Sự gia tăng độ nhạy và độ phân giải của thiết bị đã mở ra những khía cạnh mới trong phân tích dược phẩm và các chất chuyển hóa phức tạp của hệ thống sinh học. So với các kỹ thuật khác, khối phổ chỉ là kỹ thuật xác định khối lượng phân tử, qua đó ta có thể đoán được công thức phân tử. Nó dựa trên sự chuyển đổi mẫu thành trạng thái ion hóa, có hoặc không có sự phân mảnh, sau đó được xác định bằng tỷ lệ khối lượng trên điện tích của chúng [m / e]. Khối phổ cung cấp thông tin nguyên tố phong phú, là tài sản quan trọng để giải thích các thành phần hỗn hợp phức tạp. Vì vậy, nó là một công cụ quan trọng để làm sáng tỏ cấu trúc của các hợp chất chưa biết. Khối phổ cũng giúp phân tích định lượng nguyên tố, tức là cường độ của tín hiệu khối phổ tỷ lệ thuận với phần trăm nguyên tố tương ứng. Nó cũng là một công cụ không xâm lấn cho phép nghiên cứu in vivo ở người. Nghiên cứu gần đây đã xem xét các ứng dụng có thể có của khối phổ kế trong lĩnh vực y sinh. Nó cũng được sử dụng như một máy dò nhạy cho các kỹ thuật sắc ký như LC – MS, GC – MS và LC / MS / MS. Những phát triển công nghệ gạch nối gần đây của kỹ thuật này đã cải thiện đáng kể khả năng ứng dụng của nó trong các phân tích y sinh và dược phẩm. Nghiên cứu gần đây đã xem xét các ứng dụng có thể có của khối phổ kế trong lĩnh vực y sinh. Nó cũng được sử dụng như một máy dò nhạy cho các kỹ thuật sắc ký như LC – MS, GC – MS và LC / MS / MS. Những phát triển công nghệ gạch nối gần đây của kỹ thuật này đã cải thiện đáng kể khả năng ứng dụng của nó trong các phân tích y sinh và dược phẩm. Nghiên cứu gần đây đã xem xét các ứng dụng có thể có của khối phổ kế trong lĩnh vực y sinh. Nó cũng được sử dụng như một máy dò nhạy cho các kỹ thuật sắc ký như LC – MS, GC – MS và LC / MS / MS. Những phát triển công nghệ gạch nối gần đây của kỹ thuật này đã cải thiện đáng kể khả năng ứng dụng của nó trong các phân tích y sinh và dược phẩm.
Giới thiệu
Khối phổ [MS] là một kỹ thuật tiên tiến để xác định trọng lượng phân tử của một hợp chất. Máy đo khối phổ đầu tiên được phát triển vào năm 1912 bởi JJ Thompson. Thiết bị hiện có nhiều ứng dụng trong dược phẩm [khám phá thuốc, dược động học, chuyển hóa thuốc], lâm sàng [sàng lọc sơ sinh, phân tích huyết sắc tố, thử nghiệm thuốc], môi trường [chất lượng nước, ô nhiễm thực phẩm, xác định chất ô nhiễm], địa chất [thành phần dầu, xác định phần hydrocacbon trong ngành dầu khí], luyện kim [xác định kim loại đất hiếm và kim loại theo ppq [phần tư tỷ]], thể thao [kiểm tra dope của ma túy ở vận động viên], pháp y [xác định chất độc và chất chuyển hóa ma túy] và công nghệ sinh học [protein, peptit phân tích] như các trường.
Nguyên lý cơ bản
Phương pháp phổ khối dựa trên sự tạo ra ion dương. Đối với mô hình phổ biến nhất của nó, sự ion hóa tác động điện tử với máy phân tích từ trường, mẫu đang được khảo sát được chuyển thành pha hơi và bị bắn phá bằng các điện tử có năng lượng đủ để đánh bật một điện tử ra khỏi nó [> 10 eV] để tạo ra một ion tích điện dương được gọi là ion phân tử hoặc ion mẹ được ký hiệu là M +
Phân tử mang điện tích cực M + thường không ổn định, và khi năng lượng tăng [10–70 eV] theo độ bền liên kết, chúng vỡ ra thành các mảnh được gọi là mảnh hoặc ion con được ký hiệu là M +1 . Các ion hình thành được tách ra trong máy phân tích dưới tác động của điện trường và từ trường và được máy dò ghi lại để tạo ra phổ khối lượng
Các thành phần cơ bản của khối phổ
Khối phổ kế chủ yếu bao gồm các thành phần sau:
- Hệ thống đầu vào
- Buồng tạo ion
- Ống phân tích
- Bộ thu ion
- Hệ thống thu thập dữ liệu
Hệ thống đầu vào chuyển mẫu ở dạng khí vào chân không của buồng tạo ion của khối phổ. Trong buồng tạo ion, các phân tử mẫu trung tính được ion hóa và sau đó được tăng tốc vào ống phân tích khối lượng. Ống của máy phân tích khối lượng là bộ phận quan trọng nhất mà phạm vi của khối phổ phụ thuộc vào đó. Phân đoạn này phân tách các ion được tạo ra, trong không gian hoặc trong thời gian, theo tỷ lệ khối lượng trên điện tích của chúng [m / e]. Khi các ion được tách ra, chúng được thu thập và phát hiện trong buồng thu ion. Sau đó, tín hiệu được chuyển đến một hệ thống thu thập dữ liệu để điều tra dữ liệu. Chân không cao được áp dụng giữa buồng tạo ion, ống phân tích và bộ thu ion. Hệ thống chân không đang duy trì áp suất thấp để giảm thiểu cơ hội xảy ra phản ứng phân tử ion, Hình 2 ].
Một số ứng dụng thực tiễn áp dụng trong đời sống của khối phổ
Phân tích hóa thực vậtKhối phổ được sử dụng rộng rãi trong phân tích hóa thực vật do khả năng xác định và đo lường các chất chuyển hóa có trọng lượng phân tử rất thấp ở khoảng nồng độ rất thấp dưới nanogram trên mililit [ng / mL]. Do đó, nó được coi là phương pháp phân tích dấu vết. Một loạt các kỹ thuật tách chất phân tích như điện di mao quản, sắc ký khí và sắc ký lỏng hiệu năng cao được kết hợp với quang phổ khối để tách và xác định đồng thời các chất phân tích được gọi là CE-MS, GC-MS và HPLC-MS, tương ứng. Các khối phổ kế như tứ cực hoặc tứ cực-thời gian bay [Q-TOF] thường được sử dụng kết hợp với hệ thống sắc ký khí. Một số phytoconstituents dễ bay hơi và bền nhiệt, và chúng có thể được phân tích bằng phương pháp ion hóa tia điện tử [ESI] và ion hóa giải hấp phụ bằng tia laser hỗ trợ ma trận [MALDI]. ESI thường được sử dụng trong HPLC-MS và CE-MS. Cộng hưởng cyclotron ion biến đổi Fourier [FT-ICR], orbitalrap và TOF nổi lên như những máy phân tích khối hiệu suất cao có khả năng sàng lọc các chất chuyển hóa với từng phần giây do độ phân giải cao của chúng. Sự kết hợp của TOF với một [Q-TOF] hoặc hai tứ cực [Qq-TOF] nổi lên như là các khối phổ kế lai có khả năng bao phủ phạm vi khối lượng không giới hạn với tốc độ quét cao lên đến 106 u / s và khả năng phân giải cao. Các chất phân tích có khối lượng phân tử cao và nhạy cảm với nhiệt độ có thể được phân tích hiệu quả bằng HPLC kết hợp với khối phổ ion hóa áp suất khí quyển [API-MS]
Vitesse – Khối phổ Plasma cảm ứng kết hợp thời gian bayVí dụ cho hệ thối phổ khối thời gian bay mới nhất đang có hiện nay – TOF MS của hãng Nu Instruments
Một số kĩ thuật phân tích và ứng dụng của khối phổ trong phân tích hóa thực vật
| 1 | HPLC-ESI-MS | Loài Leontopodium [họ Cúc] | Axit béo, sucrose, diterpenes, sesquiterpene | |
| 2 | GC×GC– MS | Tinh dầu Pelargonium Tombolens | ɑ-Pinene, myrcene, limonene, citrinellal, geraniol | |
| 3 | GC –MS | Chiết xuất quả methanolic của Momordica charantia | Vitamin E, axit gentisic, 1-pentadecyne | |
| 4 | GC–MS | Chiết xuất của Aerva lanata | [R] – [+] – ç-Valerolacton, 5,14-di [ N -butyl] -octadecan, axit 9-octadecenoic, axit 2-propynoic | |
| 5 | GC–MS | Chiết xuất etanolic của Azolla microphylla | [R] – [+] – ç-Valerolacton, 5,14-di [ N -butyl] -octadecan, axit 9-octadecenoic, axit 2-propynoic | |
| 6 | UHPLC-ESI-MS | Rhizopus microsporus var. oryzae cây giống đậu nành | Isoflavonoids prenyl hóa và isoflavonoid như daidzein, genistein, glycitein | |
| 7 | HPLC-ESI-MS / MS | Radix astragali | Calycosin, calycosin-7-O-β-D-glycoside, formononetin, formononetin-7-O-glycoside | |
| 8 | HPLC – MS / MS | Trích xuất cây cam thảo Glycyrrhiza uralensis Fisch. | Axit glycyrrhizic, saponin cam thảo G2, liquiritin, licuraside, ononin, glycycoumarin | |
| 9 | LC / MS / MS | Mận khô | Hydroxycinnamics, bao gồm axit, este và glycoside; axit hydroxybenzoic và một flavonoid | |
| 10 | UHPLC – MS | Chiết xuất rễ cam thảo trong etanol 70%, etanol và etyl axetat | Flavonoid prenyl |
Muốn xác định cấu trúc hóa học của một hợp chất hữu cơ cần phải phân tích nhiều loại phổ khác nhau. Mỗi loại phổ đều có giá trị riêng của nó để góp phần xác định cấu trúc phân tử của các chất.
Khối phổ [MS]
- Cần biết khối lượng phân tử M của hợp chất: Tìm mảnh ion phân tử, là mảnh m/z lớn nhất trên phổ đồ, để từ đó biết được M.
- Cần biết công thức phân tử của hợp chất CxHyOzHtXu…
- Cần biết độ bão hòa của phân tử
- Cần biết một số mảnh đặc trưng của phân tử
Phổ tử ngoại – khả biến [UV-VIS]
Các loại liên kết trong phân tử hợp chất hữu cơ cần khảo sát có thể xác định dựa vào cực đại hấp thụ λmax ghi nhận trong phổ UV-VIS
Phổ hồng ngoại [IR]
Để xác định các nhóm định chức của hợp chất cần khảo sát thường được sử dụng pháp 5 vùng
Phổ H-NMR
Khi phân tích phổ H-NMR để có thể xác định được cấu trúc hóa học của một hợp chất hữu cơ, cần lưu ý:
- Nếu biết được công thức phân tử sẽ tính được độ bão hòa của hợp chất. Nhờ vào độ bão hòa có thể dự đoán hợp chất có thể có bao nhiêu vòng, bao nhiêu nối đôi hay nối ba. Từ độ bất bão hòa, muốn phân biệt được sự bất bão hòa là do vòng hay do nối đôi hoặc nối ba, cần khảo sát độ dịch chuyển hóa học
- Dựa vào độ dịch chuyển hóa học và sự tách spin-spin [sự chẻ mũi] để dự đóa loại proton
Phổ C-NMR kết hợp với DEPT-NMR
- Dựa vào phổ C-NMR đếm biết được tổng số cacbon trong phân tử, ví dụ p số cacbon
- Dựa vào phổ DEPT-NMR xác định được tổng số loại cacbon
- So sánh số cacbon p ghi nhân được trên phổ đồ với công thức phân tử CxHyOzNt.
- Số p = x: Phân tử không có yếu tố đối xứng
- Số p < x: phân tử có yếu tố đối xứng
- Dựa vào độ dịch chuyển hóa học đặc trưng trong phổ C-NMR để giải đoán các loại cacbon trong phân tử
- Dựa vào các dữ kiện ở trên, đề nghị các mảnh cấu trúc có thể có của hợp chất đang khảo sát
- Sắp xếp các mảnh lại với nhau để được một công thức hoàn chỉnh sao cho thỏa hết các loại phổ đã đo được.
Khối phổ có một ứng dụng quan trọng trong phân tích trình tự các axit amin trong protein và peptit, tức là phân tích cấu trúc của protein và peptit, và điều này ngày càng được sử dụng rộng rãi. Điều này có thể được thực hiện bằng cách thủy phân từng bước kèm theo sắc ký. Các peptit được chuyển hóa thành các rượu amin có bản chất dễ bay hơi. Các rượu amin này được dẫn xuất và phân tích trong khối phổ kế hỗ trợ phân tích trình tự. Tuy nhiên, việc xác định trình tự của các peptit chưa được hóa như trong phép đo khối phổ bắn phá nguyên tử nhanh [FABMS] cũng được sử dụng. Các kỹ thuật mới như MALDI và quang phổ khối song song cũng đang có xu hướng [ 18 , 19 ]. Các ví dụ khác nhau từ tài liệu hỗ trợ ứng dụng hiện tại.
Trình tự peptit được phân tích bằng cách sử dụng sự kết hợp của hóa học ion / ion pha khí và khối phổ song song. Bẫy ion tuyến tính tứ cực với sự ion hóa tia điện và ion hóa hóa học cũng được sử dụng trong phân tích để mô tả cấu trúc cơ bản của các protein nguyên vẹn [ 20 ].
Tương tự, cấu trúc phức hợp khởi đầu phiên mã RNA polymerase II [Pol II] được phân tích bằng phương pháp liên kết ngang và quang phổ khối. Họ đã sử dụng máy quang phổ bẫy ion tuyến tính tứ cực [LTQ] -orbitrap và ghi lại phổ kế khối phổ biến đổi Fourier [FTMS] ở độ phân giải 100.000. Liên kết ngang / MS được sử dụng như một công cụ phân tích cấu trúc tích hợp cho các phức hợp đa protein lớn [ 21 ].
Một quy trình mới đã được tiết lộ cho phép xác định trình tự chọn lọc và phát hiện các peptit serine-, threonine- và tyrosine-phosphopeptide ở mức độ rất thấp của mol femto trong quá trình tiêu hóa protein bằng phương pháp quang phổ khối lượng điện cực [ES-MS] sử dụng khối phổ tứ cực [ 22 ].
Một nghiên cứu tương tự khác đã tiết lộ một phương pháp xác định trình tự axit amin của các phân đoạn peptit từ apolipoprotein B bằng phương pháp khối phổ song song. Trong trường hợp này, khối phổ ba bốn cực cùng với LSI-MS đã được sử dụng [ 23 ].
Các nghiên cứu lâm sàngViệc triển khai khối phổ trong phòng thí nghiệm lâm sàng đã mang lại những tiến bộ đáng kể. Đôi khi cần có mức độ nhạy lớn hơn khi lượng chất phân tích quá thấp và phổ khối do độ nhạy cao hơn đánh dấu một vị trí có giá trị trong phân tích lâm sàng [ 24 ]. Trong bất kỳ tình trạng bệnh nào, sự thay đổi hóa học của cơ thể dẫn đến sự thay đổi của các sản phẩm trong dịch cơ thể và các sản phẩm bài tiết có thể được phát hiện cho mục đích chẩn đoán bằng thiết bị sắc ký như sắc ký khí được trang bị khối phổ [ 18 ]. Phương pháp khối phổ ion hóa / khử hấp thụ laser có ma trận [MALDI-MS] hiện đang có xu hướng được sử dụng để phân tích trực tiếp và hình ảnh các hợp chất dược phẩm trong mô nguyên vẹn [ 25 ].
Axit uric hữu cơ là một rối loạn di truyền của quá trình trao đổi chất ở người, và sắc ký khí kết hợp với quang phổ khối lượng được sử dụng để xác định axit niệu hữu cơ liên quan đến axit isovaleric. Kỹ thuật này được sử dụng để chẩn đoán và xác định các lỗi bẩm sinh của quá trình chuyển hóa axit hữu cơ [ 26 ]. Một phương pháp đơn giản đã được phát triển để chẩn đoán lâm sàng tình trạng acid niệu hữu cơ bằng phương pháp sắc ký khí – khối phổ [GC – MS] sử dụng khối phổ bốn cực. Các mẫu nước tiểu được phân tích từ các bệnh nhân và các axit được xác định như axit metylcitric, axit margaric và axit glutaric [ 27 ].
Máy đo khối phổ hình ảnh ion hóa / khử hấp thụ laser có ma trận nổi lên như một công cụ mạnh để khảo sát các phân tử nhỏ và protein trong các hệ thống sinh học bằng cách phân tích tại chỗ các phần mô [ 28 ]. Một kỹ thuật mới đã được phát triển để xác định các protein trên mô bằng cách sử dụng phương pháp phân hủy bằng thử nghiệm, tiếp theo là phép đo phổ khối lượng hình ảnh ion hóa / giải hấp laser có ma trận với phép phân tích khối phổ song song. Họ đã sử dụng MALDI-TOF cho nghiên cứu của mình [ 29]. Tương tự như vậy, mức độ của thuốc kháng u SCH 226374 được xác định trong mô khối u của chuột bằng cách sử dụng khối phổ kế MALDI-QqTOF. Trong đồng nhất toàn bộ não, nồng độ của thuốc được xác định ở mức nanogram bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao / khối phổ song song sử dụng khối phổ ba tứ cực [ 25 ].
Cộng hưởng cyclotron ion biến đổi Fourier được hỗ trợ bằng laser ma trận [MALDI-FTICR] cũng là một kỹ thuật hiệu quả để hình ảnh thuốc và các chất chuyển hóa trong mô. Một phương pháp dựa trên MALDI-FTICR để tạo hình ảnh olanzapine trong thận và gan cũng như imatinib trong u thần kinh đệm đã được mô tả [ 30 ].
Có sự khuếch đại đáng kể trong quan tâm và việc thực hiện khối phổ lâm sàng để thử nghiệm vitamin D. Phương pháp LC – MS / MS cho phép phân biệt giữa vitamin D 2 và vitamin D 3 và cũng cung cấp thông tin về dạng vitamin D thời gian, cả hai đều hiện không thể thực hiện được với các xét nghiệm miễn dịch hiện có. Khối phổ là phương pháp được ưa chuộng để phân tích các rối loạn nội tiết, ví dụ, phân tích steroid đòi hỏi năng lực kỹ thuật, kỹ năng và kinh nghiệm để cải thiện cần thiết [ 24 ].
Khối phổ cũng có thể được sử dụng để khảo sát axit mật trong dịch sinh học. Mật có axit mật là thành phần chính được tổng hợp trong gan và tiết ra trong túi mật hoặc ruột. Axit mật có nhiều chức năng sinh lý quan trọng như hấp thụ lipid và cân bằng nội môi cholesterol. Trong điều kiện khỏe mạnh bình thường, chỉ có một lượng nhỏ axit mật được tìm thấy trong tuần hoàn ngoại vi và nước tiểu, nhưng trong các bệnh gan mật và đường ruột, nó sẽ bị ảnh hưởng. Điều này xảy ra do rối loạn tổng hợp và dược động học trong cơ thể. Do đó, việc đánh giá axit mật có thể trở nên hữu ích để điều tra các chức năng gan hoặc ruột cùng với việc chẩn đoán các bệnh khác nhau như bệnh ứ mật, ruột kết và ung thư gan. Cấu trúc phức tạp và nồng độ axit mật thấp trong chất lỏng sinh học làm cho việc phân tích chúng trở nên khó khăn về mặt kỹ thuật. Trong nhiều năm, GC – MS đã được sử dụng nhưng LC – MS cũng đã được sử dụng để phân tích định tính axit mật. Một phương pháp nhanh chóng, chính xác, nhạy và có thể tái tạo được đã được phát triển bằng cách sử dụng phương pháp sắc ký lỏng – khối phổ song song điện cực [LC – MS / MS] để khảo sát axit mật liên hợp và tổng số trong các mẫu mật người và hỗn hợp các chất chuẩn axit mật. Kết quả trùng khớp với kết quả thu được bằng kỹ thuật GC – MS. Phương pháp này có những ưu điểm quan trọng so với những phương pháp khác vì độ đặc hiệu, độ nhạy và độ chọn lọc cao của phép đo khối phổ song song [ Phương pháp nhạy và tái lập được phát triển bằng cách sử dụng sắc ký lỏng – khối phổ song song điện cực [LC – MS / MS] để khảo sát các axit mật liên hợp và tổng số trong các mẫu mật người và hỗn hợp các chất chuẩn axit mật. Kết quả trùng khớp với kết quả thu được bằng kỹ thuật GC – MS. Phương pháp này có những ưu điểm quan trọng so với những phương pháp khác vì độ đặc hiệu, độ nhạy và độ chọn lọc cao của phép đo khối phổ song song [ Phương pháp nhạy và tái lập được phát triển bằng cách sử dụng sắc ký lỏng – khối phổ song song điện cực [LC – MS / MS] để khảo sát các axit mật liên hợp và tổng số trong các mẫu mật người và hỗn hợp các chất chuẩn axit mật. Kết quả trùng khớp với kết quả thu được bằng kỹ thuật GC – MS. Phương pháp này có những ưu điểm quan trọng so với những phương pháp khác vì độ đặc hiệu, độ nhạy và độ chọn lọc cao của phép đo khối phổ song song [31 ].
Khối phổ cũng có ứng dụng trong vi sinh lâm sàng. Phép đo phổ khối lượng thời gian bay / thời gian bay bằng tia laser hỗ trợ ma trận [MALDI-TOF MS] đã được điều chỉnh mới để nhận biết toàn bộ vi sinh vật từ các khuẩn lạc của chúng trên môi trường hoặc trực tiếp từ các mẫu cấy trong máu và nước tiểu. Kỹ thuật này có thể xác định chính xác ngay cả những vi khuẩn khó bằng các phương pháp thông thường và ngày đó không xa khi công nghệ này sẽ bổ sung cho các phương pháp xác định vi sinh thông thường. Trong kỹ thuật này, một phần của khuẩn lạc cô lập được nạp vào thiết bị và việc so sánh quang phổ được thực hiện với thư viện bằng một thuật toán độc quyền để xác định sinh vật. Tính dễ sử dụng, khả năng chạy số lượng lớn các chất cách ly trên mỗi lô, đơn giản trong việc thiết lập, tự động hóa, thời gian quay vòng nhanh và chi phí thuốc thử thấp là những lợi thế lớn. Bằng cách tối ưu hóa, chi phí vận hành giảm xuống còn một phần mười so với phương pháp thông thường với các nền tảng xét nghiệm sinh hóa tự động. Một nghiên cứu của Thụy Sĩ đã thực hiện so sánh giữa hệ thống MALDI-TOF MS và các phương pháp thông thường để xác định 1371 phân lập vi khuẩn và nấm men thường quy. MALDI-TOF MS đã cung cấp khả năng nhận dạng cho 98,5% các chủng phân lập, bao gồm 93,2% ở cấp loài và 5,3% ở cấp chi. Trong số các nhận dạng ở cấp độ loài, 95,1% khớp với các nhận dạng thông thường. Những khiếm khuyết quan trọng trong các nền tảng MALDI-TOF MS hiện nay bao gồm phân loại sai như Một nghiên cứu của Thụy Sĩ đã thực hiện so sánh giữa hệ thống MALDI-TOF MS và các phương pháp thông thường để xác định 1371 phân lập vi khuẩn và nấm men thường quy. MALDI-TOF MS đã cung cấp khả năng nhận dạng cho 98,5% các chủng phân lập, bao gồm 93,2% ở cấp loài và 5,3% ở cấp chi. Trong số các nhận dạng ở cấp độ loài, 95,1% khớp với các nhận dạng thông thường. Những khiếm khuyết quan trọng trong các nền tảng MALDI-TOF MS hiện nay bao gồm phân loại sai như Một nghiên cứu của Thụy Sĩ đã thực hiện so sánh giữa hệ thống MALDI-TOF MS và các phương pháp thông thường để xác định 1371 phân lập vi khuẩn và nấm men thường quy. MALDI-TOF MS đã cung cấp khả năng nhận dạng cho 98,5% các chủng phân lập, bao gồm 93,2% ở cấp loài và 5,3% ở cấp chi. Trong số các nhận dạng ở cấp độ loài, 95,1% khớp với các nhận dạng thông thường. Những khiếm khuyết quan trọng trong các nền tảng MALDI-TOF MS hiện nay bao gồm phân loại sai nhưShigella như Escherichia coli và Streptococcus pneumoniae là Streptococcus mitis và, ngoài ra, hiệu suất kém với các mẫu đa vi khuẩn. Trong một số trường hợp, các công cụ chỉ xác định được một sinh vật mà không chỉ ra sự hiện diện của những sinh vật khác. Mặc dù cần phải cải tiến, khối phổ sẽ trở nên phổ biến trong tương lai gần với thời gian quay vòng nhanh, dễ sử dụng và tiết kiệm chi phí vận hành tiềm năng [ 32 ].
Phân tích dược phẩmKhối phổ nổi lên như một công cụ mạnh mẽ cho các hoạt động khác nhau trong lĩnh vực dược phẩm, chủ yếu là phát triển thuốc. Các phương pháp và dụng cụ mới trong quang phổ khối được phát triển với tốc độ rất cao. Quang phổ khối hiện nay trở thành một công cụ không thể thay thế trong tất cả các dạng khám phá thuốc do độ nhạy, tốc độ, tính linh hoạt và độ chọn lọc cao [ 33 ].
Khối phổ được sử dụng rộng rãi để phát hiện các tạp chất trong mẫu. Tương tự như vậy, việc sử dụng LC – MS để đánh giá đa chiều các tạp chất trong quá trình phát triển thuốc được mô tả. Họ đã sử dụng thuốc peptide làm ví dụ và sử dụng khối phổ bẫy ion với sự ion hóa tia điện trong phương pháp của họ [ 34 ]. Tương tự, nó cũng có thể được sử dụng để phát hiện độ tinh khiết của các thành phần dược hoạt tính [API], đó là, MK-0969, một chất đối kháng M3; MK-0677, một chất tiết hormone tăng trưởng hoạt động bằng miệng và API-A, một chất ức chế cathepsin K. Việc làm sáng tỏ cấu trúc tạp chất đã được thực hiện bằng cách sử dụng LC – MS sử dụng khối phổ kế bẫy ion tứ cực được trang bị ion hóa tia điện hoặc giao diện ion hóa hóa học áp suất khí quyển [APCI] [ 35]. Một quy trình phân tích định tính và định lượng các hợp chất dược phẩm bằng phương pháp khối phổ MALDI-TOF đã được mô tả. Hai loại thuốc lopinavir và ritonavir đã được phân tích và mô tả rằng chất ức chế protease HIV có thể được định lượng thành công trong tế bào đơn nhân máu ngoại vi bằng phương pháp khối phổ MALDI-TOF [ 36 ].
Hình ảnh khối phổ ion hóa / khử hấp thụ laser có ma trận [MALDI-MSI] nổi lên như một công cụ có giá trị trong phân tích trực tiếp các công thức dược phẩm. MALDI-MSI có thể được sử dụng để phân tích trực tiếp tính đồng nhất của hợp chất thuốc hoạt động trong các tá dược chứa trong viên nén. Một phân tích trực tiếp trong nguồn ion thời gian thực cùng với phương pháp khối phổ thời gian bay [DART-MS] để sàng lọc các công thức dược phẩm đã được phát triển. Một thư viện các hợp chất đã được phân tích bằng cách sử dụng dữ liệu phổ khối được thu thập bởi DART-MS, hoạt động ở chế độ chuyển mạch ở các cài đặt 20, 60 và 90 V. Thư viện này bao gồm 17 loại thuốc thường gặp trong các công thức dược phẩm đường tiêm, đó là, thuốc giảm đau phẫu thuật: fentanyl, hydromorphone và morphin; thuốc gây mê: baclofen, bupivacaine, ketamine, midazolam, ropivacaine và succinylcholine [37 ].
Ứng dụng pháp yTrong nghiên cứu pháp y, mẫu có số lượng nhỏ; do đó, cần có độ nhạy cao để phân tích. Khối phổ cùng với sắc ký khí nổi lên như một công cụ không thể thiếu trong lĩnh vực pháp y cũng như LC – MS cũng có nhiều tiện ích trong nghiên cứu pháp y. Trong các nghiên cứu pháp y, việc sử dụng khối phổ đang trở nên quan trọng do nhu cầu điều tra việc sử dụng ma túy bất hợp pháp thông qua phân tích các mô và dịch cơ thể ngày càng tăng. Mẫu để pháp y trong trường hợp lạm dụng ma túy chủ yếu là nước tiểu, tóc và máu. Một số loại thuốc trong phân tích thông thường bao gồm thuốc phiện, cocaine, marihuana, lysergic acid diethylamide [LSD] và amphetamine. Tuy nhiên, các trường hợp giết người hoặc chết do ngộ độc và sử dụng ma túy quá liều cũng là mục tiêu chính để phân tích các ứng cử viên ma túy này [ 38 ].
Phương pháp khối phổ song song sắc ký lỏng sắc ký lỏng được phát triển để phân tích định lượng một số loại thuốc có đặc tính thôi miên, an thần và gây ngủ, đó là benzodiazepine, thioxanthene, butyrophenone, methadone và diphenylbutylpiperidine trong máu toàn phần. Một khối phổ kế tứ cực ba giai đoạn được sử dụng trong phân tích ở giới hạn phát hiện rất thấp 0,05–0,5 ng / ml [ 39]. Tương tự, một phương pháp đã được phát triển để xác định các loại thuốc lạm dụng phổ biến trong chất lỏng cơ thể bằng phương pháp sắc ký lỏng-áp suất khí quyển khối phổ ion hóa hóa học [LC-APCI-MS]. Các loại thuốc được phân tích là chất chủ vận thuốc phiện [morphin, morphin-3-glucuronid, morphin-6-glucuronid, 6-monoacetylmorphin, codein, codein-6-glucuronid, dihydrocodeine, dihydromorphine, buprenorphine, methadone, tramadol và ibogaine], cocaine và các chất chuyển hóa của nó [benzoylecgonine và ecgonine methyl ester] và lysergic acid diethylamide trong huyết thanh, máu, nước tiểu và các chất nền sinh học khác bằng cách sử dụng dụng cụ tứ cực đơn [ 40 ]. Xác định axit 11-nor-9-D-tetrahydrocannabinol-9-cacboxylic [THC-COOH] trong nước tiểu [ 41], alfentanil, fentanyl và các dẫn xuất của nó với các loại thuốc opioid khác như morphin, buprenorphine, codein, heroin, methadone, naloxone, naltrexone, tramadol, pentazocine, pethidine và các thuốc khác trong tóc [ 42 ] đã được LC – MS và LC – MS /BỆNH ĐA XƠ CỨNG. Phân tích methadone và các chất chuyển hóa của nó với các loại thuốc bất hợp pháp khác như cocaine, phencyclidine, heroin và 6-acetylmorphine trong tóc bằng GC – MS là một ứng dụng thành công khác của phương pháp quang phổ khối [ 43 ].
Phân tích chất chuyển hóaXác định đường chuyển hóa và các chất chuyển hóa khác nhau của một loại thuốc hoặc xenobiotics là rất quan trọng để đánh giá các thông số dược động học khác nhau của nó. Các phản ứng chuyển hóa thuốc có thể được chia thành hai phần: 1. Giai đoạn I hoặc các phản ứng chức năng hóa và 2. Giai đoạn II hoặc các phản ứng liên hợp. Cả hai sự biến đổi này đều liên quan đến sự thay đổi trọng lượng phân tử. Những thay đổi này có thể được đo chính xác bằng khối phổ kế.
Khối phổ thời gian bay MALDI TOFMột trong những hệ thống khối phổ khác được cung cấp tại ADTechnology
Trong đặc điểm cấu trúc bằng khối phổ, sự trao đổi hydro không bền với đơteri [trao đổi H / D] trong các phân tử hữu cơ nhỏ đã được sử dụng rộng rãi và điều này xảy ra trong dung dịch chứa các nhóm chức có [các] hydro không bền như -SH, −OH , −N [R] H, −NH 2và -COOH. Trong quá trình biến đổi sinh học, sự gắn các nhóm chức phân cực xảy ra, điều này gây ra những thay đổi về số lượng các hydro có thể trao đổi. Số lượng hydro nguyên có thể trao đổi trong các chất chuyển hóa có thể cung cấp thêm thông tin để tạo điều kiện làm sáng tỏ cấu trúc. Phương pháp này đã được áp dụng để phân biệt các chất chuyển hóa sulfoxit và sulfone với các chất chuyển hóa đơn phân và di-hydroxyl hóa đồng phân, tương ứng. Ví dụ, phương pháp trao đổi H / D được sử dụng cho các nghiên cứu chuyển hóa thuốc của depamine và promethazine trong đó N- hoặc S-oxit dễ dàng phân biệt với các chất chuyển hóa hydroxyl hóa. Một máy quang phổ khối bốn cực ba tầng được trang bị hệ thống tác động điện tử [EI], FAB, APCI, ESI và nhiệt khí quyển [TSP] đã được sử dụng trong nghiên cứu [ 44 ].
Quá trình oxy hóa nhóm amin bậc ba để tạo thành N-oxit là một con đường chuyển hóa sinh học quan trọng đối với nhiều loại thuốc và xenobiotics. Các chất chuyển hóa N-oxit có cùng thành phần nguyên tố với các chất chuyển hóa đó do quá trình hydroxyl hóa. Việc phân biệt bằng phương pháp khối phổ là một nhiệm vụ đầy thách thức vì những chất phân tích này thể hiện m / z giống nhau đối với các phân tử proton hóa hoặc depro hóa của chúng và phổ khối lượng ion sản phẩm của chúng thường rất giống nhau. Quá trình khử oxy của N-oxit trong quá trình ion hóa hóa học ở áp suất khí quyển thể hiện cách tiềm năng để phân biệt N-oxit với các chất chuyển hóa hydroxyl hóa. 6-OH desloratadin và N-oxit có thể được phân biệt rõ ràng vì ion phân đoạn chính từ N-oxit là do mất nguyên tử oxy trong khi ion phân đoạn nổi bật từ 6-OH desloratadin là do mất H 2Ơ [ 45 ].
Xenobiotics được đánh dấu đồng vị ổn định [ 2 H, 13 C, 15 N, 18 O, 34 S và những chất khác] có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát hiện và xác định chất chuyển hóa bằng phương pháp khối phổ, đặc biệt khi thuốc mẹ được gắn nhãn phóng xạ không có sẵn [ 46 – 48 ]. Các cụm đồng vị được thiết kế riêng tạo ra từ hỗn hợp các đồng vị tự nhiên và được làm giàu tổng hợp có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát hiện và xác định các chất chuyển hóa. Ví dụ, việc phát hiện và xác định các chất chuyển hóa ribavirin ở chuột được thực hiện với sự hỗ trợ của thuốc được gắn nhãn đồng vị ổn định [ 49]. Tương tự, một phương pháp sắc ký lỏng nhanh và nhạy – khối phổ song song được phát triển để xác định đồng thời acetaminophen và các chất chuyển hóa glucuronid và sulfat của nó [APAP-GLU và APAP-SUL] trong thể tích huyết tương nhỏ. Máy quang phổ khối ba tứ cực song song được trang bị nguồn ion hóa tia điện đã được sử dụng trong nghiên cứu [ 50 ].