《生物样品中有机物分析》课件

生物样品中有机物分析欢迎来到生物样品中有机物分析的精彩世界！本课程将带您深入了解在生物领域中分析化学的应用从样品采集到复杂的质谱分析，我们将一步步探索如何从生物样品中提取、分离、鉴定和定量有机物准备好与我们一起开启这段科学之旅了吗？课程简介分析化学在生物领域的应用生物分析的核心应用广泛技术前沿分析化学是生物研究和临床诊断中不可本课程将涵盖分析化学在生物领域的广我们将介绍最新的分析技术，如高分辨或缺的工具它能够帮助我们理解生物泛应用，包括药物分析、代谢组学、蛋率质谱、毛细管电泳质谱联用和高通量-过程、发现疾病标志物、评估药物效果白质组学、脂质组学和核酸分析筛选，以及它们在生物样品分析中的应以及监测环境污染用样品采集与保存确保分析结果的可靠性采集方法保存条件12样品采集是分析过程的第一步样品保存对于维持有机物的稳，正确的采集方法至关重要定性和完整性至关重要常见不同的生物样品需要不同的采的保存方法包括冷冻、加入稳集技术，例如血液需要静脉穿定剂和避光保存刺，尿液需要清洁中段尿质量控制3在样品采集和保存过程中，必须严格执行质量控制措施，例如使用经过验证的采集容器、记录采集时间和条件、避免交叉污染生物样品类型血液、尿液、组织等血液尿液血液是生物样品分析中最常用的尿液是一种非侵入性的样品类型类型之一，可用于检测药物浓度，可用于检测药物代谢产物、环、代谢物水平、蛋白质表达和基境污染物和代谢紊乱因突变组织组织样品通常用于研究疾病的病理机制、评估药物疗效和检测生物标志物组织样品需要经过特殊处理，如固定、包埋和切片样品预处理目的与方法概览去除干扰富集目标物稳定样品样品预处理的主要目的是去除样品中的干样品预处理还可以用于富集目标分析物，样品预处理还可以用于稳定样品，防止分扰物质，如蛋白质、脂类和盐类，以提高提高其浓度，使其更容易被检测到析物在分析过程中降解或改变分析的灵敏度和准确性样品预处理方法蛋白质去除沉淀法1使用有机溶剂或盐类沉淀蛋白质，然后通过离心或过滤去除超滤法2利用超滤膜分离蛋白质和其他小分子，适用于去除高分子量蛋白质固相萃取法3使用固相萃取柱选择性吸附和洗脱目标分析物，同时去除蛋白质样品预处理方法液液萃取选择溶剂选择与目标分析物具有良好溶解性，但与干扰物质不混溶的溶剂混合萃取将样品与溶剂混合，使目标分析物转移到溶剂相中分离相静置或离心分离溶剂相和水相收集浓缩收集溶剂相，蒸发或吹氮浓缩样品预处理方法固相萃取（）SPE活化上样1用溶剂活化柱，去除杂质将样品加载到柱上SPE SPE2洗脱清洗43用溶剂洗脱目标分析物用溶剂清洗柱，去除干扰物质SPE样品预处理方法超滤样品准备1预处理样品，去除大颗粒超滤2通过超滤膜分离大分子和小分子收集滤液3收集含有目标分析物的滤液样品预处理方法微波消解样品加入1将样品加入消解罐中加入试剂2加入酸等试剂微波消解3在微波炉中加热消解样品预处理方法加速溶剂萃取（）ASE加速溶剂萃取（ASE）是一种快速高效的样品预处理方法它利用高温和高压加速溶剂对样品的萃取，缩短萃取时间，提高萃取效率常用于从固体样品中提取有机污染物气相色谱（）原理GC气相色谱（）是一种分离和分析挥发性有机化合物的技术样品被汽化后，通过色谱柱，根据组分与固定相的相互作用力不同而分GC离分离后的组分依次通过检测器，产生信号，用于定性和定量分析柱的选择固定相与极性GC固定相极性常用固定相柱长和内径柱的选择取决于目标分析物的极性常用的固定相包括聚硅氧烷、聚乙二柱长和内径也会影响分离效果柱长越GC GC对于极性化合物，应选择极性固定相；醇和手性固定相长，分离度越高；内径越小，分离度越对于非极性化合物，应选择非极性固定高，但样品容量越小相检测器火焰离子化检测GC器（）FID工作原理优点12是一种通用型检测器，适具有灵敏度高、响应范围FID FID用于检测含有碳氢键的有机化宽、稳定性好等优点合物样品在氢火焰中燃烧，产生离子，离子被收集并测量电流缺点3不能检测不含碳氢键的化合物，如水、二氧化碳和氮气FID检测器电子捕获检测器GC（）ECD工作原理应用对含有卤素、硝基等电负性常用于检测农药、多氯联苯ECD ECD基团的化合物具有高灵敏度检等环境污染物测器内有放射源，发射电子，电负性化合物捕获电子，导致电流下降注意事项需要使用高纯度的载气，并定期维护ECD检测器质谱检测器（GC）MS离子源质量分析器检测器将样品分子电离成离子根据离子的质荷比分离检测离子，并将离子信离子号转换为电信号液相色谱（）原理LC流动相1流动相携带样品通过色谱柱固定相2固定相与样品组分发生相互作用，实现分离检测器3检测分离后的组分，产生信号柱的选择反相色谱、正相色谱LC反相色谱正相色谱固定相为非极性，流动相为极性适用于分离非极性或弱极性固定相为极性，流动相为非极性适用于分离极性化合物化合物检测器紫外可见光检测器（）LC-UV-Vis优点2通用性好，操作简单，价格低廉工作原理1基于样品对紫外可见光的吸收样品-通过检测器时，吸收特定波长的光，导致光强度下降缺点灵敏度较低，选择性较差3检测器荧光检测器LC工作原理1样品被激发光照射后，发出荧光，荧光强度与样品浓度成正比优点2灵敏度高，选择性好缺点3只有少数化合物具有荧光特性检测器电化学检测器LC工作原理1基于样品在电极上的氧化还原反应测量电流或电位变化，用于定量分析应用2适用于检测具有电化学活性的化合物，如神经递质、抗氧化剂检测器质谱检测器（）LC MS单级质谱串联质谱质谱检测器是液相色谱中常用的检测器，能够提供样品的分子量和结构信息与紫外检测器相比，质谱检测器具有更高的灵敏度和选择性常用于复杂生物样品中有机物的定性和定量分析气相色谱质谱联用（）-GC-MS气相色谱质谱联用（）是一种强大的分析技术，结合了气相色谱的高分离能力和质谱的高灵敏度和定性能力样品首先通过-GC-MS气相色谱分离，然后进入质谱进行检测质谱能够提供样品的分子量和结构信息，用于化合物的鉴定和定量定性分析方法GC-MS谱库检索分子离子峰碎片离子峰将样品的质谱图与谱库中的标准谱图进根据分子离子峰的质荷比确定化合物的根据碎片离子峰的质荷比推断化合物的行比较，鉴定化合物分子量结构定量分析方法GC-MS内标法外标法12加入已知量的内标物，根据目使用一系列已知浓度的标准溶标分析物与内标物的响应比进液建立校准曲线，根据样品的行定量响应值计算浓度同位素稀释法3加入同位素标记的目标分析物，根据同位素比进行定量液相色谱质谱联用（-LC-）MS特点应用液相色谱质谱联用（）广泛应用于药物分析、代谢组学-LC-MS是一种结合了液相色谱和质谱的、蛋白质组学等领域分析技术适用于分析热不稳定、难挥发的有机化合物优势具有高灵敏度、高选择性和高通量等优点离子源技术（LC-MS ESI,）APCIESI APCI电喷雾离子源（）适用于分析极大气压化学电离源（）适用于ESI APCI性化合物，如蛋白质、肽和药物分析非极性或弱极性化合物，如脂类和多环芳烃串联质谱（LC-MS）MS/MS一级质谱1选择目标离子碰撞诱导解离2将目标离子碰撞气体分子，使其碎裂二级质谱3分析碎片离子定量分析方法LC-MS内标法加入已知量的内标物，根据目标分析物与内标物的响应比进行定量外标法使用一系列已知浓度的标准溶液建立校准曲线，根据样品的响应值计算浓度同位素稀释法加入同位素标记的目标分析物，根据同位素比进行定量毛细管电泳（）原理CE分离2样品组分在电场中根据电荷和尺寸的不同而分离电渗流1在电场作用下，缓冲溶液产生电渗流检测3检测分离后的组分分离模式（区带电泳、胶束电动色谱）CE区带电泳1基于样品组分的电荷差异进行分离胶束电动色谱2利用胶束与样品组分的相互作用进行分离检测器紫外吸收、荧光检测CE紫外吸收检测1基于样品对紫外光的吸收荧光检测2基于样品发出的荧光联用技术CE-MS毛细管电泳-质谱联用（CE-MS）是一种结合了毛细管电泳和质谱的分析技术CE-MS具有高分离效率、高灵敏度和快速分析等优点，适用于分析复杂生物样品中的有机物生物样品中有机污染物分析农药残留农药残留是指在生物样品中残留的农药农药残留对人体健康和环境安全构成威胁气相色谱质谱联用（）和液相色谱质谱-GC-MS-联用（）是分析农药残留的常用技术通过这些技术，可以检测和定量生物样品中的各种农药残留，保障食品安全和环境健康LC-MS生物样品中有机污染物分析多环芳烃（）PAHs来源危害分析方法多环芳烃（）是一类常见的环境污具有致癌、致畸和致突变等毒性是分析的常用方法PAHs PAHsGC-MS PAHs染物，主要来源于化石燃料燃烧、工业生产和垃圾焚烧生物样品中有机污染物分析内分泌干扰物定义来源12内分泌干扰物是指能够干扰内内分泌干扰物广泛存在于环境分泌系统功能的化学物质中，如农药、塑料制品和个人护理产品危害3内分泌干扰物能够影响生殖、发育和免疫等功能生物样品中药物分析药物代谢动力学吸收药物从给药部位进入血液循环的过程分布药物从血液循环分布到各个组织器官的过程代谢药物在体内发生的化学转化过程排泄药物从体内排出的过程生物样品中药物分析治疗药物监测（）TDM个体化用药监测药物浓度根据患者的个体差异，调整药物剂量通过监测生物样品中的药物浓度，评，以达到最佳疗效估药物的疗效和毒性生物样品中代谢物分析代谢组学定义1代谢组学是对生物体内所有代谢物进行全面分析的学科目标2揭示生物体的代谢状态，发现疾病标志物，评估药物疗效应用3广泛应用于疾病诊断、药物研发、食品安全等领域代谢组学样品制备流程样品采集采集血液、尿液、组织等样品样品预处理去除蛋白质、脂类等干扰物质衍生化将代谢物转化为易于气相色谱或液相色谱分析的衍生物代谢组学数据分析方法数据预处理数据标准化1去除噪声、校正基线消除样品间的差异2生物信息学分析统计分析43将差异代谢物与代谢通路联系起来发现差异代谢物蛋白质组学样品制备与蛋白质提取细胞裂解1破坏细胞膜，释放蛋白质蛋白质沉淀2去除干扰物质蛋白质溶解3将蛋白质溶解在缓冲溶液中蛋白质组学蛋白质酶解选择酶1选择合适的酶，如胰蛋白酶酶解反应2将蛋白质酶解成肽段终止反应3终止酶解反应蛋白质组学肽段分离与富集反相色谱离子交换色谱肽段分离与富集是蛋白质组学研究中的关键步骤常用的方法包括反相色谱和离子交换色谱这些方法能够将复杂的肽段混合物分离成不同的组分，提高质谱分析的灵敏度和准确性蛋白质组学质谱分析质谱分析是蛋白质组学研究的核心技术通过质谱分析，可以鉴定蛋白质的种类、数量和修饰状态高分辨率质谱能够提供精确的质量信息，用于蛋白质的鉴定和定量串联质谱能够提供蛋白质的序列信息，用于蛋白质的鉴定和修饰分析脂质组学脂质提取与分离脂质提取脂质分离使用有机溶剂提取生物样品中的脂质使用色谱技术分离不同种类的脂质脂质组学质谱分析脂质鉴定1根据质荷比和碎片离子信息鉴定脂质种类脂质定量2根据离子强度定量脂质含量核酸分析提取DNA/RNA细胞裂解核酸纯化破坏细胞膜，释放核酸去除蛋白质、脂类等干扰物质核酸溶解将核酸溶解在缓冲溶液中核酸分析扩增PCR变性退火延伸将双链解链为单链引物与单链结合聚合酶合成新的DNA DNA DNA链DNADNA核酸分析基因测序样品准备1准备待测序的样品DNA测序反应2进行测序反应数据分析3分析测序数据，确定序列DNA生物标志物发现定义与重要性定义生物标志物是指能够客观测量和评估生物体正常或病理状态的指标重要性生物标志物在疾病诊断、预后评估、药物研发和个性化治疗中具有重要作用生物标志物筛选方法与流程样品收集数据分析1收集健康人和患者的生物样品分析生物样品中的各种指标2验证统计分析43验证候选生物标志物的可靠性比较健康人和患者的差异指标生物样品分析的质量控制标准品与质控样标准品1已知浓度的纯化合物，用于校准仪器和定量分析质控样2已知浓度的样品，用于评估分析方法的准确度和精密度方法验证准确度、精密度、灵敏度准确度1测量值与真实值的接近程度精密度2多次测量值之间的一致程度灵敏度3检测器能够区分样品中微量分析物的能力数据处理与统计分析基本概念数据处理与统计分析是生物样品分析中不可或缺的步骤通过数据处理，可以去除噪声、校正基线和标准化数据通过统计分析，可以发现差异指标、建立预测模型和评估分析方法的可靠性数据处理与统计分析常用软件介绍常用的数据处理与统计分析软件包括一种开源的统计分析软件，具有强大的统计分析和绘图功能

1.R一种商业统计分析软件，操作简单，功能强大

2.SPSS一种商业数学软件，具有强大的数据处理和建模功能

3.MATLAB一种专门用于代谢组学数据分析的在线工具

4.MetaboAnalyst案例分析临床诊断中的应用疾病诊断预后评估疗效评估通过检测生物样品中的生物标志物，辅通过检测生物样品中的生物标志物，评通过检测生物样品中的药物浓度和代谢助疾病诊断估疾病的预后物水平，评估药物的疗效案例分析环境监测中的应用污染物检测1检测水、土壤和空气中的有机污染物风险评估2评估有机污染物对人体健康和环境安全的风险案例分析食品安全检测中的应用农药残留检测兽药残留检测检测食品中的农药残留检测食品中的兽药残留食品添加剂检测检测食品中的食品添加剂发展趋势高通量分析技术自动化微型化多重分析自动化样品处理和数据减少样品用量和试剂消同时分析多种指标分析耗。