核酸适配体是通过指数富集配体系统进化(SELEX)技术获得的一段核糖核酸(RNA)或单链脱氧核糖核酸(ssDNA),可用于靶标的特异性识别。核酸适配体具有易于化学合成和修饰、高热稳定性、低毒性与低免疫原性等优势。小分子靶标的核酸适配体在新药研发、肿瘤治疗、疾病诊断、超快速灵敏检测、环境污染监测和毒品检测等领域具有广泛的应用前景。然而,小分子因结构简单、分子质量小且可供核酸结合的基团有限,导致靶向小分子的适配体结合不稳定,为适配体的筛选与传感器的开发带来了巨大挑战。高效的筛选技术是获取高性能适配体的关键,目前适用于小分子靶标的核酸适配体筛选技术主要分为3类:基于靶标固定的筛选技术、基于核酸库固定的筛选技术以及靶标非固定化的筛选技术。与其他两种筛选技术相比,靶标非固定化的筛选技术所需的筛选轮数更少且获得的适配体亲和力更高(通常在nmol/L水平)。本文总结了小分子靶标的非固定化核酸适配体筛选技术(包括氧化石墨烯(GO)-SELEX、毛细管电泳(CE)-SELEX和纳米金辅助(GNP)-SELEX )的原理、优缺点及应用进展。此外,本文总结了在适配体特异性评价中对照靶标的选择策略。

采用乙腈作为提取溶剂,结合超声波辅助萃取和SPE柱进行前处理,建立了超高效液相色谱-串联质谱测定动物源性食品中8种有机磷酸酯(OPEs)的检测方法。准确称取0.5 g样品,用5 mL乙腈超声萃取;冷冻离心后取上清液,用HMR-Lipid SPE柱进行净化,待测分析物经C₁₈色谱柱分离,在正离子模式下采集,2,2-二(氯甲基)-1,3-丙二醇双[双(2-氯乙基)磷酸酯]酯(V6)采用外标法定量,其他7种化合物(磷酸三乙酯(TEP)、磷酸三丙酯(TPrP)、磷酸三丁酯(TnBP)、磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)、磷酸三(2-氯丙基)酯(TCIPP)、磷酸三(1,3-二氯-2-丙基)酯(TDCIPP)和磷酸三苯酯(TPHP))采用内标法定量。结果表明,该方法线性相关系数r²≥0.9900;各物质检出限为0.01~0.87 μg/kg,定量限为0.02~2.62 μg/kg;在2、20、100 μg/kg 3个水平下进行加标回收试验,回收率为80.5%~117.8%; RSD≤14.8%(n=6)。按此方法分析了12种动物源性食品样品(草鱼、鲈鱼、小龙虾、牛乳、奶粉、酸奶、猪肉、牛肉、鸡肉、鸭肉、鸡蛋和鸭蛋),其中化合物TnBP和TCIPP的检出率为100%, TEP、TCEP、TPHP和TDCIPP的检出率高于50%, TPrP和V6未检出。本方法前处理操作简单,分析速度快,回收率和精密度较好,适用于多种动物源性食品中OPEs的快速分析检测。

基于超高效液相色谱-串联质谱法(UPLC-MS/MS),建立了人尿液中8-羟基脱氧鸟苷(8-OHdG)、8-羟基鸟苷(8-OHG)、羟基壬烯巯基尿酸(HNEMA)和双酪氨酸(diY)等4种氧化应激生物标志物的测定方法。用水将0.2 mL尿样稀释5倍后,样品经Oasis HLB柱进行富集净化;先用2%(体积分数)甲醇水溶液洗脱diY,再用甲醇洗脱8-OHdG、8-OHG和HNEMA,收集洗脱液后分别进样分析;以甲醇和0.05%(体积分数)乙酸水溶液作为流动相进行梯度洗脱,Acquity UPLC HSS T3色谱柱进行色谱分离。分别在正离子电喷雾(ESI⁺)和负离子电喷雾(ESI^-)多反应监测(MRM)模式下扫描化合物,同位素内标法定量。4种氧化应激生物标志物在0.01~100 μg/L范围内线性关系良好,相关系数均≥0.9998;检出限为7~18 ng/L,定量限为22~60 ng/L; 4种氧化应激标志物在低、中、高3个水平下的加标回收率分别为103.0%~105.6%(8-OHdG)、100.8%~104.2%(8-OHG)、97.2%~100.2%(diY)和96.9%~106.0%(HNEMA)。采用本方法测定40份尿液样本,结果表明8-OHdG、8-OHG、diY和HNEMA的检出率均为100%;检出质量浓度范围分别为0.52~14.40 μg/L、2.75~38.15 μg/L、8.92~82.28 μg/L和1.74~575.29 μg/L,中位值分别为2.89、12.36、37.66和96.92 μg/L。该方法操作简单,灵敏度高,精密度好,适用于开展人尿液中4种氧化应激生物标志物的测定。

麦角生物碱(EAs)是由麦角菌属(Claviceps)产生的一类真菌毒素,当人类摄入被EAs污染的谷物及其制品时,可能会遭受慢性或急性中毒,从而威胁身体健康。鉴于此,本文基于超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)建立了谷物及其制品中11种EAs的灵敏、快速测定方法。采用20 mL乙腈-200 mg/L碳酸铵溶液(80∶20, v/v)对谷物及其制品中的11种EAs进行提取,在10000 r/min下离心10 min,用通过式Captiva EMR-Lipid净化柱对上清液进行净化。采用ACQUITY UPLC HSS T3色谱柱(100 mm×3 mm, 1.8 μm)分离,以1 mmol/L乙酸铵溶液和乙腈为流动相进行梯度洗脱。在电喷雾电离(ESI)正离子模式下,采用多反应监测(MRM)模式采集数据,用基质匹配标准曲线进行外标法定量。方法学验证表明,11种EAs在各自的线性范围内具有良好的线性关系,相关系数(r²)为0.9933~0.9999,检出限为0.006~0.2 μg/kg,定量限为0.02~0.6 μg/kg。以小麦粉、薏苡仁、小麦粉制品和玉米粉为基质样品,在低、中、高3个加标水平下,11种EAs的回收率为80.1%~118%,相对标准偏差(RSD)为0.2%~13.3%。将所建方法用于市售谷物及其制品(240份小麦粉、80份玉米粉、30份大米、30份薏苡仁及146份小麦粉制品)中EAs的含量测定。结果表明,每种样品均有EAs检出,11种EAs的检出率为0.57%~20.3%。该方法具有简单、快速、准确等优势,适用于谷物及其制品中多种EAs的快速同时测定。

二维金属有机框架材料(2D-MOFs)具有易于衍生化、孔隙率高、活性位点充足等特点,目前,鲜有将2D-MOFs应用于色谱分离的研究报道,在气相色谱手性分离分析领域的报道更为罕见。本文通过表面活性剂辅助溶剂热法制备了2D-MOFs纳米片,即Co-BDC-NH₂,采用扫描电子显微镜、X射线粉末衍射对其进行表征。通过后修饰法分别将手性配体甘氨酰-L-天冬氨酸、甘氨酰-L-谷氨酸引入到Co-BDC-NH₂中,得到两种具有手性的2D-MOFs纳米片材料,采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、圆二色谱(CD)、热重分析(TGA)对其进行表征。将两种2D-MOFs纳米片材料用作气相色谱手性固定相,采用动态涂覆法分别将其涂覆到石英毛细管柱中,通过扫描电子显微镜分析,确定制备得到两根手性柱,并进行气相色谱分离测试。结果表明:两根色谱柱的理论塔板数各为3538和3108 N/m,柱效优良;两根柱子的麦氏常数依次为181与208,说明两种手性2D-MOFs纳米片是中等极性。两根色谱柱对位置异构体、外消旋化合物(尤其是氨基酸衍生物类)表现出较好的分离能力,其中,Co-BDC-NH₂-甘氨酰-L-天冬氨酸与Co-BDC-NH₂-甘氨酰-L-谷氨酸色谱柱分别对7种与8种外消旋化合物表现出手性识别能力。此外,Co-BDC-NH₂-甘氨酰-L-天冬氨酸色谱柱对正构烷烃混合物、正构醇混合物及Grob试剂也表现出较好的分离效果。本研究在2D-MOFs纳米片上引入了手性功能团,验证其作为气相色谱固定相的可行性,也拓展了其在手性分离分析领域的应用。

海洋在新污染物的环境迁移、转化过程中起到重要作用。海水中新污染物的准确定量是厘清其环境行为、评估其环境风险的基础。本研究采用液液萃取和固相萃取建立海水样品前处理方法,基于气相色谱-静电场轨道阱高分辨质谱(GC-Orbitrap-HRMS)测定海水中4类34种含氯持久性有机污染物(POPs)的定量分析方法,即:25种有机氯农药(OCPs)、6种多氯联苯(PCBs)同系物、短链氯化石蜡(SCCPs)和2种德克隆(DPs)同分异构体。通过优化液液萃取提取溶剂种类,选择二氯甲烷进行萃取。随之对固相萃取不同洗脱溶剂进行评价,最终使用体积比为9∶1的正己烷和丙酮混合溶剂进行洗脱。质谱采用电子轰击源(EI)(正离子模式)监测OCPs和PCBs目标化合物离子,采用负化学源(NCI)监测SCCPs和DPs,内标法定量。结果表明,所建立的方法具有较低的检出限,34种含氯POPs检出限为0.006~2.78 ng/L,定量限为0.02~11.12 ng/L;方法准确度和精密度通过测定目标化合物的加标回收率得到验证,低、中、高3个加标水平下的回收率为70.6%~128.9%,相对标准偏差(n=6)为0.2%~19.2%。通过实际海水样品分析显示,SCCPs的检出率和浓度水平最高,质量浓度最高为130.6 ng/L,需要持续重点关注。该方法前处理操作简便,灵敏度高,样品需求量少,适用于大批量海水样本中多种含氯POPs的痕量检测。

保留指数是在色谱分析中用于表征化合物保留性能的指标,是用于化合物结构鉴定的重要参数。化合物在不同极性固定相上的保留指数差异,使得当前基于单一极性固定相的保留指数预测模型无法有效应用于多种极性固定相的保留指数预测。因此,本研究建立了不同极性固定相上气相色谱保留指数预测模型,从文献中收集到2499种化合物在8种类型固定相上的保留指数数据共4183条,根据McReynolds常数进一步将固定相划分为强极性、极性、中等极性、弱极性与非极性五类,耦合化合物分子结构特征与固定相极性独热编码特征作为模型输入,采用9种算法构建了机器学习预测模型。基于模型性能最优的XGBoost和LightGBM算法,采用投票回归建立集成学习模型,其训练集决定系数(R²)为0.99,训练集均方根误差(RMSE)为101.85,测试集R²为0.97,测试集RMSE为107.44。采用Williams图表征模型的应用域,有94%以上的数据在应用域内。本研究综合固定相极性和化合物结构两类复合特征,成功开发了能够适应多种极性固定相的保留指数预测模型,克服了现有单一极性固定相模型的局限性,极大地拓宽了模型的应用范围。与个体机器学习模型相比,集成模型体现出了更好的稳健性和预测能力。模型的建立对于提高气相色谱靶标和非靶标分析的效率和准确性具有重要的科学意义和实际价值。

烟碱具有明显的神经药理学活性,对多种中枢神经系统疾病具有干预作用,然而烟碱入脑后对脑区内源性代谢物的影响尚不清楚。研究烟碱暴露后对小鼠脑内内源性代谢物的影响,可为阐明烟碱的多重生理学效应提供更加全面的物质基础。本文基于超高效液相色谱-串联质谱(UHPLC-MS/MS)及代谢组学分析方法,系统考察了烟碱多次暴露后对小鼠脑内内源性代谢产物的影响,并进一步采用质谱成像法,直观获取烟碱引发的差异性代谢物在不同脑区的分布及变化差异。实验结果如下:本研究共鉴定到759种代谢物,烟碱暴露后共筛选到575个显著差异性代谢物,其中434个代谢物下调,141个代谢物上调;通过京都基因和基因组数据库(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG)通路富集分析表明烟碱暴露后主要影响到脑内必需氨基酸代谢、脂质代谢、核苷酸代谢、碳水化合物代谢、辅因子和维生素代谢以及其他氨基酸代谢通路;进一步通过质谱成像法分析差异性代谢物在脑内的分布特征,结果表明烟碱暴露后全脑范围内胆碱、丝氨酸、天冬氨酸及苹果酸含量都被显著下调,皮层区域牛磺酸、海马区域乙酰基肉碱以及纹状体区域的腺苷类物质均被显著影响。这些结果为进一步揭示烟碱暴露对中枢神经系统的影响提供了新的实验依据。

不同成熟时期草莓中游离氨基酸的组成和含量测定对草莓的品质评价和营养研究具有重要意义。本研究建立了基于亲水相互作用的超高效液相色谱-串联质谱技术快速直接测定不同成熟阶段草莓中18种游离氨基酸的分析方法。将经过研磨后的草莓样品用水提取并通过离心和膜过滤后,进行液相色谱-串联质谱分析。采用ACQUITY UPLC Glycan BEH Amide亲水相互作用液相色谱柱(150 mm×2.1 mm, 1.7 μm),以含有5 mmol/L甲酸铵和0.1%甲酸的乙腈水溶液为流动相进行梯度洗脱。采用三重四极杆质谱仪,在电喷雾离子源正离子扫描模式下,以基质匹配标准曲线法对氨基酸定量分析。结果表明,该方法在0.5~40.0μmol/L范围内线性关系良好(r²≥0.992)。方法的日内精密度为1.0%~14.8%,日间精密度为3.6%~17.6%;检出限在50~250 nmol/L范围内。在3个添加水平下,草莓基质中样品加标回收率为75.0%~114.6%,相对标准偏差为0.3%~13.5%。将建立的定量分析方法用于5个不同成熟时期草莓中氨基酸含量的测定,经统计分析后共筛选出7种差异性游离氨基酸(苯丙氨酸、异亮氨酸、谷氨酰胺、4-氨基丁酸、精氨酸、谷氨酸和天冬氨酸)。该方法快速、准确,具有良好的重复性和稳定性,可对草莓中游离氨基酸组成进行定量检测。

设计了一种可用于脱除离子色谱(IC)系统淋洗液中CO₂的气液分离器(GLS)。首先将微孔中空纤维聚丙烯管(PP-T)内插到内径适配的聚四氟乙烯管(PTFE-T)中,形成双套管结构并缠绕成螺旋形;随后将PP-T和PTFE-T的两端分别固定于配备了三通接头的两个水平接口处,将再生液管路固定在配备了三通接头的垂直臂接口处。当碳酸根淋洗液从上游抑制器流入PP-T内部时,经抑制作用后的碳酸溶液会分解产生CO₂气体,这些气体随后通过PP-T逸出,并进入位于PP-T与PTFE-T之间环状空间内的流动吸收液中,从而实现CO₂的持续、有效脱除。实验优化了GLS的制作条件和操作条件,包括PP-T的长度、PTFE-T的内径、操作温度和吸收液的种类、浓度及流速等。实验结果表明,将40 mmol/L的KOH溶液作为吸收液时,在淋洗液流速为1 mL/min的情况下,CO₂的脱除效率可达98%以上;较高的操作温度有助于提高CO₂的脱除效率并降低基线噪声,本实验优化后的操作温度为40 ℃。将该GLS应用于碳酸根淋洗液的IC系统,在使用1.8 mmol/L K₂CO₃-3.2 mmol/L KHCO₃(1∶1, v/v)混合淋洗液时,背景电导信号从未使用GLS的41.6 mV降低至使用GLS后的5.5 mV;以150 μmol/L常见阴离子(F^-、Cl^-、 ${{\mathrm{NO}}_2}^{-}$、Br^-、 ${{\mathrm{NO}}_3}^{-}$、 ${{\mathrm{SO}}_4}^{2-}$)混合标准溶液为标样,使用GLS后的信噪比(SNR)得到了明显提升(6.0~11.8倍)。此外,该GLS还可用于脱除氢氧根淋洗液体系下大体积样品中的CO₂( ${{\mathrm{CO}}_3}^{2-}$的峰面积下降了约80%),降低样品中 ${{\mathrm{CO}}_3}^{2-}$对其他阴离子分离产生的干扰。

莠去津是三嗪类农药的代表,其不仅能干扰生物正常生理活动,还可通过诱发氧化应激对植物体造成明显的毒性作用。因此,莠去津的定量检测和毒性机理研究对保证食品安全和维持植物正常生长十分重要。本实验建立了一种QuEChERS和荧光衍生结合的策略,实现了实际样品中莠去津的快速灵敏定量检测。该策略具有选择性好、灵敏度高和操作简单的优点。此外,通过酶活性考察与分子对接探究了莠去津对过氧化氢酶活性的影响,实现了莠去津的毒性机理探究和分子层面验证。通过两部分工作的有机结合,回答了“为什么测”“怎么测”“原理是什么”的问题。本实验涉及样品前处理、光谱和分子对接的相关知识,使用的仪器在高校中普及程度较高,十分适合作为开放性实验进行实验教学。同时,本实验力图通过全方位实验操作、理论结合和应用研究,使学生充分了解分离材料、荧光衍生试剂的选择与应用、分析仪器的检测原理、酶的使用和分子对接相关原理及应用范围。该实验不仅有助于增强学生关注民生、注重分析化学理念和操作规范意识,还能指导学生初步掌握科学研究的思维方法并提升解决实际问题的综合能力。