生物分析中液相质谱（LC-MS)-基质效应

2020-5-14 00:00| 编辑: 班木芙兰| 查看: 5232| 评论: 1|来源: 临床质谱网

摘要: 1.基质效应是什么？在基于液相-质谱（LC-MS）的方法分析生物样本的药物时，样品的一些共同提取物可能对目标化合物的离子化效率产生影响，这个影响可以从仪器响应上观察到，化合物的信号会增强或更常见的是被抑制，这 ...

1.基质效应是什么？

在基于液相-质谱（LC-MS）的方法分析生物样本的药物时，样品的一些共同提取物可能对目标化合物的离子化效率产生影响，这个影响可以从仪器响应上观察到，化合物的信号会增强或更常见的是被抑制，这种现象被称为基质效应。

2.基质效应的常见原因有哪些？

在LC-MS/MS 分析过程中，生物样本中的很多物质都可能产生基质效应。这些基质效应的物质一定存在于最终提取完成的样品中并且在色谱系统中与化合物或（和）内标一起洗脱下来。然而，即使出现这些共同洗脱的物质，基质效应也并不一定会影响到分析方法，因为基质效应的大小取决于方法中使用的大气压离子化（API）类型（APCI相比ESI不易受到基质效应的影响）、干扰物的相对浓度及校正标样或同位紊内标的抵消作用的大小。

引起基质效应的物质根据其来源可被分为内源性和外源性两大类。

内源性主扰物：通常是存在于生物样本中的一些有机物（蛋白质，脂肪，磷脂等）和无机物，可能还包括体内形成的一此代谢产物。目前，血浆是药物研发行业用来进行样本分析最常见的生物液体，一般含有高浓度的盐，蛋白质、脂肪和磷脂，还有少量碳水化合物、多肽及其他有机化合物，所有这些组分都有可能导至基质效应。

比如磷脂，它可能是引起基质效应的主要原因之一，特别是通过一般的蛋白质沉淀（PPT)方法不能有效去除磷脂，可考虑使用LLE提取待测物，可以尽可能的消除磷脂带来的影响。此外，由于脂类长链的疏水性，这些化合物一般在反相（RP)色谱条件下会比较晚地被洗脱出来，因此更容易与化合物一起被洗脱，而成为干扰的来源。与此相对的是高极性的盐类，其在液相色谱（LC)中无法保留，一般会在化合物洗脱之前的死时间被洗脱下来，也可能产生基质效应。

外源性主扰物：自于样品制备过程或者样本处理中引入的外来物质。例如抗凝剂肝素锂，用于样品采集和储存的容器中的增塑剂，缓冲液，离子对试剂以及药物制剂中加入的辅料，特别是吐温－80和PEG-400都可能引起基质效应

3.基质效应的产生机制是什么？

目前普遍认为基质效应的产生是质谱离子源中样品离子化过程中，由内源性或外源性基质物质与目标化合物竞争电荷和中和离子化过程引起的。下面以最常用的ESI（电喷雾离子源）为例说明，液相分离的液态样品在进入质谱分析前，必须在质谱的前端离子源将液态样品去溶剂，并使得目标化合物带上电荷形成分子离子，才能被四极杆质谱分离捕获，检测到样品信号。

如图2-18 液态样品在毛细管喷针处经电场带电后，液滴在电场力的作用下形成泰勒锥并在尖端形成一系列微小的带点液滴，这些带点液滴在离子源处受到辅助加热气（氮气）的作用下快速蒸发，由于溶剂大量蒸发，原本小的带电液滴表面积聚大量的带电电荷发生库伦爆炸的过程（见下图），最终形成气相的带电分子离子进入质谱。

根据离子化过程的原理，基质效应产生可能机制有以下五种。

① 其中最主要的是电荷竞争机制，待测物在高浓度范围时，在离子转移到气相中时，首先要求离子到达液滴的表面，而高浓度的基质组分可以限制待测物到达液滴表面并竞争其的带电位置，例如一些疏水性的脂类或表面活性剂（吐温类），流动相添加剂，离子对试剂等，从而抑制了待测物的离子化效率。

②另外有些基质组分还可以影响液滴的黏稠度和表面张力，减少了液滴的生成和接下来的溶剂蒸发，使得到达气相的离子减少，信号被抑制。

③同时基质效应也可能取决于待测化合物的类别和极性，极性较高的化合物会集中在液滴的水相内部而不会留在表面，因此化合物的表面张力较低倾向于产生更多的离子抑制。

④基质中和流动相中非挥发性的组分也可能是有害的，它会在带点液滴挥发的过程中于待测物形成共沉淀物的固态颗粒，使得信号抑制。

⑤在气相中，待测物离子仍易受同时进入气相的基质组分的影响，中性基质组分可能通过气相中的质子传递反应与带电的待测物竞争电荷，并且那些带有较高碱度的气相将会除掉待测物的质子，中和其电荷造成信号抑制。

虽然真正的基质效应抑制机制可能还不能完全明确，但一般来说基质效应是由竞争电荷或中和离子化过程引起的，相反的，当基质中含有增强离子化效率或气相转移的成分时会增强离子化过程，导至信号增强。

4.基质效应的评价方法

最常用的基质效应评价方法是在标准分析方法中比较提取样品和纯溶液的响应，其中化合物的绝对基质效应定义为基质效应因子（MF），其计算方式为：在不考虑回收率的情况下，比较待测物在基质组分存在和不含有基质组分的条件下响应，MF=提取后的空白基质加入待测物的响应/纯溶液中待测物的响应。由于同位素内标的化学性质和待测物是一样的，所以在样品的提取和离子化过程中可以最大程度的抵消基质效应带来的影响。

MF=1时，表明没有基质效应。

MF<1时，代表离子抑制。

MF>1时，代表离子增强。

当检测的样品来自不同的个体的基质，而出现基质效应不均一导至的检测结果误差，所以分析中需要引入同一浓度的待测化合物的类似物或者同位素化合物作为内标锚定，所以这里引入了内标归一化后的基质效应因子MFi,

根据指导原则，一般认为内标归一化后的MFi的范围在0.8-1.2时可以接受的，同时不同批基质测得的MFi的CV应当小于15%，当基质效应较为严重的情况下，建议使用同位素标记内标，由于同位素内标的化学性质和待测物是一样的，所以在样品的提取和离子化过程中可以最大程度的抵消基质效应带来的影响。

5.如何避免和消除基质效应？

在了解基质效应产生的机制后，可以从以下五个方面考虑。

① 在样品的前处理阶段，可以选择性的去除干扰物而减少基质效应，在常见的预处理方法主要是PPT，由于其方法过程简单，适用待测物广泛，成本低廉所以最为常用，但是对于样品的净化方面来说，PPT容易引入产生基质效应的物质，其中包括了很多基质组分和磷脂，当产生较为严重的基质效应时，最简易的方法是更换适当提取剂，例如从甲醇体系换为乙腈体系，或者加入适当的酸，改变PH可以帮助减少基质效应。当PPT仍不能改善时，可以考虑LLE或者SPE的样品提取手段，LLE可以很大程度上消除基质组分带来的基质效应影响。

② 选择合适的内标，利用内标抵消基质效应的影响时最常见的思路，如果内标和待测物受到同样程度的抑制和增强的话，任何离子化条件的变化只会影响到绝对的峰面积，而不会影响待测物和内标的比值，因此可以抵消基质效应的影响，为了最大程度的抵消和降低基质效应，内标应当具有待测物类似的物理化学性质，离子化效率和色谱保留时间，所以在遇到基质效应严重，普通内标不能解决时，推荐使用同位素标记内标（SIL-IS）。

③ 调整合适的液相分离条件，由于基质效应的产生是基质组分与待测物同时洗脱，在离子源的中和抑制产生，所以通常可以修改色谱条件来降低基质效应的影响，通过改变梯度条件，流动相洗脱强度和PH都可以有效的改变待测物的保留时间，使其远离离子抑制区域，通常PPT的方法中引起基质效应最为常见的是磷脂，而在进行高通量的项目时，磷脂容易在常规的C18柱潴留，使得基质效应越来越明显，同时相比乙腈，磷脂在甲醇体系的溶解度更高，所以可以增加流动相或者洗液中甲醇比例来减少磷脂带来的基质效应影响。

④ 减少进入LC-MS系统的样品量或者对样品进行稀释后进样，这是在不大幅更改方法来降低基质效应的常用方法，通常基质效应随着进入的载样量或样品浓度的提高，而逐渐增加，只要灵敏度允许的范围内，就可以很简单的通过减少进样量和进样前稀释样品而减低基质效应。

⑤ 选择合适的API离子源和离子极性，相对ESI源，APCI源可以更少受到基质效应的影响，如果待测物的热稳定性好而且灵敏度不是问题，那么从ESI转到APCI是有效降低基质效应的方法，同时，一般认为负离子模式选择性更好，有更好的离子抑制，但是许多待测物无法在负离子模式下分析，而且离子化模式的选择性也受制于方法的灵敏度，当离子源不能优化时，可以上诉上四个方面去改善。

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