生物样品预处理技术

• 储存条件
–20℃：大部分药物 –80℃：阿莫西林等抗生素 加稳定剂：卡托普利等
立即测试：维生素C等
一、生物样品的一般处理原则
• 生物样品均匀化
• 体液样品： 尿液、血浆——涡旋混匀
• 固体样品： 组织、粪便——加入适量溶剂进行高速匀浆
一、生物样品的一般处理原则
• 结合物水解
• Ⅱ相代谢产物如葡萄糖醛酸结合物、硫酸酯类结合物 • 极性大、亲水性、不易于提取富集
J Pharm Biomed Anal,41(2006):240-245
示例 不同生物样品中虎杖苷预处理方法
• 犬血浆样品：
固相萃取 0.5mol/L磷酸二氢钠酸化样品后，上柱，20％甲醇 淋洗后用100％甲醇洗脱，吹干后流动相溶解进样；同时可以 获得II相代谢产物的富集；易于自动化 • 色谱柱：DiamonsilTM C18（5 m ，200×4.6mm） • 分析柱前备有Supelco保护柱 • 流动相：甲醇-水（35∶65） • 流 速：1.0ml/min • 紫外检测波长：290nm(0.0005aufs) • 柱 温：25±1℃ J Pharm Biomed Anal,41(2006):240-245
• 基质效应的程度在不同动物、不同个体来源的样品 之间和在同种基质处于不同时期样品之间都会呈现 一定的差别
液质联用对样品预处理的要求
• 不同样品预处理技术对基质效应的影响 • 采用柱后灌注法研究 待测化合物
预处理后血浆 样品进样
液质联用对样品预处理的要求
离子信号增强
甲醇沉淀蛋白
离子信号抑制
Oasis 固相萃取
• 固相萃取
• • • • • • • 操作： 活化 上样 淋洗 洗脱 收集 直接进样或者 浓缩后进样 与色谱理论相同
二、生物样品预处理方法
二、生物样品预处理方法
• 采用离心或者抽真空 的办法，以一定离心 力或者流速，进行上 样、淋洗和洗脱
二、生物样品预处理方法
• 固相萃取的优点：
• 无乳化现象 • 使用溶剂安全价格低廉
二、生物样品预处理方法
• 应用中注意问题：
• 去蛋白后的上清直接进样对色谱分离及色谱柱和仪 器的影响

色谱峰形
液质联用分析中的基质效应
• 检测灵敏度是否足够
二、生物样品预处理方法
• 液液萃取
• 操作：
• 血浆＋一定体积萃取溶剂→振荡/涡旋萃取3～ 5min→3500rpm离心10min→取上清液氮气下吹干→流动相 复溶后进样分析
盐酸克仑特罗 (Clenbuterol Hydrochloride) 苯乙胺类拟肾上腺素药，β-受体激动剂，用于平喘
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示例：血浆中盐酸克仑特罗的测定

取血浆0.2ml，加入0.1 mol/l NaOH 50µ l，涡旋混匀后 加入乙酸乙酯2ml液液萃取，涡旋提取3min，离心， 取乙酸乙酯层置于另一干净离心管中，氮气流下50℃ 水浴挥干，残余物用50µ l 流动相溶解后，取10µ l 进样 LC-MS分析测定。
过滤
离心
流动相 空白血浆 标准曲线 QC样品 样品 样品 样品 空
• 96孔板样品前处理 • 50 µ l血浆+甲醇150 µ l（含内标 1 µ g/ml）→振摇5 min 2500 g下离心15 min • 离心结束后准确移取上层清液100 µ l至另一96孔板（350 µ l），用100 µ l流动相稀释混匀后臵进样器上进样LCMS/MS分析
预处理方法
• 分离 • 纯化 • 浓集
实验结果 测定
• 动物实验 • 方法学考察和验证 • 样品前处理 • 样品分析 • 数据处理
具体考虑生物体内药物分析的研究对象即生 物体内样品，则需要从生物样品来源、样品种 类和检测组分三方面来讨论。
1. 生物样品来源：决定于研究的目的 人体与动物 2. 生物样品种类：如体液、器官、组织和排泄物等
• 酸水解：简便、快速，不具备专一性，注意药物是否 被破坏 • 酶水解：β-葡萄糖苷酶、硫酸酯酶，专一性强，时 间长，实验费用高
二、生物样品预处理方法
• 预处理的目的： 去蛋白，释放药物 样品纯化和富集
满足分析方法灵敏度的需要
防止分析仪器的污染和劣化
满足大量样品分析的需要
微量、快速
二、生物样品预处理方法
• 溶剂的选择与纯度的要求
• 有机溶剂相和水相的体积
• 水相的pH 值
二、生物样品预处理方法
• 常用的液液萃取溶剂：
正己烷
叔丁基甲醚 乙醚 乙酸乙酯 正丁醇*
极 性 增 加
• 相似相容原理进行选用
• 沸点低、易于挥散和浓集
• 不易乳化、不影响紫外检测
• 体积选择依实验考察
二、生物样品预处理方法
• 对内标化合物引起的基质效应与目标化合物 相差较小、方向一致
• 在以上条件满足的基础上，做到样品快速预处理
分析过程中的时间消耗分布
6% 61%
Sample preparation Analysis
6%ຫໍສະໝຸດ Baidu
Sample collection
6 61
6 27
27%
Data processing
三、生物样品预处理方法发展
生物体内药物分析选论
生物体内样品及其预处理技术
生物体内药物分析的特点
常规药物分析：原料药物和药物制剂分析 真伪鉴别、纯度检查、含量测定 共存杂质、制剂辅料、复方药物
生物体内药物分析：复杂生物样品的微量分析 药物浓度低 样品采量少 干扰成分多
研究对象 • • • • • 血样 尿液 唾液 胆汁 组织器官
生物样品种类
生物样品种类可分为 均匀生物样品： 血液（血浆、血清、全血）、尿液、唾液、胆汁、
乳汁、脑脊液、淋巴液、汗液和性腺分泌液等体液 呼出气体 非均匀生物样品： 心、肝、肾、脾、肺、脑、胃、肠、子宫或睾丸、 脂肪、肌肉、皮肤等器官、组织 粪便排泄物
检测组分
即生物样品中的药物及其代谢物等 （1）原形药物的测定； （2）游离药物的监测； （3）活性代谢产物的监测； （4）药物对映体的监测； （5）作用部位药物浓度的测定； （6）体内内源性物质的测定。
3. 检测组分：即生物样品中的药物及其代谢物等
生物样品来源
临床前 吸收试验 组织分布试验 代谢 排泄 毒代动力学 临床 临床药代动力学 制剂生物利用度及生物等效性
生物样品种类
生物样品种类选取的一般原则：
（1）必须是能够反映出浓度与药物效应
之间关系；
（2）易于获得；
（3）便于处理，适合于分析； （4）根据不同目的与要求进行选取。
一、生物样品的一般处理原则
• 生物样品贮存 • 生物样品均匀化 • 结合物水解
• 生物基质的性质 • 测定对象的性质
一、生物样品的一般处理原则
• 生物样品的贮存
• 采集哪种生物样品：血浆、血清、全血、尿、组织…
血浆酯酶引起的水解——血浆样品—加入酯酶抑制剂
微生物导致的腐败——尿液样品—加入防腐剂冷藏
样品前处理
应用研究

采用Sirocco蛋白沉淀板进行前处理和传统蛋白沉淀的比较 离子抑制程度减轻，去除了大多数极性小的内源性物质
绝对回收率提高
示例
Cl H2N Cl H C OH H2 C H N CH3 C CH3 CH3 HCl

仲胺N，显示弱碱性，游离碱难溶于水，易溶于 有机溶剂，盐可溶于水
套用方法1
样品预处理
激活/平衡 上样
套用方法2
样品预处理
激活/平衡 上样
清洗: 2% 甲酸 淋出段 1: 100% MeOH 淋出段 2: 5% 氨水-MeOH
中性物质
清洗: 5% 氨水 淋出段 1: 100% MeOH 淋出段 2: 2% 甲酸-MeOH
有机碱
©2005 Waters Corporation
• 萃取效率高
• 处理速度快，具有一定通量 • 易于同时萃取出目标药物及其代谢产物，包括极性 强的Ⅱ相代谢产物
• MCX固相萃取柱 • 反相作用和阳离子交换 作用
• 酸性环境中含氮碱性基 团与磺酸基结合 • 酸性药物呈分子状态发 生反相结合作用
对有机碱: 对有机酸、酚类 对有机强酸 对季铵碱、盐 pKa 2-8 pKa 2-10 pKa <1.0 pKa >10 选择 Oasis® MCX 选择 Oasis® WAX 选择 Oasis® WCX 选择 Oasis® MAX
叔丁基甲醚 液液萃取
正常离子信号强度
液质联用对样品预处理的要求
J Chromatogr B,850(2007):101 –108
离子抑制严重
离子增强且不稳定
液质联用对样品预处理的要求
• 选择合适的样品预处理条件
合适的蛋白沉淀剂 合适的固相萃取柱 合适的萃取溶剂
• 不同QC浓度下，对目标化合物引起的基质效 应方向相同、数值相近

取500g有代表性的猪肉可食部分，用组织捣碎机充 分捣碎均匀；
样品均匀化

取2g 捣碎样品，加入8ml乙酸钠缓冲液(pH=5.2)，再
• 水相的pH值
• 水相pH值主要由药物的pKa确定
• 对于碱性药物最佳pH值要高于pKa值1～2个pH单位
• 对于酸性药物要低1～2个pH单位
• 碱性药物在碱性pH值、酸性药物在酸性pH值介质 中提取 • 血浆加入1M NaOH进行碱化后用适合溶剂提取
二、生物样品预处理方法
• 液液萃取的优点：
• • • • 选择性高 便于纯化和富集 操作方便 对仪器的污染小
样品前处理
应用研究

减少移液步骤 减少交叉污染 减少离心等环节，节省时间
三、生物样品预处理方法发展
• 与传统的蛋白沉淀相比具有以下优点：
• 引起较小的紫外检测和质谱检测的干扰
• 节约预处理时间，具有较大样品通量 • 便于实现自动化，便于与96孔自动进样器匹配 • 引起柱压的较小波动，保护色谱柱
• 沉淀蛋白后过滤
96孔蛋白沉淀板
样品前处理

应用研究


蛋白沉淀 沉淀后离心取上清液 沉淀后过滤得上清液－Sirocco



操作不同
传统
50µl血浆+200µl甲醇（含内标20ng/ml）→振摇5min →离心15min →取 上清进样


Sirocco
200µl甲醇（含内标20ng/ml）+ 50µl血浆→振摇5min →真空抽滤→直接 进样
由于长期用药的不良反应等，SFDA已经于2011年停止生产、
销售和使用盐酸克仑特罗片，其他剂型及复方仍可以使用。
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示例：猪肉中盐酸克仑特罗的测定

盐酸克仑特罗，俗称瘦肉精，具有营养再分 配作用，被不法养殖户用作药物促生长添加 剂，提高动物的瘦肉率
膳食暴露与
食源性疾病
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示例：猪肉中盐酸克仑特罗的测定
示例 不同生物样品中虎杖苷预处理方法
• 蛋白沉淀 （SD大鼠血浆）
• 固相萃取 （犬血浆）
示例 不同生物样品中虎杖苷预处理方法
• 液液萃取（肾组织）
• 液液萃取（尿液）
液质联用对样品预处理的要求
• 基质效应的存在
• 基质效应可认为是样品中分析物周围所有成分的集 体干扰行为 • 除分析物外样品中所有其它成分所引起的分析误差， 尤指来自生物样品中未知的或性质不确定的成分或 体系特性(如粘密度、离子强度、表面张力等)所引 起的干扰
• 缺点：
• 易产生乳化 • 操作费时，不易于自动化
二、生物样品预处理方法
• 液固提取
• 固相萃取
• 超声提取——对于固体生物样品，如粪便，组织等， 匀浆处理后，用合适的有机溶剂进行液固萃取，涡 旋振荡提取或者超声提取，上清液吹干或者进行第 二次液液萃取，以便进一步的纯化富集
二、生物样品预处理方法
示例 不同生物样品中虎杖苷预处理方法
• SD大鼠血浆样品：
乙腈沉淀蛋白；操作简便快速，适用于大量样品；色谱柱污 染和不可逆堵塞
• 组织和排泄样品：
0.5mol/L磷酸二氢钠酸化样品后，乙酸乙酯∶正丁醇＝5∶1 进行液液萃取；PD较大的亲水性，常规溶剂萃取效率很低， 故选择混合溶剂来提取；富集使得灵敏度提高；吹干时间长
• • • • 常用的生物样品预处理方法 沉淀蛋白 液液萃取 液固提取
二、生物样品预处理方法
• 沉淀蛋白
• 操作：
50μl血浆＋150 μl甲醇→涡旋1min→3500rpm离心10min→取
上清液进样分析
• 常用沉淀剂： • 与水能混溶的有机溶剂——甲醇、乙腈 • 酸性沉淀剂——三氯醋酸、高氯酸
有机强酸
季铵碱、盐
有机酸、酚类
示例 不同生物样品中虎杖苷预处理方法
• A：虎杖苷标准对照品 由海王集团技术中心天然药物室提供 批号：03050803 • 3，4’，5-三羟基芪-3-β-D-葡萄糖苷 Mr390 • • B：二苯乙烯苷化学对照品 由中国药品生物制品检定所提供 • 2，3，5，4‘-四羟基二苯乙烯-β-D-葡萄糖苷 Mr406