-ICR MS的關鍵結構單元,它結合了傳統質譜的質量分析器和離子檢測器的雙重功能,將離子分離和離子檢測兩種功能合二為一。

3.1離子源 目前,質譜最常用的離子源包括電噴霧電離源(ESI)[7]、大氣壓化學電離源(APCI)[8]和基質輔助激光解吸電離源(MALDI)[9]等。其中,ESI源和MALDI源是目前生命科學研究領域應用最多的兩種離子源[10]。小分子化合物分析時(分子量<1000 Da),ESI源應用范圍最廣,主要適合分析中等極性和極性化合物分子;APCI源是ESI源的補充,主要適合分析極性較小的化合物。而蛋白質分子分析時,ESI源能夠形成多電荷離子,MALDI源則易于形成單電荷帶電離子,但后者具有耐鹽、靈敏度高和碎片離子少等特點。

3.2超導冷凍磁體 超導冷凍磁體是保證FT-ICR MS正常工作的核心部件,它為分析池提供了工作所必須的勻強磁場環境。隨著超導冷凍磁體被應用于FT-ICR MS中,質譜儀的分辨率、質量精確度、質量范圍、動態范圍、測量速度、測量穩定性和靈敏度等一系列主要性能均得到了顯著的提高,特別是近十年FT-ICR MS的進步與超導磁體技術的發展直接相關[11]。近年來,隨著超導冷凍磁體研發技術的創新,FT-ICR MS推出了免維護超導冷凍磁體,利用一個超低溫泵將揮發出來的液氦氣體重新壓縮成液氦灌回到超導磁體中,既不需要液氮對液氦降溫,又減少了液氦的損耗,不但減少了日常維護成本,而且大大降低了超導磁體失超的危險。這也為FT-ICR MS在獸藥未知物篩查領域的廣泛應用提供了技術保障。

3.3分析池 分析池處在由超導冷凍磁體產生的高強磁場中,它集合了傳統質譜的質量分析器和離子檢測器的雙重功能。當FT-ICR MS工作時,離子的分離和檢測都在分析池內完成,只不過是在不同時間完成而已[12]。目前FT-ICR MS上對小分子模型化合物利血平(reserpine,m/z609) 進行測試,可獲得高達2000萬以上的超高分辨率[13-14]。在寬帶模式下可獲得電荷數從37到60的多電荷分布圖,在窄帶模式下對電荷數為49的同位素峰簇(m/z1357)進行測試,也可獲得該峰簇的清晰分布,其分辨率高達120萬[14],如此優秀的性能指標,極大地提高了獸藥未知物篩查的準確性。

4 結論

本文對獸藥非法添加現狀以及檢測方法進行了綜述,結合高分辨質譜FT-ICR MS技術指標以及在中藥基礎研究中的應用,提出了高分辨質譜FT-ICR MS在獸藥非法添加領域應用的可行性。可以看出,隨著研究者對其工作原理和技術指標的深入了解,FT-ICR MS已成為在確定未知物結構以及含量測定中不可或缺的有效方法。截止目前,FT-ICR MS技術在中藥檢測領域應用比較廣泛,但在獸藥未知物檢測領域還屬于空白,國內目前尚無相關檢測標準及方法。相信隨著國家對獸藥非法添加的重視以及FT-ICR MS新技術的發展和完善,該方法一定會被越來越廣泛地應用于檢測獸藥非法添加物領域。