色谱  2013, Vol. 31 Issue (8): 734-738   PDF (841KB)    
扩展功能
加入收藏夹
复制引文信息
加入引用管理器
Email Alert
RSS
本文作者相关文章
王静
王丹
张华
彭孝军
董珺璞
杂环衍生化-气相色谱-三重四极杆质谱法检测人血液中的二十二碳六烯酸
王静1, 王丹2, 张华1 , 彭孝军1, 董珺璞2    
1. 精细化工国家重点实验室, 大连理工大学, 辽宁 大连 116024;
2. 大连理工大学化工学院, 辽宁 大连 116024
摘要:建立了人血液中二十二碳六烯酸(DHA)的杂环衍生化-气相色谱-三重四极杆质谱(GC-MS/MS)检测方法。以2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)作为DHA的杂环衍生化试剂,优化了杂化反应的最佳反应条件,并使用GC-MS/MS在多反应监测模式下,以内标法对DHA进行定量检测。在0.07~10 μg/mL范围内,线性关系良好(r2=0.9991);检出限(S/N=2.8)为0.02 μg/mL;定量限(S/N=10)为0.07 μg/mL。在高、中、低3个不同添加水平下,其平均回收率在94.40%~103.13%之间,相对标准偏差(RSD)在1.51%~3.16%之间。该方法操作简便,所需样品量少,结果准确可靠,适用于人血液中DHA的分析检测。
关键词杂环衍生化     气相色谱-三重四极杆质谱     多反应监测     二十二碳六烯酸     人血液    
Analysis of docosahexenoic acid in human blood using heterocyclic derivatization-gas chromatography-triple quadrupole mass spectrometry
WANG Jing1, WANG Dan2, ZHANG Hua1 , PENG Xiaojun1, DONG Junpu2    
1. State Key Laboratory of Fine Chemicals, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China;
2. School of Chemical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China
Abstract: A method was developed and validated for the analysis of docosahexenoic acid (DHA) in human blood by heterocyclic derivatization-gas chromatography coupled with triple quadrupole mass spectrometry (GC-MS/MS). 2-Amino-2-methyl-1-propanol (AMP) was used as the reaction reagent of DHA heterocyclic derivatization and the most optimal reaction conditions of this reaction were optimized. Multiple reaction monitoring and internal standard calibration curve were applied to detect DHA by GC-MS/MS. The linear range for the determination of DHA was 0.07-10 μg/mL (r2=0.9991). The limit of detection (S/N=2.8) was 0.02 μg/mL and the limit of quantification (S/N=10) was 0.07 μg/mL. The average recoveries of DHA at three spiked levels of 0.5, 1.5 and 2.5 μg ranged from 94.40% to 103.13% and the relative standard deviations (RSD) were in the range of 1.51%-3.16%. The method was simple, accurate, reliable and small amount of sample was required. It was suitable for detecting the contents of DHA in human blood.
Key words: heterocyclic derivatization     gas chromatography-triple quadrupole mass spectrometry (GC-MS/MS)     multiple reaction monitoring     docosahexenoic acid     human blood    

二十二碳六烯酸(DHA),俗称脑黄金,属n-3系多不饱和脂肪酸,是人脑神经细胞膜中主要的脂质成分[ 1 ]。DHA能促进婴幼儿的中枢神经系统发育,可保护视力[ 2 ]。DHA还有预防心脑血管疾病、抑制肿瘤生长、抗炎及抑制过敏反应等作用[ 3, 4 ]。流行病学调查显示,人群中最易发生DHA缺乏的是新生儿、婴幼儿、孕妇和老年人[ 5 ]。但DHA也并非摄入越多越好,大量摄入会产生出血倾向,有凝血功能障碍、严重高血压及自身免疫性疾病的患者必须慎用[ 6 ]。因此建立快速准确的检测方法测定人血液中的DHA含量,具有一定的现实意义。

文献中有采用薄层色谱法[ 7 ]对DHA进行分析的,而大部分则使用气相色谱[ 8, 9 ]或气相色谱-质谱联用技术[ 10, 11 ]。由于DHA的极性较强,挥发性、稳定性较低,需要衍生化处理后进行气相色谱检测。其衍生化方法多为甲酯衍生化法,可分为酸催化和碱催化两大类[ 12 ]。有关研究发现酸催化比碱催化更适用于酯化DHA等游离脂肪酸[ 13 ]。酸催化主要采用氯化氢-甲醇酯化法[ 14, 15 ]、硫酸-甲醇酯化法[ 13 ]和三氟化硼-乙醚-甲醇酯化法[ 16, 17 ]。其中氯化氢-甲醇酯化法中氯化氢-甲醇的吸附浓度不易控制,会影响测定的准确性;硫酸-甲醇酯化法中DHA酯化率不够高;三氟化硼-乙醚-甲醇酯化法中三氟化硼-乙醚配合物易燃、有毒、易分解,操作不方便,也不安全。另外,不饱和脂肪酸甲酯在电子轰击下,双键位置难以正确定位。而利用远端化学修饰技术的杂环衍生化方法,可将多不饱和脂肪酸制成其2-烯基-4,4-二甲基恶唑啉衍生物[ 18, 19 ],在电子轰击离子源(EI源)中能得到易辨认的显示双键位置信息的质谱。Zhuang等[ 20 ]应用此方法对二氯脂肪酸进行了结构分析。

本文采用杂环衍生化结合气相色谱-三重四极杆质谱在多反应监测(MRM)模式下对DHA进行分析,并将该方法应用到人血液中DHA的检测,采用内标法定量,而不是归一化法确定其相对含量。DHA和杂环化试剂2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)的衍生化反应式见图1。该方法操作简便,准确度、灵敏度、精密度均达到满意效果,适用于人血液中DHA含量的分析检测。

图1 DHA与AMP的反应式 Fig.1 Reaction equation of docosahexenoic acid (DHA) and 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP)
1 实验部分
1.1 仪器、试剂与材料

仪器:Agilent 7890A型气相色谱仪和Agilent 7000B型三重四极杆质谱仪(美国Agilent公司)。

试剂:二十三烷酸(C23 ∶ 0)和DHA(分析纯,Nu-Chek Prep, Inc); AMP(分析纯,上海晶纯实业有限公司); 2,6-二叔丁基对甲酚(BHT,分析纯,国研集团化学试剂有限公司);二氯甲烷(分析纯,北京化工厂);氯仿和无水甲醇(分析纯,天津博迪化工有限公司)。

人血液由大连理工大学校医院提供。

1.2 实验步骤
1.2.1 样品前处理

准确称取0.3 g人血液,置于10 mL离心管中,依次加入40 μ L质量浓度为40 μ g/mL 的C23 ∶ 0内标液、1.5 mL蒸馏水、400 μ L含有0.05%抗氧化剂(BHT)的甲醇溶液、2 mL氯仿,振荡均匀,以 2500 r/min 的转速离心10 min,取氯仿层。重复以上提取过程,合并氯仿层至20 mL顶空进样瓶中,氮气吹干备用。

1.2.2 杂环衍生化反应

在氮气保护下向上述吹干的顶空进样瓶中加入200 μ L AMP,充满氮气后密封。在210 ℃的恒温油浴中反应75 min后冷却至室温,加二氯甲烷定容至1 mL。样品经0.22 μ m滤膜过滤后用GC-MS/MS分析检测。

1.2.3 标准储备液和标准溶液的配制

标准储备液:取DHA标准品12.5 mg(精确至0.1 mg)于50 mL棕色容量瓶中,加入BHT 25 mg,用甲醇溶解并定容至刻度,配成250 μ g/mL 的标准储备液,放于-20 ℃冰箱中备用。

标准溶液:分别取7、10、50、100、300、600、1000 μ L的标准储备液,用甲醇定容至25 mL,各加入40 μ L质量浓度为40 μ g/mL 的C23 ∶ 0内标液,配成0.07、0.1、0.5、1、3、6、10 μ g/mL 的系列标准溶液。

1.3 色谱及质谱条件
1.3.1 色谱条件

Agilent HP-5MS毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μ m);进样口温度为300 ℃,不分流进样,进样量为1 μ L;柱流量为1.0 mL/min。柱升温程序:起始柱温180 ℃,保持1 min;以10 ℃/min 升温至255 ℃,保持14 min;再以15 ℃/min 升温至300 ℃,保持4 min。辅助加热器温度280 ℃。

1.3.2 质谱条件

离子源:EI源;电离能量:70 eV;离子源温度:250 ℃;溶剂延迟时间:6 min;碰撞气:氦气(2.25 mL/min),氮气(1.5 mL/min), MRM模式下的质谱条件见表1。

表1 DHA杂环衍生物(DHA-H)和内标C23 ∶ 0杂环衍生物 (C23 ∶ 0-H)的MRM质谱检测条件 Table 1 MS parameters for DHA and internal standard C23 ∶ 0 heterocyclic derivatives
2 结果与讨论
2.1 杂环衍生化条件的优化
2.1.1 内标物的选择

人血液中的脂肪酸多以偶数碳脂肪酸存在,因此选择奇数碳脂肪酸为内标。C23 ∶ 0与DHA均可发生杂环衍生化反应,并且与血液中其他脂肪酸衍生化产物可很好地分离,因此选择C23 ∶ 0作为内标物。

2.1.2 反应方式的优化

远端化学修饰的反应多采用回流法或分流催化法。本实验属微量高温反应,且DHA极易被氧化,需在氮气保护下反应,因此不宜采用上述方法。经过多次尝试,本文采用密闭高温反应方式,简化了操作步骤,提高了反应效率和准确性。

2.1.3 反应溶剂的优化

为避免甲醇与DHA发生副反应,杂环衍生化反应前,需氮气吹干DHA和C23 ∶ 0甲醇溶液中的甲醇溶剂,然后加入AMP,充满氮气后密封反应瓶。由于反应需要密闭、高温,因此选择惰性高温的溶剂。曾尝试用二甲基亚砜(DMSO)作为反应溶剂,但是DMSO的保留时间介于DHA杂环衍生物(DHA-H)和内标C23 ∶ 0杂环衍生物(C23 ∶ 0-H)两产物峰之间,干扰定量。经反复试验发现,过量的AMP在高温下可形成气体环境,无需另加溶剂即可与DHA充分反应,且副反应少,可准确定量。

2.1.4 反应温度的选择

反应温度低于140 ℃时,杂环反应存在副反应,会产生少量非完全环化的N-酰基中间体;而温度高于220 ℃,油浴不容易准确控温,因此选择在155~220 ℃做温度曲线。结果显示,随着温度的升高,DHA-H的峰面积增加,即产率增加(见图2),因此本文选择210 ℃作为反应温度。

图2 温度对反应的影响 Fig.2 Effect of temperature on the reaction
2.1.5 反应时间的选择

DHA是热不稳定性物质,高温反应时间不宜过长。通过比较180、190、210 ℃下的反应时间曲线,发现不同温度下的最佳反应时间分别是120、100和75 min,如图3所示。温度越高,最佳反应时间越短,为提高效率,本文选择在210 ℃下反应75 min作为最佳反应条件。

图3 时间对反应的影响 Fig.3 Effect of time on the reaction
2.2 GC-MS/MS条件的优化

优化色谱条件,使产物组分完全分离。DHA-H(tR=15.466 min)和C23 ∶ 0-H(tR=20.176 min)的全扫描总离子流图及各自的质谱图见图4。

图4 准品DHA-H(15.466 min)和内标C23 ∶ 0-H (20.176 min)的(a)全扫描总离子流图及(b、c)各自的质谱图 Fig.4 (a) Total ion chromatogram of standard DHA-H and C23 ∶ 0-H in full scan mode and (b, c) their mass spectra

优化MRM扫描条件,在不同碰撞能量(5、10、15、20、25、30和35 eV)下,使得子离子的响应值达到最大。从同一化合物所得的两个子离子中选择响应值较大的子离子为定量离子,另一个为定性离子。DHA-H和C23 ∶ 0-H的母离子、子离子和碰撞能量见表1。在该条件下,DHA-H和C23 ∶ 0-H的MRM扫描图和提取定量离子谱图见图5。

图5 人血液中DHA-H(15.466 min)和C23 ∶ 0-H (20.176 min)的(a)MRM扫描图及(b、c)各自的提取定量离子色谱图 Fig.5 (a) MRM scan chromatogram of DHA-H and C23 ∶ 0 -H in human blood and (b, c) their extracted quantitative ion chromatograms
2.3 方法学考察
2.3.1 线性范围与检出限

将配制好的标准溶液按1.2.2节所述方法进行杂环衍生化后, 用GC-MS/MS测定。结果显示:以峰面积为Y,质量浓度为X ( μ g/mL),线性方程为Y=0.2283X-0.0465, r2=0.9991,DHA在0.07~10 μ g/mL 范围内线性关系良好;方法的检出限(S/N=2.8)为0.02 μ g/mL,定量限(S/N=10)为0.07 μ g/mL。可以满足人血液样品的分析要求。

表2 方法的回收率和精密度(n=6) Table 2 Recoveries and relative standard deviations (RSDs) of this method (n=6)
2.3.2 方法的回收率和精密度

采用人血液样品为基质进行回收率和精密度试验。在样品中添加高、中、低3个不同水平的标准溶液,每个添加水平平行测定6次,计算平均回收率及相对标准偏差(RSD)。结果(见表2)显示:平均回 收率为94.40% ~103.13% , RSD为1.51% ~3.16%, 方法的回收率和精密度均满足要求。

2.3.3 实际样品测定

取同一批号人血液样品6份,按本文方法制备6份供试品溶液,检测其中DHA含量。检测结果的RSD(n=6)为3.22% ,表明该方法重复性较好。将其中3份样品放置于-20 ℃、另3份样品放置于室温(20 ℃)条件下,经过24 h后,再分别测定两组样品中DHA浓度。在-20 ℃下保存的样品,检测结果的RSD为0.08% ~2.42% ;在室温下保存的样品,检测结果的RSD为0.04% ~4.63% 。结果显示:产物稳定性良好。

3 结论

本文将杂环衍生法应用到人血液里DHA的含量测定中,采用GC-MS/MS在MRM模式下进行检测,优化了实验的反应条件和色谱-质谱条件,建立了准确的定量方法。杂环衍生法操作简便快捷,准确度、灵敏度、精密度均较高。另外,由杂环反应式可以看出,其他类似脂肪酸也可发生杂环衍生反应,因此该方法有望用于人血液中多种脂肪酸含量的同时分析。而且其他实际样品如配方奶粉、动物油脂等经过适当的预处理,也有望应用此方法测定其中的脂肪酸含量。

参考文献
[1]Zhu L N, Zhang Z G, Zhang M, et al China Dairy Industry (朱丽娜, 张志国, 张敏, 等. 中国乳品工业), 2009, 37(2): 45
[2]Wang Y N, Hou D Y, Xin G, et al Journal of Anshan Normal University (王月囡, 侯冬岩, 辛广, 等. 鞍山师范学院学报), 2012, 14(4): 50
[3]Luo H, Huang B, Wang J, et al Nursing Practice and Research (罗红, 黄冰, 王静, 等. 护理实践与研究), 2011, 8(2): 73
[4]Guo Y H, Li Y J Meat Research (郭玉华, 李钰金. 肉类研究), 2011(1): 82
[5]National Postdoctoral Workstation Group of Xiuzheng Pharmaceutical Group Co Chinese Journal of Healthy Birth & Child Care (修正国家级博士后工作站专家组. 中国优生优育), 2010, 16(4): 219
[6]Cao W X, Meng J, Tian Y X China Oils and Fats (曹万新, 孟橘, 田玉霞. 中国油脂), 2011, 36(3): 1
[7]Bailey-Hall E, Nelson E B, Ryan A S Lipids, 2008, 43(2): 181  
[8]Petrovic M, Kezic N, Bolanca V Food Chemistry, 2010, 122(1): 285  
[9]Kangania C O, Kelleyb D E, DeLanya J P J Chromatogr B, 2008, 873(1): 95  
[10]Tang S, Qin C, Wang H, et al J Supercrit Fluids, 2011, 57(1): 44  
[11]Loukasa V, Dimizasa C, Sinanogloub V J, et al Chem Phys Lipids, 2010, 163(3): 292  
[12]Bo H B, Wang X, Zhai Z D, et al Chinese Journal of Chromatography (薄海波, 王霞, 翟宗德, 等. 色谱), 2006, 24(2): 181
[13]Kou X Y, Yu G P Food Research and Development (寇秀颖, 于国萍. 食品研究与开发), 2005, 26(2): 46
[14]Li Q C, Zhang C, Peng H M, et al Acta Pharmaceutica Sinica (李青翠, 张驰, 彭会明, 等. 药学学报), 1997, 32(8): 635
[15]Xu H, Pan C P Modem Scientific Instruments (许华, 潘灿平. 现代科学仪器), 2009(2): 116
[16]Xu H Z, Zhang W L, Chen R G Acta Nutrimenta Sinica (徐惠珠, 张伟利, 陈瑞冠. 营养学报), 1986, 8(2): 165
[17]Li Y Y, Zhuang H Q, Mo L E, et al Journal of Guangdong Medical College (黎运源, 庄海旗, 莫丽儿, 等. 广东医学院学报), 1994, 12(2): 90
[18]Sun S L, Gu X H, Tang J, et al Journal of Food Science and Biotechnology (孙素玲, 顾晓红, 汤坚, 等. 食品与生物技术学报), 2005, 24(2): 107
[19]Zou Y H Food Science (邹耀洪. 食品科学), 2007, 28(6): 293
[20]Zhuang W, McKague B, Reeve D Int J Mass Spectrom, 2004, 232(2): 127