需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用

方法文章

采用怀化散对UPLC-Q-Orbitrap质谱技术中DDA与DIA采集模式的比较研究

714 次观看

⸱

DOI:

10.3791/69227

⸱

2025年10月3日

 ,  ,  ,  ,  , 

本文内容

摘要

本研究比较了数据依赖性采集(DDA)和数据非依赖性采集(DIA)模式(UPLC-QE-Orbitrap MS)在分析成分复杂的中药槐花散中的应用。建立了优化的DDA和DIA方法,并对化合物进行了鉴定 通过 Compound Discoverer。对其性能(化合物鉴定能力、重现性、谱图质量、灵敏度)进行了评估,为中药扫描模式的选择提供了实证指导。

摘要

本研究系统评估了两种质谱采集模式——数据依赖性采集(DDA)和数据非依赖性采集(DIA)——与超高效液相色谱-四极杆-轨道阱高分辨质谱(UPLC-Q-Orbitrap HRMS)联用在复杂中药复方化学成分全面表征中的相对性能。以经典复方槐花散作为模型体系进行实证评估。分别建立了优化的DDA和DIA采集方法:DDA方法采用靶向前体离子选择策略并结合自定义的碎裂参数,而DIA方法则采用分段可变窗口策略覆盖目标 m/z 范围,对所有前体离子进行无偏碎裂。化合物鉴定通过Compound Discoverer软件完成。比较评估重点聚焦于两种采集模式的性能特征,包括鉴定化合物数量、重现性、MS/MS谱图质量以及对低丰度活性成分的检测灵敏度。结果表明,DDA模式检测到的化合物总数更高,而DIA模式获得的高置信度鉴定比例更大(谱图匹配得分 >0.8 的化合物占比达10.63%)。值得注意的是,在六种代表性化合物的保留时间和峰面积方面,DIA方法表现出显著更优的重现性,其中芦丁在两种采集模式间的保留时间相对标准偏差(RSD)相差 >3倍。然而,DDA产生的MS/MS谱图更干净,碎片离子特征更清晰,而DIA谱图则受到共洗脱离子干扰。与此同时,DIA能够有效检测到一些低丰度活性成分,这些成分的离子色谱图和MS/MS碎片在DDA模式下无法被提取。本研究为复杂中药复方研究中高分辨质谱采集模式的选择提供了关键实验依据和分析数据集。后续研究者可整合两种方法的互补优势,实现化合物全面表征的双重目标。

引言

中药方剂具有复杂的化学体系,其成分浓度差异显著,尤其含有大量低丰度活性成分,这对分析技术提出了严峻挑战。槐花散是一种经典而著名的中药方剂,由四种药用植物组成:槐花(Sophora japonica)、侧柏叶(Platycladus orientalis leaves)、荆芥穗(Schizonepeta tenuifolia spikes)和枳壳(Citrus aurantium peel)。该方剂包含多种生物活性物质,如黄酮类、生物碱类和挥发油类,其浓度差异显著。因此,槐花散是研究中药方剂物质基础的典型复杂体系模型1。对其化学成分进行准确、全面且可靠的表征,是阐明其药效物质基础并提升质量控制标准的关键前提。

超高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱高分辨质谱法(UPLC-QE-Orbitrap MS)因其卓越的分辨率、灵敏度和质量精度,已成为分析复杂中药体系中化学成分的核心平台。在数据采集策略方面,数据依赖性采集(Data-Dependent Acquisition, DDA)和数据非依赖性采集(Data-Independent Acquisition, DIA)是两种主流模式2,3,4(图1

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

方案

本研究中使用的试剂和设备列在材料表中。

1. 怀化散供试品溶液的制备

  1. 根据处理规范 "炒槐花" 根据2020年版《中华人民共和国药典》(一部),取适量原药材槐花,除去杂质及枝梗,筛去灰屑,置热锅中,用文火(100 °C)炒至深黄色,取出,放凉。
  2. 制备加工产品 Platycladus orientalis 叶片按照 "0213 准备工作的通用规则" 《中华人民共和国药典》(2020年版,第四部)中规定。取适量原液 Platycladus orientalis 叶片,去除杂质,放入热锅中,用小火(100 ºC)炒至黄色。取出,放凉。
  3. 根据方法制备知克的加工产品 "麸炒 枳实" 《中国药典》(一部)2020年版规定。取适量生枳壳原料,除去杂质,加热至100 °C,按1:10(药材与辅料比例)喷洒适量麦麸。
    1. 烟起后,加入生枳壳片,迅速翻炒至表面呈黄色或深黄色,取出,筛去麦麸,放凉,备用。
  4. 按照1:1:1:1的重量比例配制怀化散 中医方剂学 (新世纪第三版)。准确称取每种中药粉末各1 g(过五号筛)。
    1. 将粉末置于研钵中混合,按以下步骤操作 "研磨与混合法" 对于....

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

结果

化合物的总体鉴定

两种采集模式下怀化散粉的总离子流色谱图如图2所示,整体差异较小。在DDA采集模式下,正负离子模式共鉴定出14,958种化合物,而在DIA采集模式下共鉴定出9,489种化合物(图3A)。其中,DIA模式下匹配得分较高(≥80)的化合物比例高于DDA模式(DDA:6.50 %;DIA:10.63 %)(图3B)。正负离子模式下DDA与DIA的离子分布图如图3C-F所示。上述结果表明,该实验方法可有效区分两种模式在鉴定能力上的差异。

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

讨论

本研究中尤其值得指出的是,我们发现,在DIA采集模式下,分段可变窗口的数值设置不宜过大。我们曾尝试将其设置为300mz和100mz,但最终的谱图效果较差。经过反复探索和尝试,最终确定30mz的采集窗口为最适宜的选择。因此,采集窗口的设置对实验的成败具有至关重要的影响。

同时,还进行了预实验,以考察在DIA模式下分别采集和同时采集正负离子对实验结果的影响。当正负离子同时扫描时,整体谱图质量和分辨率较差,主要原因是循环时间过长,导致每种模式下的二级质谱数量过少。相应地,化合物的色谱峰采样点数量也会减少,无法满足检测要求。因此,选择分别对正离子和负离子进行单独扫描。

本研究以经典复方槐花散为模型系统,实证展示了数据依赖采集(DDA)与数据非依赖采集(DIA)模式在分析中药复杂成分时的根本差异。DIA 模式凭借其无偏倚的采集特性(例如覆盖 100–1000 m/z 的分段可变窗口策略),显著增强了对低丰度成分的检测能力(图5)。这一优势源于其对整个 .......

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

披露

作者声明无利益冲突。

致谢

本研究由四川省自然科学基金青年项目(编号:2025ZNSFSC1823)、四川省科技创新苗子工程(MZGC20230055)以及成都中医药大学资助 "邢霖学者" 托育人才专项培养计划学科人才科研提升项目(MPRC2022017)

....

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
乙腈Thermo Fisher/色谱纯度
Compound Discoverer 3.3 软件Thermo Fisher/质谱数据处理与化合物鉴定
fructus aurantii四川内江220709槐花散处方中的药材
Platycladus orientalis 叶山东临沂240619槐花散处方中的药材
Schizonepeta spike江苏泰州240601槐花散处方中的药材
槐花四川广安241017槐花散处方中的药材
超声波清洗机洁拓超声波清洗设备有限公司240HT槐花散成分提取
UPLC-Q-Orbitrap HRMSThermo Fisher/高分辨质谱仪
水屈臣氏公司/超纯水

参考文献

  1. Wang, D., et al. Establishment of fingerprint and chemical composition study of the classic formula Huaihua San based on two mass spectrometry techniques. Chin Herb Med. 56 (10), 3499-3512 (2025).
  2. Stincone, P., et al.

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

重印与许可

探索更多文章

DDA 采集传统中药化合物鉴定MS/MS 谱图质量检测灵敏度化学成分分析