全谱二维LC系统,开启质谱分析新篇章

2024-03-08 11:54:08, 分析中心 岛津企业管理(中国)有限公司/岛津(香港)有限公司


导读

为了提高客户体验、改善后续产品和方案,岛津通过问卷方式咨询了用户多个仪器相关问题,其中一个问题是,大家最关注质谱前端液相分离系统的哪些性能和特点?我们的最终统计结果是:

1)化合物极性覆盖范围广,峰容量大=50%;

2)功能多样化,一机多用=25%;

3)性价比/价格=12%;

4)耐压能力=8%;

5)其他=5%。

这样的结果可能跟很多刚接触LC-MS的技术人员的认知有差异。让我们对这几个选项做一一分析。 

01

性价比

1984年John Bennett Fenn发明电喷雾(ESI)技术以来,LC-MS的发展日新月异,并广泛的应用于各领域。目前液相色谱的细分类型、品牌、型号选择很多,加上政府对分析测试领域的官需引导和民需需求持续加大,推广使用LC-MS标准/分析项目日益增多,产品的性价比/价格已经不是第一考虑因素,重要的是该产品能否完成客户计划、预期的分析课题。

02

耐压能力

ESI的发明,对液相色谱提出了更快速度、更高灵敏度的要求,超高压液相色谱(UHPLC)顺势而生:它具有更大的系统压力/推力,可匹配更细的色谱柱填料颗粒,可在更短的时间内分离更多的目标物(色谱峰),并因更小的流速提高雾化效果最终提高离子化效率和质谱灵敏度。然而耐压能力越大,仪器成本越高,应该根据实际项目选择合适的压力。

03

化合物极性覆盖范围宽,峰容量大

LC-MS所广泛应用的生命科学、医药临床、食品安全等领域,通常需要在复杂基质中分离、分析多种目标物质。当目标物数量多且极性差异大时,就难以用一个色谱柱完成对所有物质的分析。目前常规方案是采用两种色谱分离方法,如亲水作用色谱柱和反相色谱柱,分别对应进行高极性物质和中低极性物质的分析。这样的处理方式,往往需要耗费双倍的前处理时间、分离分析时间,不利于提高分析效率;且会产生双份数据、交叉冗余数据,定性分析难度高。因此,如果前端液相系统能覆盖更宽极性、更多的目标物,将会非常有利于科学研究的开展。该选项获得最多用户的选择。

04

功能多样化,一机多用

正是因为LC-MS技术广泛应用于许多领域,每个领域有多种课题,不但需要不同的分析方法,很可能对前端分离液相也提出了不同的需求。因此,前端分离系统,如果既有特殊的差异化的硬件功能,还能在尽可能少改动或无改动的情况下就能满足常规分析项目,无疑将锦上添花。有1/4的客户选择了这个选项。

岛津全谱二维液相系统的四大优势

完美主义的客户可能会问

有没有哪种前端液相,同时满足以上四个性能需求的?

有!岛津全谱二维液相系统满足您所有的期待。

全谱二维液相系统是岛津独家产品,拥有极性分流(发明专利号ZL202010477040.0)、在线稀释(发明专利号ZL201410187543.9),和双重梯度(发明专利号ZL202110407632.X)三大专利技术。具有以下几个优势:

01

极性覆盖范围宽

可一针实现宽极性多目标物的同时分析,其极性覆盖LogP值可达-8.79~26.86,远大于常规亲水作用色谱柱(LogP范围约-8~1)和反相色谱柱(LogP范围约1~20)的总和范围;因此可以胜任绝大多数分析项目中宽极性、多组分分析的要求。

02

一机多用

该系统内置一个UHPLC子系统,无需任何手动管路连接、硬件切换,即可直接用于常规项目的分析。另外,该系统可匹配岛津所有种类、型号质谱,包括单四级杆质谱、三重四级杆和高分辨质谱。

03

耐压高

得益于岛津积木式设计的液相系统,全谱二维可以根据客户需求,选择岛津最新LC-40液相的不同型号,组成满足不同压力需求的配置,最高可达130Mpa耐压需求。

04

性价比高

综上所述,全谱二维能用于宽极性多组分的一针分析,能满足常规项目分析,耐压高、配置灵活多样,而且因为该系统是岛津中国分析中心自主研发,无增收额外的研发附加费,无溢价,性价比超高。

全谱二维液质系统的四大应用方向

基于全谱二维液质系统的特点和优势,目前岛津与国内多个课题组合作,开发了四大应用方向。

全谱二维液质系统的应用方向

全组分分析以及非靶向代谢组学

全组分分析以及非靶向代谢组学,都是不对样品/基质中的未知目标物做任何预设的分析方法,包括对目标物的数量、种类、极性范围。因此用一般的反相色谱或亲水相色谱,因其对化合物极性范围的分离局限性,无法涵盖大部分未知物。而使用全谱二维液质系统,可以将反相色谱和亲水相色谱结合起来,再加上双重梯度技术,可以极大的将分离的极性范围扩大到LogP值-8~26之间,非常适合于复杂基质中多未知物的一针分析。

典型案例分享

《全谱二维液相-四极杆-飞行时间质谱联用系统用于非靶向代谢组学和脂质组学的共同研究》,由华南理工大学和岛津联名发表在分析化学领域TOP期刊Analytical Chemistry。:本研究详细介绍了全谱二维液质系统的原理和优势,并利用全谱二维液相系统结合四极杆-飞行时间质谱对抑郁症大鼠血浆进行了非靶向代谢组学分析。基于全谱二维液相系统,共找到8083个特征峰,其中第一维2713个,第二维5370个。

亲水柱、反相色谱柱和全谱二维分离LogP值介于-8.79~26.86目标物的色谱图比较

数据库及靶向代谢组学

数据库的建立和靶向代谢组学的思路一致,即对较多数量的已知目标物进行定量或半定量分析。然而,常规的数据库或靶向代谢组学,受限于分离系统的极性范围而不得已只能选择反相色谱或亲水相色谱作为分离手段,或者分别用反相色谱和亲水相色谱多次进样分析,极大的限制了方法所涵盖目标物的数量和极性范围。全谱二维技术让数据库和靶向代谢组学的目标物群体可以尽可能的加大数量,从而形成一个涵盖目标物多且极性范围极大的大型数据库或靶向代谢组学方法。

典型案例分享

《全谱二维液相-液质联用系统用于前列腺癌生物标志物筛选》,由厦门大学化学院、公卫学院和岛津联名发表在Analytical Chimica Acta:基于全谱二维液相系统结合四极杆-飞行时间质谱联用系统,建立了420个常见代谢物数据库,并对前列腺癌患者和正常人的尿液外泌体样本进行了代谢组学分析。

全谱二维数据库:包含420常见代谢物

相关物质的共同分析

这里所指相关物质,是极性差异较大、但化合物之间有较强相关性的物质。比如中药、天然产物里数量众多的活性物质,彼此之间可能存在相似的结构,极性、活性、药效可能差异较大,但其整体分析对于天然产物的药效药理分析却十分重要。再比如,小分子药物或天然产物的某活性成分,进入体内之后会进行一系列的代谢途径,从而产生众多结构相关但极性差异较大的代谢物,然后进入器官靶点产生药效,最后排出体外。这些过程都将产生极性差异较大的相关物质,有必要在一次分析中进行共同分析。使用全谱二维就可以达到一针分析极性差异很大、数量众多的相关物质。

典型案例分享

《全谱二维液相-四极杆-飞行时间质谱联用系统分析丹参活性成分》:本研究利用全谱二维液相色谱和四极杆飞行时间质谱联用分析发现了丹参中的150个活性成分,包括酚酸类、二萜类、糖类、氨基酸类及其它类别成分,其中未在丹参中报道过的活性化合物有33个。

亲水柱、C18柱和全谱二维分离丹参有效成分的色谱图比较

提高峰容量和分离度

因为全谱二维理论上是将反相色谱、亲水相色谱和双重梯度加以结合,拓宽了分离极性范围,也同时也极大的提高了分离的峰容量,也能一定程度优化、改善分离度。比如对于一些具有两性基团的物质,如果只用反相或亲水相色谱,虽然能完成分离,但目标物数量一多,就很难得到完美的分离,峰容量可能也会不够。而使用全谱二维,则可以利用反相和亲水相的分离能力,将两性基团物质分流进入不同的色谱体系中,有效提高峰容量,并更容易进行分离度的改善。目前和中国疾控营养所进行项目合作中,暂不便公开数据。

结语

综上所述,在LC-MS如日中天的新时代,我们极力推荐全谱二维液相色谱作为质谱前端系统。全谱二维可与四极杆质谱和飞行时间质谱联用,助力复杂基质中宽极性痕量物质的定性、定量、筛查和分析,并具备一机多用、配置灵活多样等优势,并可应用于全组分分析/非靶向代谢组学,数据库筛查/靶向代谢组学,相关物质的共同分析,提高峰容量和分离度等多个方向。相信这个理想四边形战士可以用更少的时间、经济成本,帮助科研分析人员完成更多、更好的数据成果。

撰稿人:钟启升

如对本技术感兴趣,欢迎联系技术负责人津博士

sshqll@shimadzu.com.cn.

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参考文献

1. Jieqing Feng, Qisheng Zhong, Jiangmeng Kuang, Jiaqi Liu, Taohong Huang, and Ting Zhou. Simultaneous Analysis of the Metabolome and Lipidome Using Polarity Partition Two-Dimensional Liquid Chromatography−Mass Spectrometry. Anal. Chem. 2021, 93, 15192-15199

2. Rui Guo, Qisheng Zhong, Jiaqi Liu, Peiming Bai, Zongpeng Wang, Jieling Kou,Peijie Chen, Jie Zhang, Bo Zhang. Polarity-extended liquid chromatography-triple quadrupole mass spectrometry for simultaneous hydrophilic and hydrophobic metabolite analysis. Analytica Chimica Acta 1277 (2023) 341655

3. Liping Zhang, Lingling Shen, Qisheng Zhong, Ting Zhou. Diluting modulation-based two dimensional-liquid chromatography coupled with mass spectrometry for simultaneously determining multiclass prohibited substances in cosmetics. Journal of Chromatography A 1695 (2023) 463954

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