精选|药物分析系列1—敞开式离子化质谱及其在体内药物分析中的应用
1 敞开式离子化质谱
相对于电子轰 击电离等传统离子源，该离子源具有大气压电离源类 的软电离特性，离子化效率高，准分子离子峰丰度高， 碎片离子少；而同电喷雾电离等大气压电离源相比， 该离子源又具有耐基质干扰，溶剂损耗少，高灵敏度等突出优点。目前，已有多篇综述 报道了AMS的原理、特点、分类、发展历史及其在食 品安全、环境监测、刑侦诊断、生物医药等领域的应用。
2 体内药物分析
体内药物分析是指通过对生物样品（生物体液、 器官或组织）中药物及其代谢产物或内源性生物活性物质的定量分析，评价药物体内吸收代谢过程、药效机制以及临床使用的安全性和有效性。其分析的生物样品具有种类繁多，采样量少，待测物浓度低， 内源性物质干扰强等特点。目前，液质联用技术以其高分离度、高灵敏度优势成为体内药物分析的主 流方法。但该技术仍存在前处理方法烦琐，样本易受污染，代谢物易在前处理及分析过程中转化降解，分析成本高等缺陷。AMS的出现，彻底改变了液质 联用技术需对样品进行复杂预处理与色谱分离过程后再引入封闭体系分析的理念，可直接采集样本分析，具有原位、实时、非破坏、高通量与低损耗等优点。
3 AMS的分类
3.1 基于电喷雾电离机理的技术
DESI 自Cooks课题组研发出解吸电喷雾离 子源以来，该技术已成为目前研究和应用最为广泛 的AMS技术之一。其典型装置由传统ESI装置与承 载样品表面两部分组成，其中喷雾毛细管被移出质谱真空进样接口以留出空间放置样品，并且毛细管、承载样品表面与质谱进样孔三者呈彼此相距数毫米的V字结构。如下图所示，通过在电喷雾毛细管喷嘴上施加一定高电压，喷雾溶剂（如甲醇，水等）从雾化器的内 套管流出，并被外套管中喷出的高压氮气迅速雾化形 成平均粒径约为3 μm，速度约为150 m·s-1的带电液滴。这些负载了能量和电荷的初级液滴以一定 角度（ ≤10°）轰击样本表面并覆盖成膜，液滴中的 溶剂立即萃取溶解基质中的待测物；同时，后续液滴 的不断涌入使得表面溅射出更细小的次级带电液滴 （chemical sputtering），并由氮气吹扫干燥去溶剂化与 电荷残留库仑裂解分析物，最终产生气态带电分析物离子。在分析过程中，样品可不断移动空间位置， 3D调节架与移动台可调节雾化器和样品表面的相对 位置从而优化喷雾毛细管、样品表面与质谱真空进样 接口三者之间的夹角，甚至可以用移动传输带或样品盘替代表面组件，从而保证高离子化效率与高通量分析。DESI既可以分析小分子，又可以分析大分子， 通常被分析物均为极性分子，得到的是带单电荷或多 电荷的离子峰。
3.2 基于大气压化学电离机理的技术
DART DART技术的研究对象是相对分子 质量小于1 000的小分子药物。如图6，其装置由 载气、离子发生器、加热管以及温控部分等组成，使 用He或N2作为工作气，通过在放电室内部的阴 极和阳极之间施加一个高达5 kV电压导致高压辉 光放电，使工作气电离成含离子、电子和长寿命电 子激发态原子的等离子体气流。该气流流经穿孔 电极选择性移除离子成分后被加热至500 ℃，仅激 发态气流喷出至样品表面，完成热辅助的解吸附过程。尖端包裹的绝缘帽可有效保护样本不受电场伤 害。在正离子模式下，该激发态氦原子电离环境 中的水分子，形成水合离子［（H2O） n+H］ +；在负离子 模式下，该激发态氦原子电离空气中的氧分子，形成 超氧离子［O2］ -。该水合离子或超氧离子作为反应 离子与脱附至气相中的化合物分子发生质子交换， 最终产生加减一个质子的分子离子峰。离子化机理 目前认为包含彭宁离子化（Penning ionization）、质子 转移以及电荷交换等过程。DART离子化时不需 溶剂辅助，几乎无离子抑制现象发生，也无金属加合 离子产生。另外，由于DART离子化发生于气相，在 负离子操作模式下，困扰ESI的溶液pH调节将不复 存在。通常在LC-MS中不够灵敏的负离子模式，在 DART质谱方法中却非常出色。
4 AMS在体内药物分析中的应用
4.1血液 作为体内药物分析最为常用的基质，血液样本具有采集方便，较好体现药物浓度与治疗作用关系等特点，同时能更好地为临床用药提供参考价值。通常血液样品包括全血、血浆和血清3种，其中又以血浆最为常用。
Rossi等采用DESI-LTQ-Orbitrap XL质谱测 定Wistar大鼠血浆中埃索美拉唑及其代谢产物5羟基奥美拉唑与奥美拉唑砜。血浆添加内标阿替洛 尔后，经二氯甲烷液液萃取进入质谱分析。DESI采 用N2作为雾化气体，并设定57°入射角，将50%乙 腈以0.5 μL·min-1喷至距其2.1 mm的聚甲基丙烯 酸甲酯载体表面，同时将样本与质谱入口间距离设为 0.6 mm。方法验证结果检出限为60 ng·mL-1，线性范 围为0.2~20 μg·mL-1（r2=0.987），精密度良好（RSD ＜9%）。采用该方法同传统LC-MS/MS分别测定大 鼠血药浓度并计算药动学参数，结果显示2种测定方 法无显著性差异，表明DESI可代替传统LC-MS/MS 进行血药浓度测定。
4.2尿液 尿药测定主要用于药物物质平衡、尿清除率、体 内代谢途径及代谢产物研究。同时，当药物在血中浓 度过低难以准确测定时，尿药测定亦用于药物制剂生 物利用度研究。
Li等采用自制EESI联用LTQ-XL质谱定量测定健康志愿者尿液中肌酐浓度并用于急性肾衰 竭诊断。原尿样用水稀释500倍后加入氘代内标完 成前处理。电喷雾通道为加载4 kV电压的甲醇溶 液，中性样品通道为处理后的尿样溶液，两者尖端夹角为60°并相距10mm。随后电喷雾通道和中性样品通道分别以3 μL·min-1 与5 μL·min-1喷出溶液 并用1 MPa氮气雾化萃取电离。在0.05~10 mg·L-1 定量浓度范围内，曲线线性关系良好（r2=0.986 1）， 肌酐同氘代内标的RSD（n=6）分别为7.1~11.8% 和4.1~11.3%。最终样本测定结果同传统基于 Jaffe反应的分光光度法结果相当，相对回收率为 85%~111%。
4.3 组织 组织药物浓度既可反映药物疗效，又关系到药 物的蓄积和毒副作用等安全性问题，同时为药物靶向运输提供重要信息。常用的脏器组织包括胃、肝、肾、 脑、心等。传统分析方法需将固体组织切割匀化制成 水性基质匀浆溶液，随后前处理萃取药物分析。但AMS，尤其是DESI与PESI，可直接取样测定，极大降 低了前处理时间。
Zaitsu等采用PESI联用LCMS-8040三重四极杆质谱直接分析活体动物肝内代谢过程。PESI采 用尖端直径700 nm的探针，以300 mm·s-1刺入肝 下0.5 mm取样。为验证方法适用性，分别分析四氯 化碳诱导急性肝损伤模型组同对照组大鼠肝内代谢物特性。主成分分析图表明，两组肝内的3-羟基丁酸、甘氨酸等26种内源性小分子代谢物存在明显差 ，其中最明显的是牛磺酸差异（该结果进一步得到 GC-MS/MS确证），并推测牛磺酸可能参与肝内抗氧化过程。此外，根据三羧酸循环机理，通过门静脉推注 丙酮酸，PESI同时监测了活体大鼠肝内 α-酮戊二酸及反丁烯二酸动态变化过程并验证了相关理论。为便于质谱采集大体积活体动物组织样本，Yoshimura等在质谱离子入口处外接长度为200 mm离子取 样管及抽吸速率为6 L·min-1的小型隔膜真空泵，以促使更多待测物离子与带电液滴被吸入质谱分 析。小鼠尾静脉注射100 μL浓度为100 mmol·L-1 5-氟尿嘧啶溶液，1 min后质谱即检测出药物信号（［ M+Na］ +，m/z=269.1），并于 35 min信号强度降低至 0.4 μmol·L-1。该结果同人体药动学相关结果范围一 致（2’-去氧-5-氟尿嘧啶的半衰期为15~22 min）。
5 总结与展望
随着更多新的常压解吸离子化技术及相关商业化产品的出现，AMS在药物代谢动力学、组织显影、代谢组学等体内药物分析领域得到了广泛应用。虽然在该领域研发初期，研究者遇到诸如定量分析效果差，实验重现困难，检出限高等一系列难题，但随着多种氘代内标添加方法、商业化自动进样器、快速高效前处理联用方法以及小型质谱分析仪 的出现，这类问题初步得到解决。
然而，常压解吸离子化技术若想在未来得到更广泛的应用，除了应在纷繁复杂的子技术中区分各自优 势领域外，仍需制定合理的通用方法学控制标准，而不仅仅是同液质联用技术的简单对比。同时，更应当关注商业化仪器及自动化操作的发展。相信随着该 类技术不断发展完善，将会在多种生物基质样品的高 通量、实时监测方面发挥突出作用。
免责声明：
本文信息部分内容来自网络文章，不保证所有信息、文本、图形、链接及其他项目的绝对准确性和完整性，故仅供访问者参照适用。如您（单位或个人）认为本文某部分内容有侵权嫌疑，敬请立即通知我们，我们将在第一时间予以更正或删除。以上声明之解释权归本公众号所有。法律上有相关解释的，以中国法律之解释为基准。如有争议限在我方所在地司法部门解决。谢谢。