药物分析学在与生物学、医学、化学等多学科的交叉融合过程中，逐步突破传统的“方法学科”、“眼睛学科”固有定位，不断探索从“服务支撑”向“创新引领”的战略转变。药物分析科学已不仅仅是药物质量检验的工具，在支撑药物源头发现、开发、临床评价及临床合理用药监测等药学与生命科学研究领域正发挥着日益重要的作用。

质谱分析技术因其高速，高灵敏度，信息量丰富且能与多种色谱技术在线联用的特点，在药学领域有着广泛的应用，包括药物开发^[1]、天然药物化学^[2]、药物分析^[3]等。随着质谱技术的快速发展，高分辨质谱（high-resolution mass spectrometry，HRMS）技术受到越来越多的关注。静电场轨道阱（Orbitrap）质谱是最新研发的高分辨质谱技术，由Makarov^[4]在Kingdon阱的基础上发明得到，并在2005年首次以商品化形式出现，即线性离子阱-Orbitrap（LTQ-Orbitrap）质谱仪^[5-6]。Orbitrap具有高分辨率[最高可达45万半峰全宽（FWHM）]，高质量精度（0.1×10^-6~1×10^-6），质量范围宽，动态范围广的优点，可提供大范围的定性和定量分析，并且克服了其他高分辨质谱如傅里叶变换离子回旋共振（FTICR）质谱、飞行时间（TOF）质谱的尺寸大，维护与操作复杂的缺点。不仅如此，Orbitrap质谱联用技术也得到了长足的发展，包括四极杆-Orbitrap（Q-Orbitrap）、LTQ-Orbitrap、Fusion三合一（Q-Orbitrap-LTQ）质谱等串联质谱技术，液相色谱-Orbitrap联用技术（LC-Orbitrap）以及气相色谱-Orbitrap联用技术（GC-Orbitrap）。Orbitrap已经为许多领域提供了强大的技术支持，包括蛋白质组学^[7]、代谢组学^[8]、脂质组学^[9]等高水平科学研究领域，以及农药残留检测^[10-11]、食品分析^[12-13]、药品分析^[14-15]、环境分析^[16-18]以及违禁药物检查^[19-20]等应用科学领域。

在药物分析研究中，定性分析需要质谱提供准确、可靠且丰富的化合物信息；定量分析需要质谱相对较高的灵敏度和扫描速度，可以对痕量组分进行分析，这就对质谱仪的性能提出了较高的要求。Orbitrap高分辨质谱技术因其特有的优势在药物分析研究中发挥日益重要的作用，本文就Orbitrap高分辨质谱技术近年来在药物分析领域的应用进行综述，包括药物代谢、中药组分分析、药品杂质检查及中成药非法添加筛查4个方面。

1 在药物代谢方面的应用

药物的体内过程包括吸收、分布、代谢、排泄等，其中药物代谢是指药物在人体内通过代谢器官（主要是肝脏），在多种药物代谢酶（主要是肝药酶）的作用下发生化学结构改变的过程。药物经过代谢后，药理活性会发生变化，产生疗效或毒副作用。因此，研究药物的代谢对于药物的安全性评价至关重要，并且通过研究药物代谢后的结构变化推测药物在体内的代谢路径，可以为发现新靶点及研发新药提供重要的信息。Orbitrap高分辨质谱可以在很宽的质量范围内生成全扫描数据，同时提供组分的定性和定量分析^[21]。此外，在各种生物基质（如血浆、血清，尿液等）中的药物代谢物分析需要复杂的前处理过程，而Orbitrap质谱对于复杂生物基质中的痕量分析物也可进行准确的分析，从而简化了样品前处理过程。基于这些优势，Orbitrap质谱已成为药物代谢研究中强有力的分析工具^[22-23]。

Maurer等利用Q-Orbitrap质谱仪分析尿液中心血管药物的代谢产物^[24]。应用其开发的方法共分析了63种药物，研究其在尿液中的母体药物和代谢产物。该方法已经用典型药物及其代谢物进行验证，回收率、基质效应、处理效率和检测下限都显示了可接受的结果。随后，Maurer等用同样方法研究血浆中药物的代谢产物^[25]。采用了简单沉淀或结合湍流（turbo flow）色谱在线提取的预处理方法，单次运行中对约700个相关化合物进行目标物筛选，同时伴随着未知化合物的数据依赖性采集（DDA）。对于只进行了简单沉淀处理的样品，也具有可靠，重现性好的结果。

采用质谱进行体内药物分析主要面临2个问题，首先，生物转化后药物代谢产物通常维持药物的母核结构，并具有近似或相等的相对分子质量。这就需要提供准确且丰富的数据以鉴定在生物基质中具有相似甚至相同相对分子质量的化合物。其次，应该提高质谱的选择性以便将目标分析物与背景干扰或内源性成分完全地区分开来。Li等采用高效液相色谱串联Q-Orbitrap质谱仪进行中药马钱子中马钱子生物碱的分离，并鉴别其血清中的代谢产物^[26]。实验筛选和分析了血清中的22种代谢物，根据一般代谢规律和二级质谱图的比较确定其中19个为Ⅰ相代谢产物，3个为Ⅱ相代谢产物。这进一步加深了对中药马钱子的体内代谢行为的理解，为马钱子毒性作用及其临床用药提供了宝贵信息。

药物代谢研究还包括药物在不同物种之间代谢差异的研究。Huang等利用LTQ-Orbitrap质谱分析硝唑尼特在不同物种之间的代谢差异^[27]。LTQ质谱提供代谢物在多级质谱（MSⁿ）模式下的详细的结构信息，而高分辨率的Orbitrap质量分析器通过对相应碎片的高分辨检测可以识别和确认结果。实验研究了硝唑尼特在大鼠、猪和鸡中的代谢产物。结果显示，乙酰化和葡萄糖醛酸化是大鼠和猪的主要代谢途径，乙酰化和硫酸化是鸡的主要代谢途径，这说明硝唑尼特的药物代谢具有种间差异。该研究证明了LTQ-Orbitrap质谱应用于尿液、血浆和粪便中的代谢物研究的优势，显示其应用于药物代谢研究的广阔前景。

2 在中药组分分析方面的应用

近年来中药受到全世界范围内越来越多的关注，并且其市场需求也不断扩大^[28]，中药领域因此呈现出蓬勃发展的状态。其中，中药的组分分析是中药质量评价和质量控制的核心内容，而中药复杂的多组分体系使得分析方法的开发十分困难。Orbitrap串联超高效液相色谱仪，分离效率高，扫描速度快，分辨率高，灵敏度高，可同时精确地采集母离子质核比和碎片离子质量数，实现单针进样即可高通量获取中药中的成百上千化合物的定性和定量信息，能够显著提高中药复杂体系中化学成分的快速分析鉴定能力。

Zhang等采用超高效液相色谱串联LTQ-Orbitrap质谱策略研究金银花中绿原酸系列成分。该策略特点在于分子设计，多离子监测（MIM），目标物数据库匹配与质谱树状图相似度过滤技术（MTSF）。该实验首次全面揭示了金银花中绿原酸系列成分，总共对18个大类的115个绿原酸进行了表征，为其质量控制和质量评价提供了科学依据^[29]。脑心通胶囊是一种广为应用的治疗心脑血管疾病的中药，Wang等采用超高效液相色谱联合线性离子阱-轨道阱串联质谱的方法对脑心通胶囊的化学成分进行快速和高通量筛选^[30]。在脑心通胶囊中共鉴定或初步表征了178个组分，其中21个黄酮类，18个菲醌类和22个萜类化合物，这为进一步阐明其药理活性奠定了基础。ZHANG等采用超高效液相色谱法结合LTQ-Orbitrap串联质谱技术测定地骨皮中酚类化合物的含量^[31]，总共鉴定出14个化合物的碎片，应用该方法分析从中国西北地区收集的8批样品，发现肉桂酸酰胺是地骨皮中酚酰胺类化合物的主要类型。

中药由于成分复杂，对于其真正起治疗作用的化学成分往往不够清晰。Cao等应用二维液相色谱串联LTQ-Orbitrap质谱对丹参中的酚酸和双萜类成分进行定性和定量分析^[32]。根据裂解机制和高分辨MSⁿ数据，共鉴定或初步表征了102个化合物，同时检测到丹参样品中的14个生物活性化合物，其中10个酚酸类和4个双萜类，这些成分是丹参发挥心血管疾病治疗作用的主要成分。

从中药中探索新的化学实体是筛选候选药物的重要来源。Dušek等采用Orbitrap高分辨质谱鉴定蛇麻花中具有潜在抗菌活性的化合物，通过数据库检索或根据二级质谱碎片进行结构解析共鉴定了56个具有潜在抗菌活性的酚类化合物^[33]。Pan等采用超高效液相色谱串联LTQ-Orbitrap质谱结合内部数据库的综合策略，对钩藤中的92个吲哚生物碱进行系统表征并发现56个新的潜在生物活性分子，进一步明确了钩藤治疗作用的物质基础^[34]。

Yang等提出离线全二维液相色谱耦联LTQ-Orbitrap质谱（2D LC/LTQ-Orbitrap MS）方法结合通用型数据挖掘策略，系统地表征红花中的喹诺查耳酮C-苷同系物（QCGs）^[35]。共表征了163个QCG同系物，其中149个是全新化合物。这大大扩展了对QCG结构多样性的了解，充分展示了离线全2D LC/LTQ-Orbitrap MS方法在分离和表征中药微量成分方面的性能。

3 在药品杂质检查方面的应用

药品杂质检查与药品安全性、有效性、一致性密切相关，因此，杂质检查是药品质量安全评价的重要环节。得益于其强大的定性和定量分析性能，Orbitrap HRMS技术可为原料药中杂质和药物降解产物研究提供强有力的支持。

Wang等采用柱切换和在线脱盐技术进行双梯度液相色谱（DGLC）结合Q-Orbitrap质谱法分离并鉴定替加环素的氧化降解产物^[36]。基于高分辨率MSⁿ数据来推导替加环素中6个氧化降解产物的结构，其中5个杂质是新杂质。由于这些杂质可导致替加环素抗菌活性降低和毒性的增加而影响临床效果，因此，这一方法为替加环素的质量安全评价提供了重要数据。

Zeng等开发了液相色谱串联Q-Orbitrap质谱方法来研究西尼地平光降解杂质的结构和光降解途径，分离并鉴定了5个西尼地平的新光降解杂质，发现并研究了西尼地平的2种不同光降解途径^[37]。Huber等采用超高效液相色谱串联紫外检测器和高分辨质谱检测器（UPLC-UV-LTQ-Orbitrap）对左旋甲状腺素的氧化降解杂质进行鉴定，利用时间分辨的高分辨质谱数据和自动数据处理的结合能够推断出单个化合物基础上杂质形成的动力学及其形成机制；通过比较降解曲线，总共识别了4个主要类型的甲状腺素降解杂质的产生路径^[38]。Pandeti等采用超高效液相色谱串联Orbitrap质谱仪对伊潘立酮降解杂质进行分离和鉴定，通过LC-MS/MS分析共鉴定了7种降解杂质，并发现在水解和氧化条件下，伊潘立酮是不稳定的^[39]。利用Orbitrap高分辨质谱技术进行杂质分析，可以为改进制剂的生产工艺以及调整储藏与运输环境提供重要信息，为药品杂质鉴定及质量控制提供有力保障。

4 在中成药非法添加筛查方面的应用

近年来，一些不法分子擅自在中成药中添加化学药品，给民众带来极大的用药安全隐患。在检验工作中，非法添加物质的筛查依赖先进的分离分析技术。液相色谱串联高分辨质谱技术不仅可以用来筛查已知的非法添加成分，还可以发现并鉴定复杂基质中的未知成分^[40-41]。利用质谱仪器如Q-TOF、LTQ-FTICR-MS和LTQ-Orbitrap，通过使用简单的方法就可以提供复杂基质中检测到的几乎所有化合物的HRMS和MSⁿ数据^[42]。采用液相色谱串联高分辨质谱技术，分离能力强，可以在短时间内产生大量的样品信息，大大提高了检验效率和准确率。

本实验室利用Q-Orbitrap HRMS在中成药非法添加领域开展了大量工作，先后对中成药中非法添加的磷酸二酯酶-5抑制剂^[43]、降糖药^[44]和糖皮质激素^[45]的筛查和鉴定进行了研究。其中，在非法添加磷酸二酯酶-5抑制剂的检测中，采用70 000的质量分辨率和窄质量窗口（5 ×10^-6），有效地提高了方法的选择性和分析物的信噪比，将该方法用于68批次中成药和20批次保健品的检测中，共有9批保健品检测到磷酸二酯酶-5抑制剂，包括西地那非和那红地那非^[43]；在非法添加降糖药的检测中，建立了同时筛查11种降糖药物非法添加筛查的Q-Orbitrap HRMS法，在63批次中成药和34批次保健品样本的检测中，共有7批保健品检测到降糖药，涉及二甲双胍、苯乙双胍和格列本脲等^[44]；在非法添加糖皮质激素的检测中，分析物响应与质量浓度（1.0~1 000 ng·mL^-1）呈良好的线性关系，回归系数（r²）大于0.999 0，所有分析物检测下限（LODs）为1.0 ng·mL^-1，在42批中成药中共有22批样品检测到醋酸泼尼松，其中1批样品同时检测到了泼尼松和醋酸氢化可的松^[45]。这证明了该新型Q-Orbitrap高分辨质谱的强大性能，在中成药非法添加的常规筛选中具有巨大的应用潜力。而且，Orbitrap质谱的高质量分辨率可以有效地屏蔽基质干扰，提供更加真实可信的结果，在以后的检验工作中可以更广泛地应用，使其为药品质量监督部门提供更可靠的技术支持。

5 结语与展望

Orbitrap质量分析器自开发以来，不断发展并推出了一系列新型联用技术。与普通低分辨质谱相比，Orbitrap质谱具有超高质谱分辨率和超高质量精度的优势，可以快速可靠地识别、定量和鉴定更多化合物；其全扫描能力可以自始至终捕获所有样品质谱数据，从而实现回顾性数据分析而无需再次扫描样品。近年来，该项技术在药物分析领域得到了较广泛的应用，并且在药物代谢、中药组分分析、药品杂质检查及中成药非法添加筛查等方面的检测研究中发挥着重要且不可替代的作用。Orbitrap技术的应用，使药物代谢物鉴定更加深入，中药组分分析和药品杂质研究更加透彻，中成药非法添加筛查的灵敏度、选择性和监测范围得到了大幅增强，促进了药物分析科学的飞速发展。Orbitrap对于复杂基质中目标物和非目标物检测均有良好效果，但是该技术还需要进一步提高其分析速度等技术参数。为了更好地利用Orbitrap提供的高分辨质谱进行化合物结构鉴定，还需要强大的辅助分析软件和丰富的化合物质谱数据库支持。随着技术的不断发展和完善，Orbitrap高分辨质谱的应用会朝着精准化、自动化、智能化的方向发展，Orbitrap技术在药物分析领域的应用前景也将更加广阔。