质谱应用学习笔记-03——不可不知的基质效应
冉盛网2019-08-01 14:11
我做了这么多年的HPLC，接触到MS/MS后，才发现一直都忽视了一个重要的概念：基质效应。（Matrix Effect）。顾名思义，就是基质的存在导致目标物响应产生变化的现象。
为毛在质谱分析中特意提到这个概念？这和质谱检测器（离子源）机理有关，其次和质谱应用领域有关，一般而言，质谱应用特优势的方向有两：一是样品成分极为复杂（血浆、生物样品、组织液），二是待分析的物质含量极低（农药残留、植物激素、脂质、神经递质等，一般在ng级或pg级，HPLC一般在mg、ug）。
基质效应可以用下图简单直观的表达说明：
从图中可以看出，同样浓度的标准品，A是在纯溶剂中的响应值，B是在样品基质（Matrix）中的响应，信号强度的差异是非常明显的。这种差异的不确定性，会导致定量分析的结果存在很大的偏差。（注：基质效应的影响程度，可以用信号响应的比值进行表征：ME=B/A）
（再注：实际的图是这样的画风：
一、基质效应产生的原理
质谱信号的产生，是样品通过离子源进行电离，然后过质量选择器得到专属信号。基质效应的核心是：干扰物质对电离效率的影响。
有专家总结了以下几点影响方式：
基质阻止喷雾液滴有效气化。基质成分改变喷雾液滴张力和粘度，导致离子化程度不同。非挥发性盐、离子对试剂等有较强的离子抑制作用，干扰电离。不同厂家仪器设备差异、离子源工作方式差异。那是什么物质会引起基质效应呢？干扰成分来自哪？
二、引起基质效应的物质来源
基质干扰的物质可以简单分为两类
内源性杂质：各种有机物（脂类、色素、糖类、可溶性蛋白或多肽、胺类）、无机盐、血浆中的磷脂（有明显的离子抑制效应）。外源性杂质：无极离子、缓冲溶液、表面活性剂、离子对试剂、固相萃取材料及色谱柱固定相流失的成分那也就问了，这些干扰成分的影响有多显著？影响程度是什么样的？
三、基质效应的影响
有一些文章得到了以下经验结论：
同样条件下反相柱分析三种极性不同的化合物，极性越大，干扰越严重。猪尿中克伦特罗浓度增加，基质效应减弱。有学者考察了不同样品来源的ME（基质效应表征值）值
也有学者考察了溶剂比例对ME值的影响。
通过这些文章，回过头来看日常工作中发现的一些奇奇怪怪的图谱，例如异常响应、信号丢失，信号突变增强，多半和基质效应有一定的联系（排除其他原因后）。
那方法学建立中如何克服基质效应？
四、方法学中基质效应考察的必要性及解决方案
我特意查询了下美国FDA的《生物分析方法建立的验证/指导原则》，如下图，其中有这么一段
“实施者必须校准或进行质量考察来确保消除基质效应和其他干扰。”（也不确定这样翻译对不对，我自己意译的）
通过百度，在中国药典的通则中，生物样品定量定性分析方法验证指导原则项目下，也找到了基质效应的相关要求，如下图：
总之就是说这样一个理儿：进行质谱方法学开发，必须考察基质效应！（但具体怎么考察，自己定）
要消除基质干扰，可以有这样几种方式（综合一些资料整理得到，没有多少实践经验，供参考）
预处理方法优化。（实际开发要兼顾效率和成本，如用特定的固相萃取柱，分子印记萃取MIP、分散固相萃取MSPD）改善色谱条件，促进分离优化。（同样要考虑时间成本）流动相中添加有机酸，促进离子化。（一般都采用了，都添加了甲酸）采用APCI离子源或大气压离子源。（ESI更通用，特殊情况下应用）。采用空白基质校正（但一般生物样本很难得到完全意义上的空白）采用内标法！ 优化的方法有很多，内标法是最有效，也是文献资料上大都采用或是严格来说，也是MS定量分析中必须采用的方法。内标的选择有一些可供参考的资料或约定俗成的一些物质。同位素内标比较靠谱（但价格贵，也要注意避免有同位素迁移现象）。
认知了基质效应后，我貌似更理解了一些sci论文的表述方式了，还是那个观点，以上都是入门级的一些知识，算一个学习笔记，还有很多的点我没get到，例如标准曲线的计算、线性方程、定量优化等，继续专研中。 作者： 余驰
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