稳定性同位素标记试剂的研发及应用展望

稳定同位素标记试剂属于科研用试剂,已广泛应用于农业、食品安全、生命科学、环境、临床医学、药学等领域。这一类试剂的主要合成方法有化学合成法、生物合成法、同位素交换法。稳定同位素标记试剂作为示踪剂在国内的农学、生态学、土壤学、地质学、林学及水文学等科研领域应用较为广泛,并已取得了显著的经济效益。从农业、食品安全控制、生命科学、环境科学、医学及药物学等方面阐述近年来稳定同位素标记试剂的研发及应用展望。

稳定性同位素氘标记对羟基苯甲酸正丁酯的合成与表征

以对羟基苯甲酸-环-D4为同位素原料,酸性条件下与正丁醇反应得到对羟基苯甲酸正丁酯-环-D4。考察了酸性催化剂种类对产物同位素丰度的影响,筛选出最佳酸性催化剂对甲苯磺酸。通过单因素实验得到优化后的工艺参数,n(正丁醇)∶n(对羟基苯甲酸-环-D_4)=5∶1,m(对甲苯磺酸)∶m(对羟基苯甲酸-环-D_4)=0.05∶1,反应温度为95℃,反应时间为4.5 h。产物经GC-MS、~1HNMR和FT-IR进行分析,化学纯度>99.0%,同位素丰度>97 atom%D。

气相色谱-质谱法研究13C标记脂肪酸的同位素丰度和化学纯度

稳定同位素13 C标记的脂肪酸呼气试验被广泛地应用于医学临床研究。本实验利用脂肪酸在EI质谱中共有的麦氏重排碎片离子,建立了通用的稳定同位素13 C标记(羧基位或α位)短链及中链脂肪酸同位素丰度的气相色谱-质谱(GC/MS)检测方法,并考察了稳定同位素样品的"同位素记忆效应"和样品配制浓度对检测结果的影响。以上海化工研究院研制的乙酸-1-13 C和辛酸-1-13 C为样品,测得两者的同位素丰度分别为98.5%和98.7%,精密度优于0.06%;实验还发现,EI源和ESI源对中链脂肪酸辛酸-1-13 C同位素丰度的测定结果一致,且具有良好的精密度。该方法可以实现对13 C-脂肪酸同位素丰度和化学纯度的同时测定。

同位素标记葡萄糖的研究进展

将11C、13C、14C、D、3H以及18O等同位素引入葡萄糖中,可合成各种同位素标记的葡萄糖。由于葡萄糖是生物体内新陈代谢不可缺少的营养物质,因此作为示踪剂,在葡萄糖代谢、疾病诊断等方面提供了一个方便、有效的示踪工具。本文主要介绍了同位素标记葡萄糖的合成方法,以及在临床、医药、化工以及生物等方面的应用。

碳、氮、氧稳定同位素生产技术现状及发展趋势

碳、氮、氧稳定同位素从分离成功至今已经走过了半个多世纪的历程;生产能力实现了从百克级实验室规模到数公斤级批量生产,以及百公斤级大规模生产三个阶段的跨越;而分离技术方面也实现了从热扩散法、色谱法、离子交换法为代表的第一代分离技术,以化学交换法、精馏法为代表的第二代分离技术,以及以物料循环利用、能源耦合、节能减排等技术创新为特点的第三代大规模生产技术的提升。当前,13 C的生产全部是低温精馏法,15 N的生产方法是NO/HNO3化学交换法及NO低温精馏法,18 O的生产方法是水精馏法、NO低温精馏法及O2低温精馏法。这些分离方法共同的特点是在工艺上实现能源高度耦合、物料循环利用、达到了规模化生产,并实现了节能减排。今后,继续通过科技创新,开发环境友好、原料价廉易得、低能耗、低成本、大规模生产的分离技术将是稳定同位素分离产业不断发展的主旋律。

稳定同位素^(15)N标记2-甲基-5-硝基咪唑的合成与表征

以15NH3和H15NO3作为同位素原料,经两步反应得到目标产物15N标记2-甲基-5-硝基咪唑。收率以15NH3计,为58%,经液相色谱(HPLC)、质谱(MS)、气体同位素质谱计(MAT-271)等对其纯度和丰度进行表征,纯度>99.5%,丰度>99%,可作为制备15N标记硝基咪唑类药物内标检测试剂的合成前体。

气相色谱-质谱联用法分析^(15)N标记精氨酸发酵液中的氨基酸组分及其同位素丰度

建立了精氨酸、赖氨酸、丝氨酸、缬氨酸、亮氨酸等15种氨基酸的气相色谱-质谱联用(GC-MS)检测方法。以硅烷化试剂N-甲基-N-(三甲基硅烷)三氟乙酰胺(MSTFA)为衍生化试剂对氨基酸进行衍生化,在优化的色谱-质谱条件下,15种氨基酸均达到基线分离。结合混合阳离子(MCX)固相萃取柱对氨基酸发酵液实际样品进行净化,将所建立的方法用于^(15)N标记精氨酸发酵液中的氨基酸组成(包括亮氨酸-^(15)N、脯氨酸-^(15)N、精氨酸-^(15)N_4、谷氨酰胺-^(15)N和赖氨酸-^(15)N_2)分析,并根据EI图谱的离子碎片信息对^(15)N标记精氨酸发酵液中的氨基酸同位素丰度进行计算。

气相色谱-质谱联用测定氘标记卤代苯及其衍生物的同位素丰度

稳定同位素氘标记卤代苯及其衍生物是一类重要的氘标记基础试剂。以溴苯-D5为例,开发了基于气质联用的氘标记卤代苯及其衍生物同位素丰度表征方法,考查了样品配制溶剂和配制浓度对同位素丰度值的影响,在优化的测试条件下,所发展的方法具有良好精密度和准确度。最后,对上海化工研究院研制的氘标记实际样品溴苯-D5、4-硝基溴苯-D4和4,4'-二硝基二苯硫醚-D8的同位素丰度进行了测定,分别为99.6 atom%、99.5 atom%和99.1 atom%。该方法能够快速、准确、高效地测定氘标记卤代苯及其衍生物的同位素丰度。

美沙西汀-甲氧基-^(13)C的同位素丰度和化学纯度表征

本研究建立了美沙西汀-甲氧基-13C高效液相色谱-质谱联用检测方法,成功的对该化合物的同位素丰度和化学纯度进行了同时表征。通常传统的13C同位素丰度表征是气体同位素质谱法,但其存在着不能检测13C原子部分标记化合物同位素丰度检测的缺陷。本研究首次提出"质量簇"分类方法,结合高效液相色谱-质谱联用技术,成功的解决了单13C标记的美沙西汀-甲氧基-13C同位素丰度分析难题。

液相色谱-质谱联用法测定动物血浆中^(15)N标记氨基酸的同位素丰度

建立了液相色谱-质谱联用(LC-MS)测定血浆中稳定同位素^(15)N标记的甘氨酸、谷氨酸、天冬氨酸和尿素同位素丰度的方法。待测动物血浆样品经丙酮提取,氮吹浓缩后,用液相色谱电喷雾质谱(LC-ESI-MS)进行检测。以乙腈和质量分数为0.2%甲酸水溶液为流动相进行洗脱,经亲水色谱柱分离,在选择离子模式(SIM)下监测特定质荷比的上述四种待测物,依据测得的峰强度计算每种待测物的同位素丰度。通过对已知同位素丰度的甘氨酸-^(15)N、谷氨酸-^(15)N、天冬氨酸-^(15)N和尿素-15N2进行验证,相对偏差在0.7%以内。方法具有样品前处理简单、检测耗时少、表征结果准确,一次进样可同时测定血浆中稳定同位素标记甘氨酸-^(15)N、谷氨酸-^(15)N、天冬氨酸-^(15)N和尿素-15N2的同位素丰度等优点。

电喷雾质谱质量重心法快速表征^(15)N标记氨基酸同位素丰度

建立了15N标记同位素丰度的电喷雾质量重心分析方法,并成功的应用于5种15N标记氨基酸同位素丰度的表征。通过与15N标记氨基酸标准品标识的同位素丰度指标的比较,表明电喷雾质谱质量重心法对15N标记氨基酸同位素丰度的检测简单、准确、可靠,具有较好的分析检测实用性。本方法的快速制样和高通量检测的特性,使其比传统的气体同位素质谱法具有更高的检测效率和更低的检测成本,具有更为广阔的应用前景。

同位素稀释-气相色谱-串联质谱法测定猪肉中残留的4种β-受体激动剂

采用同位素稀释质谱法,结合固相萃取技术,建立了猪肉中克伦特罗、妥布特罗、溴布特罗、沙丁胺醇等4种β-受体激动剂残留量的气相色谱-串联质谱(GC-MS/MS)检测方法。向绞碎的猪肉中加入同位素内标克伦特罗-D9、妥布特罗-D9、溴布特罗-D9,经β-盐酸葡萄糖醛苷酶/芳基硫酸酯酶酶解,醋酸铵缓冲溶液提取,高氯酸调pH,HLB-MCX固相萃取柱串联净化,用N,O-双三甲基硅基三氟乙酰胺(BSTFA)+1%三甲基氯硅烷(TMCS)衍生化后,进行GC-MS/MS测定,使用内标法定量。结果表明,猪肉中添加2.5~35.0μg/kg水平的β-受体激动剂,回收率为92.2%~112.8%,批内变异系数(CV)为1.0%~12.6%,批间变异系数(CV)为1.9%~13.2%。4种β-受体激动剂的线性范围为1.35~158.00μg/L,相关系数R2≥0.999 7,方法最低检测限为0.13~0.40μg/kg,最低定量限为0.40~1.27μg/kg。该方法精密度好、灵敏度高,可简便、准确地测定猪肉中4种β-受体激动剂的残留量。

丙酮与重水氢-氘交换反应催化剂的考察研究

为丙酮与重水氢-氘交换的基础研究,考察了丙酮与重水在不同催化剂存在下的一次交换效果,并利用单因素实验,考察了n(重水)∶n(丙酮)=12.5∶1的固定条件下,催化剂的用量、反应温度和反应时间对丙酮氢-氘交换(H-D交换)反应的影响。结果表明,产物氘代丙酮的氘同位素丰度随着以上变量先增加后平衡,平衡条件为碳酸钠添加量0.015 9mol/mol、反应温度45℃、平衡时间3 h,交换后丙酮的氘原子同位素丰度达到80.53 atom%D。

超低温精馏塔顶回流管中气液两相流动数值模拟研究

超低温精馏分离稳定性同位素13C中试装置运行中出现塔顶冷凝回流管道流动不畅的现象,影响整个精馏系统的稳定运行,本文针对以上问题,运用计算流体力学的方法,采用商业软件FLUENT14.0,运用VOF模型,以CO(g)-CO(l)为介质,对管道内超低温两相流体的流动过程进行了三维非稳态数值模拟,得到了压力、速度、壁面剪切力、气液两相体积分率在管道内的分布情况,并对不同管道位置处气液两相流的相互作用进行了分析,揭示了超低温两相流体在管内流动的特性,从而为稳定同位素13C产业化生产装置的管道设计提供了理论基础和设计依据。

^(13)C-海藻糖的合成

采用13C-甲醇作为唯一碳源,利用毕赤酵母发酵合成13C-海藻糖;运用均匀设计方法,探索了海藻糖的发酵和提取条件。发酵条件为:菌体在37℃发酵20 h,此后升温到44℃,继续培养1 h。提取条件为:乙醇浓度50%,提取温度42℃,提取时间110 min,料液比1∶30。利用99%丰度的13C-甲醇,获得的13C-海藻糖产品,丰度和纯度均大于98%,几乎没有稀释。

HPLC法测定原料药尿素-13C及其有关物质含量

采用COSMOSIL-C18色谱柱,以90%乙腈-水溶液为流动相、流速为1.0 mL/min、柱温为30℃、进样量为20μL、检测波长为200 nm,建立了HPLC测定原料药尿素-13C及其有关物质含量的方法。尿素-13C原料药在3.2～4.8 mg/mL范围内线性关系良好（r=0.999 5）,平均回收率为99.40%（RSD=0.63%）;有关物质缩二脲在0.6～9.0μg/mL范围内线性关系良好（r=0.998）,加标回收率为100.4%（RSD=1.53%）。此方法简便、结果准确,可用于原料药尿素-13C及其有关物质含量的测定。

C-尿素散剂中^(13)C-尿素含量的测定

用高效液相色谱法测定^(13)C-尿素散剂中^(13)C-尿素含量。用Thermo Hypersil APS2(NH;)作色谱柱,流动相为乙腈∶甲醇∶水(89∶10∶1,体积比);色谱柱温度为30℃;流速为1.0 mL·min^(-1);进样量为10μL^(-1)检测波长为205 nm。^(13)C-尿素在0.25~2.5 mg·mL^(-1)范围内线性良好(R;=0.99996),平均回收率为99.21%(RSD=0.57%)。此方法简单可靠,能够准确地测定^(13)C-尿素散剂中^(13)C-尿素含量以及控制^(13)C-尿素散剂的质量。