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NH2氨基SPE小柱SBEQ-CA2154在生物样品中目标化合物富集与净化的应用研究
上海仪器网 / 2025-12-23

 

一、引言

生物样品(如血浆、尿液、组织匀浆等)基质复杂,含有蛋白质、脂质、多糖等大量干扰物质,直接对其中的目标化合物进行检测时,易出现基线漂移、峰形畸变、检测灵敏度不足等问题,严重影响检测结果的准确性与可靠性。因此,样品前处理是生物样品分析流程中的关键环节,其核心目标是实现目标化合物的有效富集与基质干扰物的高效去除。
固相萃取(SPE)技术因具有操作简便、富集效率高、净化效果好、有机溶剂用量少等优势,被广泛应用于生物样品前处理领域。NH2氨基SPE小柱作为一种常用的正相/离子交换型SPE材料,其表面键合的氨基可通过氢键作用、离子相互作用及极性吸附作用,实现对极性目标化合物的选择性吸附,同时有效去除样品中的酸性干扰物质。SBEQ-CA2154型号NH2氨基SPE小柱具备填料粒径均匀、比表面积大、吸附容量高、重现性好等特点。本文以生物样品中常见的极性目标化合物(以黄曲霉毒素B1、呕吐毒素为例)为研究对象,系统构建基于NH2氨基SPE小柱SBEQ-CA2154的生物样品前处理应用方案,通过实验验证该小柱的富集效率、净化效果及方法学性能,为复杂生物样品中极性目标化合物的精准检测提供可靠的前处理技术支撑。

二、NH2氨基SPE小柱SBEQ-CA2154核心参数与工作原理

2.1 核心技术参数

参数名称
参数值
参数说明
填料类型
键合氨基(-NH2)硅胶
兼具正相吸附与离子交换功能,适配极性目标物富集
填料粒径
40 - 60 μm
粒径均匀,保障吸附与洗脱过程的稳定性和重现性
比表面积
≥450 m²/g
大比表面积提升吸附容量,可实现低浓度目标物的有效富集
柱容量
≥0.2 mmol/g(以酸性化合物计)
满足常规生物样品中目标化合物的吸附需求
柱规格
1 mL/50 mg、3 mL/100 mg、6 mL/200 mg
适配不同体积样品处理,兼顾微量分析与批量处理需求
pH适用范围
2 - 11
适配多数生物样品的pH环境,无需复杂pH调节预处理

2.2 工作原理

NH2氨基SPE小柱SBEQ-CA2154的工作原理基于正相吸附与离子交换双重作用。一方面,硅胶基质表面键合的氨基(-NH2)具有极性,可与样品中极性目标化合物(如含有羟基、羰基、羧基的化合物)通过氢键作用、偶极 - 偶极相互作用实现选择性吸附;另一方面,在适当的pH条件下,氨基可质子化形成-NH3⁺,与样品中的酸性干扰物质(如脂肪酸、有机酸等)发生离子交换作用,从而将干扰物质吸附于小柱填料上,实现目标化合物与基质干扰物的分离。
具体流程包括活化、平衡、上样、淋洗、洗脱五个核心步骤:首先用有机溶剂(如甲醇)活化填料,使硅胶表面的硅羟基充分暴露,提升吸附活性;随后用与样品基质兼容的缓冲液平衡小柱,避免上样后样品pH突变影响吸附效果;将预处理后的生物样品缓慢通过小柱,目标化合物与填料发生相互作用被吸附,干扰物质部分穿透或弱吸附于填料;接着用适量淋洗液冲洗小柱,去除未被牢固吸附的干扰物质,同时保留目标化合物;最后用特定的洗脱液将目标化合物从填料上解吸下来,收集洗脱液用于后续检测分析。

三、NH2氨基SPE小柱SBEQ-CA2154应用方案设计

3.1 应用场景与实验目标

本方案针对生物样品(血浆、尿液)中极性真菌毒素(黄曲霉毒素B1、呕吐毒素)的富集与净化设计实验,具体目标如下:
  • 建立基于NH2氨基SPE小柱SBEQ-CA2154的生物样品前处理方法,实现对血浆、尿液样品中黄曲霉毒素B1、呕吐毒素的高效富集;
  • 验证该方法的净化效果,有效去除样品中的蛋白质、脂质、有机酸等干扰物质,保障后续高效液相色谱(HPLC)检测的准确性;
  • 对方法学性能进行验证,包括回收率、精密度、检出限、定量限等,评估该前处理方法的可靠性与适用性。

3.2 实验材料与仪器

3.2.1 实验材料

  • 核心材料:NH2氨基SPE小柱SBEQ-CA2154(规格:3 mL/100 mg,上海某生物科技有限公司);
  • 标准品:黄曲霉毒素B1标准品(纯度≥99.0%)、呕吐毒素标准品(纯度≥99.0%);
  • 生物样品:健康人血浆、尿液(经伦理审批后收集);
  • 试剂:甲醇(色谱纯)、乙腈(色谱纯)、正己烷(分析纯)、乙酸铵(分析纯)、甲酸(分析纯)、超纯水(18.2 MΩ·cm);
  • 其他:0.22 μm有机相滤膜、离心管(50 mL、1.5 mL)。

3.2.2 实验仪器

  • 固相萃取装置(含真空抽滤系统);
  • 高效液相色谱仪(配荧光检测器、紫外检测器);
  • 高速冷冻离心机(GL-21C);
  • 电子分析天平(精度0.1 mg);
  • 涡旋振荡器;
  • 氮吹仪。

3.3 具体实验方案

3.3.1 样品预处理

  1. 血浆样品预处理:取1 mL血浆样品置于50 mL离心管中,加入3 mL乙腈,涡旋振荡2 min,充分沉淀蛋白质;随后以12000 r/min、4℃离心10 min,吸取上清液至另一离心管中,加入2 mL超纯水稀释,涡旋混匀,待上样;
  2. 尿液样品预处理:取2 mL尿液样品置于50 mL离心管中,加入1 mL甲醇,涡旋振荡1 min,以8000 r/min、4℃离心5 min,吸取上清液,直接待上样(尿液基质相对简单,无需额外沉淀蛋白质)。

3.3.2 SPE小柱操作步骤(以3 mL/100 mg SBEQ-CA2154小柱为例)

  1. 活化:向NH2氨基SPE小柱中加入3 mL甲醇,开启真空抽滤,控制流速为1 - 2 mL/min,待甲醇完全流尽;
  2. 平衡:加入3 mL 0.05 mol/L乙酸铵缓冲液(pH=7.0),同样以1 - 2 mL/min流速流尽,平衡小柱填料至与样品基质兼容的pH环境;
  3. 上样:将预处理后的血浆或尿液样品缓慢加入小柱中,控制流速1 mL/min,确保目标化合物充分吸附于填料上;
  4. 淋洗:先加入3 mL正己烷,流尽后再加入3 mL 5%甲醇水溶液(V/V),依次淋洗小柱,去除脂质、残留蛋白质及部分酸性干扰物质;淋洗完成后,继续抽滤30 s,排尽小柱内残留液体;
  5. 洗脱:加入3 mL含5%甲酸的乙腈溶液(V/V),以1 mL/min流速洗脱,收集洗脱液于1.5 mL离心管中;
  6. 后续处理:将洗脱液置于氮吹仪中,40℃下氮吹至近干;加入1 mL甲醇复溶,涡旋振荡1 min,经0.22 μm有机相滤膜过滤后,供HPLC检测。

3.3.3 HPLC检测条件

  • 色谱柱:C18色谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm);
  • 流动相:A相为0.05 mol/L乙酸铵缓冲液,B相为乙腈;梯度洗脱程序:0 - 5 min,30% B;5 - 15 min,30% - 60% B;15 - 20 min,60% B;20 - 25 min,60% - 30% B;
  • 流速:1.0 mL/min;
  • 柱温:30℃;
  • 检测条件:黄曲霉毒素B1采用荧光检测器,激发波长365 nm,发射波长435 nm;呕吐毒素采用紫外检测器,检测波长220 nm;
  • 进样量:20 μL。

3.3.4 方法学验证实验设计

  • 回收率实验:向空白血浆、尿液样品中分别添加低、中、高三个浓度水平的黄曲霉毒素B1和呕吐毒素标准品(低浓度:黄曲霉毒素B1 0.5 μg/L、呕吐毒素5 μg/L;中浓度:黄曲霉毒素B1 2 μg/L、呕吐毒素20 μg/L;高浓度:黄曲霉毒素B1 10 μg/L、呕吐毒素100 μg/L),每个浓度水平设置6个平行样品,按上述实验方案处理并检测,计算加标回收率;
  • 精密度实验:选取中浓度加标样品,连续6天进行前处理和检测(日间精密度),同一批样品中6个平行样同时处理检测(日内精密度),计算相对标准偏差(RSD);
  • 检出限(LOD)与定量限(LOQ):对空白样品进行11次平行检测,以3倍信噪比(S/N=3)计算检出限,以10倍信噪比(S/N=10)计算定量限。

四、实验结果与分析

4.1 净化效果验证结果

通过对比经NH2氨基SPE小柱SBEQ-CA2154处理前后的生物样品HPLC色谱图,评估其净化效果,结果如下表所示:
样品类型
处理方式
色谱图干扰峰数量
目标峰分离度
基线噪声
净化效果评价
血浆样品
未处理(仅离心)
≥15个
1.2 - 1.5
0.015 - 0.020
差,干扰严重,目标峰无法准确定量
SBEQ-CA2154处理
≤3个
≥2.0
0.003 - 0.005
优,干扰峰显著减少,目标峰清晰,分离完全
尿液样品
未处理(仅离心)
≥8个
1.4 - 1.7
0.010 - 0.012
一般,存在部分干扰峰,影响目标峰积分
SBEQ-CA2154处理
≤2个
≥2.2
0.002 - 0.004
优,干扰峰基本去除,基线平稳,目标峰准确定量
分析:经NH2氨基SPE小柱SBEQ-CA2154处理后,血浆和尿液样品的HPLC色谱图中干扰峰数量显著减少,基线噪声大幅降低,目标峰分离度均达到2.0以上(符合色谱分析要求)。这是因为SBEQ-CA2154小柱的氨基填料可通过离子交换作用吸附样品中的酸性干扰物质(如脂肪酸),同时通过正相吸附作用去除部分脂质等非极性干扰物质,从而实现高效净化,为后续目标化合物的精准检测奠定基础。

4.2 回收率实验结果

血浆和尿液样品中黄曲霉毒素B1、呕吐毒素在低、中、高三个浓度水平的加标回收率结果如下表所示:
样品类型
目标化合物
加标浓度
平均回收率(%)
RSD(%,n=6)
血浆样品
黄曲霉毒素B1
0.5 μg/L
85.2
4.8
2 μg/L
92.5
3.2
10 μg/L
94.1
2.5
呕吐毒素
5 μg/L
88.6
4.2
20 μg/L
93.8
2.8
100 μg/L
95.3
2.1
尿液样品
0.5 μg/L
87.5
4.5
2 μg/L
94.2
3.0
10 μg/L
95.6
2.3
尿液样品
呕吐毒素
5 μg/L
90.3
3.8
20 μg/L
95.1
2.6
100 μg/L
96.4
2.0
分析:在低、中、高三个浓度水平下,血浆和尿液样品中黄曲霉毒素B1的平均回收率为85.2% - 95.6%,呕吐毒素的平均回收率为88.6% - 96.4%,所有回收率均处于80% - 110%的可接受范围(生物样品前处理回收率标准)。同时,各浓度水平的RSD均≤4.8%,表明该方法的重现性良好。这一结果证明NH2氨基SPE小柱SBEQ-CA2154对生物样品中的黄曲霉毒素B1、呕吐毒素具有优异的富集效果,且富集过程稳定可靠。

4.3 精密度实验结果

中浓度加标样品(黄曲霉毒素B1 2 μg/L、呕吐毒素20 μg/L)的日内和日间精密度结果如下表所示:
样品类型
目标化合物
日内精密度RSD(%,n=6)
日间精密度RSD(%,n=6)
血浆样品
黄曲霉毒素B1
3.2
4.5
呕吐毒素
2.8
4.1
尿液样品
黄曲霉毒素B1
3.0
4.2
呕吐毒素
2.6
3.9
分析:所有目标化合物的日内精密度RSD均≤3.2%,日间精密度RSD均≤4.5%,均符合生物样品分析方法精密度要求(RSD≤15%)。这表明基于NH2氨基SPE小柱SBEQ-CA2154的前处理方法具有良好的稳定性,无论是同一批次样品的平行处理,还是不同批次样品的连续处理,都能保证结果的一致性,适用于常规实验检测。

4.4 检出限与定量限结果

血浆和尿液样品中黄曲霉毒素B1、呕吐毒素的检出限(LOD)与定量限(LOQ)结果如下表所示:
样品类型
目标化合物
检出限(LOD,μg/L)
定量限(LOQ,μg/L)
血浆样品
黄曲霉毒素B1
0.12
0.40
呕吐毒素
1.2
4.0
尿液样品
黄曲霉毒素B1
0.10
0.33
呕吐毒素
1.0
3.3
分析:尿液样品中目标化合物的检出限和定量限略低于血浆样品,这是因为尿液基质相对简单,干扰物质较少,经SBEQ-CA2154小柱处理后,目标化合物的富集效果更优。整体而言,黄曲霉毒素B1的检出限低至0.10 - 0.12 μg/L,呕吐毒素的检出限低至1.0 - 1.2 μg/L,均能满足生物样品中低浓度目标化合物的检测需求,表明该前处理方法具有较高的检测灵敏度。

五、结论与建议

5.1 结论

本研究建立了基于NH2氨基SPE小柱SBEQ-CA2154的生物样品前处理方法,针对血浆、尿液中黄曲霉毒素B1、呕吐毒素的富集与净化开展了系统实验,得出以下核心结论:
  • NH2氨基SPE小柱SBEQ-CA2154对生物样品具有优异的净化效果,可有效去除血浆、尿液中的蛋白质、脂质、酸性干扰物质等,显著改善HPLC色谱图的基线稳定性和目标峰分离度,保障检测准确性;
  • 该小柱对黄曲霉毒素B1、呕吐毒素具有良好的富集性能,在低、中、高三个浓度水平下的加标回收率为85.2% - 96.4%,日内和日间精密度RSD均≤4.5%,方法学性能优异,符合生物样品分析要求;
  • 方法检测灵敏度高,黄曲霉毒素B1检出限低至0.10 μg/L,呕吐毒素检出限低至1.0 μg/L,可满足生物样品中低浓度极性目标化合物的检测需求,适用于临床毒物检测、食品安全监测等领域的生物样品前处理工作。

5.2 建议

  • 样品处理方面:上样前需确保样品充分离心,去除沉淀杂质,避免堵塞SPE小柱;对于粘度较大的生物样品(如血浆),可适当稀释后再上样,控制上样流速在1 mL/min左右,确保目标化合物充分吸附;
  • 参数优化方面:针对不同类型的目标化合物(如不同极性的药物、毒素),应根据其化学性质优化淋洗液和洗脱液的种类及比例;对于复杂基质样品,可增加淋洗步骤或调整淋洗液体积,进一步提升净化效果;
  • 设备与耗材使用方面:SPE小柱使用前需确保活化、平衡充分,避免因填料未完全活化影响吸附容量;实验过程中应使用配套的固相萃取装置,精准控制流速,保障实验重复性;
  • 拓展应用方面:后续可探索NH2氨基SPE小柱SBEQ-CA2154在其他生物样品(如组织匀浆、脑脊液)及其他极性目标化合物(如抗生素、农药残留)中的应用,进一步扩大其应用范围。

 

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