化学计量学方法在色谱解析中的若干应用
吴海龙，张艳，俞汝勤
（湖南大学化学化工学院，化学生物传感与计量学国家重点实验室,
湖南长沙410082；Fax: +86-731-8821818；E-mail: hlwu@hnu.cn）

    色谱法因兼有分离分析的功能和快速、高效、灵敏优点，已成为分析化学领域中发展最快、应用最广的分析技术之一。尽管色谱可有多种分类及模式，但其根本是分离。对于多组分复杂体系如天然药物、生物和环境样品，由于其样本的复杂性，很难找到最优的色谱分离条件, 普遍存在着不能完全分离的重叠色谱峰以及色谱漂移现象, 这为复杂体系的定性定量分析带来困难。提高复杂分析体系多组分的分离分析能力，对其进行直接快速的定性定量分析已成为现代分析化学研究的热点和难点。
    化学计量学是一门将计算机与数学、统计学相结合，处理复杂的化学量测数据并最大限度地提取有用信息的交叉学科，它结合利用化学计量学强大的数学分离解析能力，以弥补色谱手段在某些情况下分离能力的不足，缩短分离时间，降低成本，实现对谱峰重叠复杂多组分体系的直接快速定性定量分析。本文将就近年来化学计量学新方法与气相色谱、液相色谱及二维色谱相结合在生物医药等领域的若干解析应用作一介绍。

1. 化学计量学方法在气相色谱分析中的应用
    目前，气相色谱与质谱联用得到较大发展，其与化学计量学方法的结合对于分析复杂混合物体系具有独特的优越性。如Morris等采用GC结合计量学方法对燃料中的各组分物质进行了分析。Eide等采用GC-MS分析了多环芳烃混合物，并将偏最小二乘（PLS）算法用于实验数据处理，所建立的回归模型能很好的预测混合物中的诱变物质。García等采用GC-MS测定了生物样品中的克伦特罗,并将直接三线性分解（DTLD）、平行因子分析（PARAFAC）、 PARAFAC2、 Tucker3 和三线性PLS等三维模型用于分析信号处理。Cardoso等采用GC-MS、GC-FLDH和HPLC-UV-Vis分析巴西朗姆酒和浪姆酒中的有机酸、微量金属元素以及多酚类物质的含量，并通过模式识别方法对这两种酒进行比较。Jiye A等利用GC-MS分析测定了人血浆中的一系列小分子化合物，并通过采用主成分分析（PCA）和PLS处理实验数据，结果表明此方法对于小分子物质如与疾病有关的生物标记物的研究非常有利。Prazen等通过改用平行柱在不延长分析时间的情况下提高了GC-TOFMS的选择性和定量分析的精确度，尽管分析物色谱重叠严重，通过广义秩消失因子分析（GRAM）可得到满意的定量结果。

2. 化学计量学方法在液相色谱分析中的应用
    近年来液相色谱联用技术如LC-DAD、LC-MS应用非常广泛，与化学计量学方法相结合用于复杂多组分体系的分析检测也日益增多。
    亓云鹏等通过HPLC-DAD结合直观推导式演进特征投影法方法（HELP），对3种丹参酮的重叠色谱峰进行解析，并定量测定了中药丹参中3种丹参酮含量。Comas小组采用GRAM结合HPLC-DAD对海底沉积物中的多环芳烃化合物进行了定量分析。他们还把GRAM用于芳烃磺化物的HPLC-DAD定量分析中，实验表明GRAM可在干扰物存在下直接对待测物定量，同时解决了时间漂移问题，避免了多元校正中对待测物的繁琐费时的色谱分离。Comas等还采用HPLC-DAD测定了水样中低浓度的杀虫剂和酚类化合物，比较了GRAM、PARAFAC、多元曲线分辨-交替最小二乘（MCR–ALS）在处理基线漂移和谱峰重叠问题中所表现出来的优劣。Gross等人采用GRAM结合HPLC对一系列芳香族化合物进行测定，实验表明，通过增加一平行柱于色谱系统，可提高色谱分离的选择性和定量分析的精确度。
    Wu等通过采用HPLC-DAD结合交替三线性分解算法（ATLD）对四种氯代芳烃（氯苯，邻氯甲苯，邻二氯苯，对氯甲苯）进行了分析测定。他们还将此方法分别研究了苯二酚位置异构体、二甲基苯酚（DMP）5种同分异构体以及硝基苯类化合物这样的重叠色谱-光谱复杂体系。
Beltrán等利用HPLC结合PARAFAC测定了水样中的多环芳烃。Bezemer等人利用三维MCR-ALS结合LC-DAD（Diode Array Detection）研究了磺脲的水解动力学过程。Wiberg小组在化学计量学方法用于LC分析方面作了大量的工作，将PLS，PCA和PARAFAC计量学算法分别用于对麻醉药的HPLC-DAD数据处理，对于部分重叠甚至严重重叠的色谱峰，都能给出满意的分析结果。
   Bylund等采用经改进的correlation optimized warping(COW)算法对保留时间严重漂移的缩氨酸LC-MS数据进行预处理，并采用PARAFAC算法进行解析，得到了满意结果。Bjö1rkman等利用PCA结合LC-MS研究了老鼠尿液中的生物标记物，并通过PCA分析发现了老鼠体内的一些磷脂标记物。Rutan等还将稳态约束引入MCR-ALS研究LC-MS动力学数据,并将此方法用于两种CYP450同工酶的动力学过程研究。Sookie La等结合运用多变量模式识别（PR）和LC-MS，提出了一种预测药物诱导肝中毒的新方法。Zomer等基于药物的route/process specific impurities(RSI)，提出了衡量样品LC-MS相似度的一个新指标，从而建立了区分来自不同产地药物的新方法。Wang 等将LC-MS结合多元统计分析成功用于2型糖尿病中血浆磷脂代谢物的研究，此方法不但能区分2型糖尿病，还能识别潜在的生物标记物。Wagner等利用LC-MS研究了不同人群在适量和过量服用对乙酰氨基酚时的尿液代谢物，并运用PCA，PLS-DA（discriminant analysis）以及正交信号校正（OSC）分析了实验数据，得到了满意的分辨结果。

3. 化学计量学方法在二维色谱分析中的应用
   Bruckner等利用GRAM算法解析了GC×GC中的重叠色谱峰。Fraga等采用GC×GC结合计量学方法对飞机燃料中的芳香烃异构体进行了快速定量检测。Mispelaar将多元校正方法结合GC×GC定量分析了香水混合物中的目标物。Sinha等通过三线性计量学方法和GC-GC/TOFMS（时间飞行质谱）对色谱重叠的多组分环境样品进行了分析测定，接着他们在另一篇文章中又将TLD、PARAFAC算法结合GC×GC-TOFMS，用于丁基苯四种异构体的数据分析，表明TLD，PARAFAC在无需离子选择和峰形估计的情况下，能对样品中重叠组分给出满意结果。体现了TLD和PARAFAC算法在解析此类数据中的极大优势。Sinha 等采用化学计量学方法结合GC×GC-TOF-MS检测了婴儿尿液中的有机酸代谢物：先用DotMap算法定位感兴趣物质在实验数据中的区域，再利用PARAFAC解析得到其纯光谱和纯色谱，进而对感兴趣组分进行定量测定。Mohler等通过GC×GC-TOFMS对不同环境中生长的酵母菌的代谢物进行研究，并结合计量学方法（PCA和PARAFAC）解析实验数据，定量分析了各代谢物的含量。Fraga等将GRAM-PARAFAC用于LC×LC中的重叠色谱峰的解析，并给出了很好的定量结果。

结论：纵观近几年来化学计量学在色谱分析中应用发展状况,可以看出化学计量学方法能弥补色谱手段分离解析能力不足、增强色谱分离解析能力，为分析工作者开展对实际复杂多组分分析体系的直接快速定性定量分析的研究,解决复杂体系的实际分析难题，提供强有力武器。进一步扩大化学计量学在色谱分析中的应用将为色谱分析的发展开拓新的领域和前景。

关键词：化学计量学，色谱解析

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