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·综述讲座· ICP—MS技术在药物分析中的应用黄建权H，胡欣必，张君仁1，傅得兴2(1．山东大学药学院药物分析研究所，济南市250012；2．卫生部北京医院药学部，北京市100730) 中图分类号R917 文献标识码A 文章编号1001—0408(2006)08—0624—03 ICP—MS(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrom— etry)即电感耦合等离子体质谱，是以独特的接口技术将ICP 的高温(8 000K)电离特性与四极杆质谱仪灵敏快速扫描的优点相结合而形成的一种新型的元素和同位素分析技术。在分析能力上，可取代传统的如电感耦合等离子体光谱技术(ICP— AES)、石墨炉原子吸收(GF—AAS)、火焰原子吸收光谱法 (F—AAS)等无机分析技术。自1984年ICP—MS商品仪器问世以来，该技术已从最初在地质科学研究的应用迅速拓展到食品科学、卫生防疫、生物科技、医药卫生、环境科学、半导体、冶金、石油和核材料分析等领域。ICP作为质谱仪离子源的优势在于：一是获得了进样条件和样品激发所需要的可控、无玷污的高温环境；二是将样品快速完全地引人到一个对所有过程都有足够滞留时间的环境。与传统无机分析技术相比，ICP—MS 技术具备更低的检出限、更宽的动态线性范围、更少的干扰、较高的分析精密度和分析速度等优点，并可提供精确的同位素信息。该技术不仅可通过离子的荷质比进行无机元素的定性分析、半定量分析和定量分析，还能与激光采样(LA)、液相色谱 (LC)、气相色谱(Gc)、毛细管电泳(CE)、离子色谱(if)等进样或分离技术进行联用。此外，ICP—MS获得的图谱也极为简单，基本来自单电荷离子。本文着重就ICP—MS原理和在药物分析中的应用作一概述。 1 ICP—MS的结构组成和工作原理目前上市的ICP—MS的结构和原理基本相同，以Agi— lent7500系列为例：首先样品通过一定的方式变成气溶胶状态进入等离子体高温中心通道，ICP作为质谱的高温离子源 (8 000K)，样品在高温中心通道进行蒸发、解离、原子化及电离，最后绝大部分转化成带一个正电荷的离子。与电子、光子、氩原子(Ar)一起以超声波速度通过采样锥并膨胀，由于截取锥后的提取透镜一般为负电压，样品正离子被吸引通过截取锥小孔，而大量Ar原子被机械泵抽走，电子被推斥向接地截取锥而淹没。正离子从大气压等离子体进入真空系统后，因同性相斥而膨胀，Enzel电聚焦透镜将它们集中成一束进入Omega透镜，再对正离子进行之字形偏转，不带电的样品基体、中子、光子与样品正离子进一步分离并撞击仪器壁而消除。然后正离子进入四极杆滤质系统，并按荷质比相应顺序分离。 ★硕士研究生。研究方向：药物分析学。电话：010—65128855 3632。E—mail：huangjianquan@mail．sdu．edu．ca #通讯作者：主任药师。研究方向：药物分析学。电话：010 65132266—3636。E—mail：huxinbjyy@126．corn ·624· China Pharmacy 2006 V01．17 No．8 现有的常用分析手段主要是面向有机合成药物，ICP— MS作为一种现代无机分析技术，不仅能胜任无机药物分析这一任务，还能将有机药物分析转化成简单的无机分析。尤其是在药物代谢产物方面，LC—MS虽可被用作识别的手段，但如果没有合适的对照品(通常是没有对照品的)，要进行定量分析是很困难的，而放射标记合成也费时费力，且成本较高。考虑到在定量分析方面单用LC—MS的缺陷，ICP—MS成了较为理想的选择，它克服了电喷雾(ESI)、紫外(UV)定量分析“与样品分子结构有关”的局限，且不必选择与待测物结构相同或相似的标准物进行定量分析。 2 ICP—MS在药物分析中的应用现代的药物分析需要运用现代分析方法和技术，深入到工艺流程、反应历程、生物体内代谢过程和综合评价的动态分析监控中。尤其是分析仪器的迅速发展和药品标准的国际化，要求药物分析工作者不断提高分析技术和掌握现代仪器在药物分析中的应用。如今，ICP—MS已被引进到药物研究分析领域中，包括药物及其代谢产物定量分析、体内药物分析、药物的一般杂质检查及中药质量评价和控制等。 2．1 药物及其代谢产物定量分析药物含量测定是药物分析工作中最重要的一项，是评价药物质量的重要手段，其测定方法多种多样。在现行的含量测定方法中，分析含金属或卤素的有机药物前，需要作适当的处理，包括有机破坏等，这样不仅费时费力，还会消耗大量样品，这对生物样品分析来说是不可取的。但．ICP—MS却能克服上述诸多缺点。 Hill等“】报道了用ICP—MS对放射性诊断用药高锝酸盐中的锝进行定量测定，测量的水平达到200pg／ml。在ICP— MS的应用中，对定量分析研究较为重要的元素有：①碱金属和碱土金属；②过渡元素中的铬、铁、铜、锌等，它们与酶相关联；③贵重金属铂等与抗癌药物治疗相关；④非金属磷、硫、硒、氯、溴、碘等，它们是有机物中常见的杂原子；⑤其它元素，包括汞和砷等。ICP—MS也常用于分析放射性元素，因此只要待测物含有上述任何一种元素就可以用ICP—MS进行快速定量分析。药物中杂质的检测和体内代谢物产物的监测常用方法是液～质联用和放射性标记。西咪替丁是一种含硫杂原子的抗溃疡药，Evans等【2】应用LC与ICP—MS联用定量分析了该药物所含的17种杂质及西咪替丁的含量，其中2种杂质无法用 ESI—MS进行结构确证。该研究结合运用了无机质谱和有机中国药房2006年第17卷第8期万方数据质谱，结果表明ICP—MS能够定量到0．08％的主成分水平。 Axelsson等【31报道了用LC与ICP—MS联用，通过监测P和 I等普通元素，对化学结构未知的化合物或药物进行定量分析。Baker等“1选用了CE～ICP—MS来进行维生素B。2的分析。作为定量分析检测器，与Uv和有机MS相比，ICP—MS 具有更好的定量功能i既不引入测量死体积，也不降低系统分离效率。 2．2 体内药物分析与常规药物分析相比，体内药物分析在选择性、灵敏度和分析对象等方面都有许多优势。分析生物样品时，微量药物分布在大量生物介质中，伴有大量内源性物质和代谢物的干扰，增加了分离分析的难度，同时生物样品量少，不易重新获得。因此，选择灵敏度高和选择性好的分析方法相当重要，而ICP— MS的高灵敏度和选择性为上述生物样品提供了理想的选择。砷(As)可从不同方面作用于肿瘤，导致肿瘤细胞分化凋亡，也可抑制其增殖，但由于其毒性大，治疗窗极窄，因此准确测定其血药浓度就显得极为重要。王晓波等【5 l研究复方黄黛片的药动学时，用ICP—MS测定健康志愿者血样中As浓度，该方法检测限为lppm，RSD一1．45％(n=5)；回收率为95．03％ --98．68％，RSD<2．44％。而其他常规方法要求血样量大，且常出现空白血大于服药后血中As浓度的现象，而使用ICP— MS可克服上述缺点。铋化合物被用来治疗胃肠道疾病由来已久，含放射性212Bi，213Bi的铋化合物也被用作癌症的放射治疗。正常使用时，铋化合物的毒性由于其低吸收而少见报道，但过量使用、滥用或长期使用则可能导致毒性反应。Sun等161采用快速蛋白LC—ICP—MS联用研究了铋抗溃疡药与白蛋白的相互作用。通过测定全血、血清和血浆中铋元素水平，阐述了铋元素在血液和大脑间的转运机制以及引起神经毒性的原理。复方硫酸铝通过局部注射来治疗膀胱肿瘤，具有降低复发率、减少并发症等优点。徐风华等盯1研究复方硫酸铝注射液时采用ICP—MS极好的监测了血铝浓度，检测限为0．64ng。最具代表性的是对含铂类抗癌药物的研究。Zhao等”1报道了RPIC与ICP—MS联用，分离并测定了顺铂及其水解产物和顺铂与蛋氨酸、半胱氨酸的反应产物，其中顺铂的检测限为0．1ng；用AAS、ICP—AES、ICP～MS测定人组织中的Pt 含量，检测限分别为200、50、0．05ng／ml。用ICP—AES和 ICP—MS测定人椎骨中的Pt含量时，由于镉对ICP—AES方法的干扰，以至前者测得的浓度比后者高，而AAS无法检测到 Pt，因此ICP—MS在此研究中是理想的分析方法。ICP—MS 已被广泛应用在含Pt抗癌药物的临床检测分析中。Timerbaev 等【91报道了CE与ICP—MS联用，研究顺铂和其它新的铂复合物对人血清白蛋白的亲合力，测定了键合反应的动力学常数和与蛋白结合的药物分子数目。 2．3 药物的一般杂质检查现今通行的重金属限量检查和砷盐检查法是在现代分析仪器问世前建立起的，而重金属与砷对人体健康危害较大。药典规定的方法通用性好，不需要昂贵的仪器和训练有素的操作人员，但易受操作人员主观影响，样品用量大，且无法定量分析中国药房2006年第17卷第8期和分类分析。加热或灰化操作极易引起挥发性元素的损失。此外，有色供试品的处理、药物本身生成不溶性硫化物和其它金属元素的存在，都加大了检查的难度，导致传统方法重现性差，甚至无重现性。而ICP—MS完全可克服上述缺点，具有较高的灵敏度，可分析具有复杂基体样品的重金属元素，在回收率方面也不受样品基体中化合物功能(如鳌合金属离子)的影响，完全能满足检查要求，并且使分析过程简单易控。因此，有人“o,111提出用 ICP—MS来进行药物、药物中间体以及原料药的一般杂质检查，以取代《美国药典》、《英国药典》等收载的重金属限量检查和砷盐的检查方法。 2．4 中药材质量评价和控制中药材是我国传统医药，其质量评价依据之一就是中药所含的微量元素。中药具有成分复杂、微量元素含量低和存在形态复杂等特点。因此，对其测定方法选择的首要条件就是灵敏度高、选择性好。ICP—MS问世后，即被公认为元素分析最有效的方法，从而被引进到中药微量元素的分析中“2,13】。黄志勇等“41采用ICP—MS对四川中江GAP栽培条件下的丹参制备标准物的重金属含量进行了测定，元素回收率该数据为90％～100％，RSD<5％，经过不同实验室测试和不同时期稳定性测试，结果显示ICP—MS测定重金属含量的数据准确可靠，稳定性好，可作为丹参中重金属质量控制的参考标准，也可用作其它中药GAP规范管理中有毒元素内部质量控制的参考标准。 3 ICP—MS应用中的某些问题研究分析时，应用双内标或多内标是很好的解决办法，但应选择质ICP—MS作为一种新的分析技术，尽管在各方面都表现出了不凡的优点，但在应用中存在的问题却不容忽视，如信号波动和基体效应，氧化物、双电荷离子(由样品中第二电离能低的元素形成，但由其形成的干扰较为少见)、多原子离子、同量异位素和物理效应的干扰。内标的应用对校正信号波动是有效的办法，质量数接近的分析元素受信号波动和基体效应的影响大小相近，所以内标的选择以质量数接近为好，而进行多元素量数尽可能相近的元素作双内标或多内标。使用与基体匹配的标准、标准加入技术、同位素稀释或更基本的方法如稀释样品或从基体中分离出痕量元素等均可改善基体效应““。对于氧化物干扰，提升等离子体的温度、减缓入射气流速度或减小氧化物形成区与提取孔之间的距离等措施使其不超过可接受水平。双电荷离子干扰较为少见，通常可以通过校正解决，当其与氧化物共存时，响应随等离子体参数而变化，特别是入射气流速度。多原子离子干扰“61可以通过优化操作条件和掌握熟练的技巧避免出现最坏的分析结果，使分析过程不至太复杂，若操作不谨慎，则常会出现较大的误差。相邻元素问的同量异位素【17可能引起严重的干扰，但可通过测定稳定的另一同位素来进行校正。最后物理效应主要是记忆效应“8’1引，可通过谨慎选择等离子体的操作条件如功率、入射气流速度和基体浓度等加以控制，同时减小先于样品引入标准物的浓度也可减小记忆效应。优化仪器的条件参数也可使分析过程变得简单易控。事实上，在仪器使用过程中，各种具体问题的解决办法只有在实践 China Pharmacy 2006 V01．17 No．8 ·625· 万方数据中才能摸索出来。 4 结语随着各种新仪器及其新应用的不断发展，无机质谱已开始向生命科学领域延伸，并与有机／生物质谱结合解决生命科学领域的一些前沿问题。ICP—MS的高灵敏度、高分辨率和“与被测物质结构无关”等特性，弥补了生物质谱的某些不足。同时，ICP—MS作为一项比较年轻的分析技术，具有多元素联合测量功能，适用于多元素研究，特别是那些涉及大量样品分析的工作。目前，在我国医药卫生领域已有不同型号的ICP—MS 仪器投入运行，进样技术也经历了日新月异的变化。ICP—MS 尤其是与其相关的联用技术在药物分析中的有效运用，能更好的为控制药品质量、监测体内药物代谢和评价药物疗效作保证。ICP—MS分析技术正在向各个应用领域渗透，与有机质谱联合应用是其发展的一个重要方向。随着研究的不断深入， ICP—MS分析技术也在不断改善，与其相关的联用技术也将得到广泛的重视和发展。参考文献【1】Hill DM，Barnes RK，Wong HK，et a1．The quantificat— ion of technetium in generator——derived pertechnetate using ICP—MS[J】．Appl Radiat Isot，2000，53(3)：415．【2】Evans EH，Wolff JC，Eckers C．Sulfur—Specific detect— ion of impurities in cimetidine drug substance using liquid chromatography coupled to high resolution indu— ctively coupled plasma mass spectrometry and electros— pray mass spectrometry[J】．Anal Chem，2001，73(19)： 4 722．【3】Axelsson B0，Jornten—Karlsson M，Michelsen P，et a1． The potential of inductively coupled plasma mass spec— trometry detection for high——performance liquid chromatography combined with accurate mass measurement of organic pharmaceutical compounds[J】．Rapid Com— mtgn Mass Spectrom，2001，15(6)：375．【4】Baker SA，Miller—Ihli NJ．Determination of cobalami— ns using capillary electrophoresis inductively coupled plasma mass 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