《Toxins》：Recent Advances in the Enantiomeric Separation of Tropane Alkaloids by Liquid Chromatography: Analytical Strategies and Applications in Pharmaceutical, Biological, and Food Samples
本综述考察了托烷生物碱（tropane alkaloids，TAs）对映体分离的最新进展，重点关注阿托品（atropine）——即（+）-和（?）-莨菪碱（hyoscyamine）的外消旋混合物，其两种对映体的药理活性存在显著差异，其中（?）-莨菪碱是效力更强的抗毒蕈碱（antimuscarinic）药物。因此，对映体纯度及外消旋化控制对于药物制剂、生物样品和食品至关重要，在这些领域中，托烷生物碱因其毒理学效应而被列为受监管的污染物。本综述涵盖了2010年至2026年间报道的分析策略，重点为高效液相色谱（high-performance liquid chromatography，HPLC），通常与串联质谱（tandem mass spectrometry，MS/MS）联用以提高灵敏度和选择性。基于多糖的手性固定相（chiral stationary phases，CSPs）在正相或极性有机模式下运行，通常添加胺类添加剂，是应用最为广泛的方法。基于蛋白质、环糊精和抗生素的手性选择剂也已被证明能够成功实现对映体拆分。对于食品基质，样品前处理尤为具有挑战性，需要在防止对映体外消旋化的同时实现高效提取和净化。已报道的策略包括固相萃取（solid-phase extraction，SPE）、基质固相分散（matrix solid-phase dispersion，MSPD）和QuEChERS方案。尽管分析技术取得了显著进展，托烷生物碱在食品中的手性分析仍未被充分探索。近期研究报道了草药浸剂中（?）-莨菪碱浓度超过监管限值，这凸显了进一步研究的必要性，以支持欧洲食品安全局（European Food Safety Authority，EFSA）的建议并改进消费者风险评估。
1. 引言
手性是分子中原子三维排列产生的基本立体化学性质，导致物体与其镜像不可重叠。手性分子以两种不可重叠的镜像形式存在，即对映体。对映体在非手性环境中具有相同的理化性质，但与手性实体（包括生物受体、酶和转运蛋白）的相互作用不同。它们还表现出光学活性，使平面偏振光向相反方向旋转等量。相应地，对映体根据旋转方向为顺时针或逆时针而被指定为右旋（+）或左旋（?）。当两种对映体以等比例存在时，形成外消旋混合物，记为（±）。外消旋体无光学活性，因为两种对映体的相反旋光相互抵消。
手性的重要性在药物、生物和食品相关化合物中尤为突出。对映体之间的差异可能对疗效、安全性和风险评估产生重要影响。在药物应用中，立体化学可能显著影响药效学性质和药代动力学行为，包括吸收、分布、代谢和排泄。因此，一种对映体可能负责所需的治疗活性，而其对应体可能表现出较低的效力或不同的生物学效应，或导致不良反应。在手性药物中，优映体（eutomer）负责所需的药理效应，而劣映体（distomer）可能表现出较低活性或导致不良反应。因此，手性是药物开发中的关键考量因素，因为对映体在功效、代谢和安全性方面可能存在显著差异。沙利度胺悲剧仍然是对药物化合物进行彻底立体化学评价的标志性案例。
在制药领域之外，手性在食品工业中也高度相关，它影响众多化合物的感官、营养和生物学特性。对映体组成的差异可影响香气、风味和消费者感知，柠檬烯（limonene）即为示例，其对映体表现出不同的柑橘香气特征。同样，某些食品添加剂和甜味剂的立体化学构型可决定其感官特性。
手性的相关性进一步延伸至植物界，许多生物活性分子具有一个或多个立体中心。植物产生多种多样的次生代谢产物，虽然不直接参与初级代谢，但在防御、通讯和生态相互作用中发挥重要作用。这些化合物包括色素、萜烯、异戊二烯类和生物碱，后者是植物来源生物活性分子中最大且结构最多样化的类别之一。由于其广泛的生物活性和毒理学效应，生物碱在制药、毒理学和食品领域引起了相当大的关注。
生物碱是一类多样的含氮化合物，通常特征在于杂环结构内存在一个或多个氮原子。虽然它们存在于广泛的生物体中，包括细菌、真菌和动物，但它们构成了植物次生代谢产物中最大的类别之一，迄今已描述超过21,000种结构。在植物中，生物碱主要参与防御草食动物、病原体和其他环境胁迫因素，尽管它们也促进生长、发育和生态相互作用。由于其广泛的生物活性，许多生物碱具有重要的药物应用，包括解痉剂如阿托品、镇痛剂如吗啡和可待因，以及抗癌化合物如长春碱。许多生物碱通过与神经递质系统和其他生物靶标的相互作用发挥其效应，导致广泛的药理学和毒理学反应。在许多情况下，这些活性受分子立体化学的强烈影响，因为立体中心的空间排列决定了与生物受体的结合亲和力和选择性。在生物碱家族中，手性发挥特别重要作用的是托烷生物碱（TAs），由于立体化学对其药理活性和毒理学效应的显著影响而特别受关注。
鉴于托烷生物碱在制药、生物和食品相关领域日益增长的相关性，以及立体化学在决定其生物学和毒理学特性中的重要作用，对映体分离和测定的可靠方法的需求日益增加。因此，本综述全面概述了托烷生物碱的手性分析，特别强调基于液相色谱的对映体分离策略、手性固定相（CSPs）以及应用于药物、生物和食品基质的样品前处理方法。特别关注基于CSP策略的演变和应用、这些方法在真实基质中的性能，以及样品前处理过程中对映体完整性的保持。为此，对2010年至2026年间发表的文献进行了批判性综述，以总结该领域当前的进展和未来的挑战。
2. 手性托烷生物碱：药理学与食品意义
托烷生物碱构成一类重要的植物生物碱，其特征在于存在托烷环，根据IUPAC命名法正式命名为（1R,5S）-8-甲基-8-氮杂双环[3.2.1]辛烷。这些化合物是多种植物科产生的次生代谢产物，包括十字花科、旋花科、古柯科、大戟科、山龙眼科、红树科和茄科，植物界中已鉴定出200多种化合物。其中，茄科因其托烷生物碱的丰富性、多样性和生物活性而尤为重要，许多托烷生物碱通过托烷衍生的醇和酸的酯化形成。
许多托烷生物碱，特别是茄科中发现的那些，具有一个或多个立体中心，因此可能以不同的立体异构形式存在。其立体化学组成可影响药理活性、毒性、生物合成和分析行为。因此，托烷生物碱对映体的表征不仅与药物分析相关，也与毒理学评估和食品安全相关，特别是对于作为植物源性食品中天然污染物出现的托烷生物碱。
本综述所考虑的主要手性托烷生物碱包括莨菪碱对映体或阿托品（对应于外消旋形式的（±）-莨菪碱）和东莨菪碱（scopolamine），它们因在产托烷生物碱植物中的存在及其在药物应用和食品污染中的重要性而特别相关。其他化合物，如后马托品（homatropine）、山莨菪碱（anisodamine）和 Littorine，提供了手性托烷生物碱结构和立体化学多样性的额外示例，并说明了与其对映体或立体异构体测定相关的不同分析挑战。
其中，阿托品和东莨菪碱从食品安全角度尤为重要，因为它们在产托烷生物碱植物中广泛存在，并经常参与污染事件。谷物、豆类、伪谷物、草药浸剂和衍生食品可能通过意外共收获曼陀罗属、颠茄属和天仙子属等属的植物而受到污染。由于植物生物合成主要产生天然存在的（?）-莨菪碱和（?）-东莨菪碱对映体，其对映体组成的测定可能提供超出总托烷生物碱浓度的信息。特别是，偏离预期的天然对映体组成可能表明加工、储存或样品制备过程中发生的变化，尽管这些变化应与水解等其他化学转化区分开来。
从分析角度来看，这些立体化学组成和生物学相关性的差异凸显了对能够解析药物、生物和食品基质中托烷生物碱对映体或立体异构体的选择性方法的需求。
3. 液相色谱托烷生物碱对映体分离策略
3.1 文献检索策略
2026年1月在ScienceDirect进行了聚焦文献检索，以识别2010年至2026年间发表的涉及托烷生物碱手性分离或对映选择性测定的研究。检索将"托烷生物碱"与"手性"或"对映体分离"结合，并包含单个托烷生物碱名称与"手性"及相关对映选择性术语的组合。检索限于英文研究文章。通过标题和摘要手动筛选记录，适当时进行全文评估。纳入标准为报告至少一种托烷生物碱的手性分离或对映选择性测定，并提供足够信息以识别分析技术及其应用，特别强调药物产品、生物样品和食品。排除标准为未涉及托烷生物碱对映体分离或对映选择性测定、超出指定发表期限或非研究文章的研究。
筛选后，29项独特研究纳入托烷生物碱特定数据集。13项研究采用基于HPLC的方法，而16项使用其他分析技术，包括薄层色谱（TLC）、气相色谱（GC）、毛细管电泳（CE）和超临界流体色谱（SFC）。HPLC因此占识别研究的44.8%，其他技术占55.2%。HPLC研究根据检测系统进一步分类。由于一些研究在方法开发和最终应用中使用了多个检测系统，所得类别并非互斥。共识别出14种HPLC分析配置：HPLC-UV（n=1）、HPLC-UV-Vis（n=3）、HPLC-DAD（n=4）、HPLC-UV-MS/MS（n=1）和HPLC-MS/MS（n=5）。
基于HPLC的对映体分离是托烷生物碱特定文献中最常用的色谱平台；因此，本节讨论聚焦于HPLC方法及其分析性能。识别的研究从CSP化学、色谱模式、流动相组成和添加剂、检测策略、分析性能、基质应用以及与质谱检测的兼容性等方面进行了考察。
手性分离可使用直接方法进行。直接对映体分离依赖于对映体与手性选择剂之间的差异相互作用，选择剂掺入流动相中，或更常见地作为CSP掺入固定相中。这些研究中代表的CSP家族包括多糖衍生物、环糊精（CD）、大环糖肽/抗生素、蛋白质以及合成或新兴选择剂。
手性识别不仅由CSP身份决定。取决于选择剂和色谱条件，氢键、π–π相互作用、偶极–偶极相互作用、疏水或包合相互作用、离子相互作用和空间互补性可能有助于形成瞬时非对映体复合物。因此，当溶剂、添加剂、pH、离子强度或温度改变时，同一CSP可能表现出显著不同的选择性。这些因素对于托烷生物碱等碱性分析物特别相关，因为流动相组成和添加剂可影响保留、峰形、对映体分离度和与MS检测的兼容性。
3.2 基于多糖的CSPs
多糖衍生的CSP是托烷生物碱特定HPLC文献中代表性最广的家族。其广泛适用性反映了纤维素和直链淀粉衍生选择剂建立多种立体选择性相互作用的能力，但报道的结果表明，选择性高度依赖于确切的选择剂和色谱环境，而非仅依赖于聚合物类别。
Peng等人证明多糖固定相可在反相（RP）模式下运行并与HPLC-MS/MS兼容。阿托品和后马托品在Lux Cellulose-1上使用不同的MeOH基条件分别实现了1.5和4.4的分离度。虽然这些结果表明两种化合物可使用同一CSP分离，但显著不同的分离度凸显了分析物特异性优化的重要性。
在正相（NP）条件下，Li等人使用Chiralpak ID获得阿托品Rs为3.98、后马托品甲基溴化物Rs为1.80，而东莨菪碱未被对映体分离。对于阿托品，流动相包含Hex/EtOH/DEA/FA（60:40:0.1:0.1，v/v/v/v），而后马托品需要Hex/1-i-PrOH/DEA（85:15:0.1，v/v/v）。这些发现表明醇改性和添加剂体系都必须适应分析物。东莨菪碱分离失败也证明一种托烷生物碱的成功分离不能保证结构相关化合物的等效性能。Marín-Sáez等人比较了Chirobiotic V与Chiralpak AY3用于莨菪碱的对映体分离，发现基于多糖的AY3提供了更合适的分离。Wu等人进一步证明了基于纤维素的CSP适用于合成山莨菪碱四种立体异构体的制备级分离。
最近，Vera-Baquero等人对三种基于多糖的CSP，即Chiralpak AD-H、Chiralpak AY-3和Lux Cellulose-1，在NP、RP和极性有机（PO）条件下对莨菪碱的对映体分离进行了系统比较。在优化阶段，使用含0.1% DEA的EtOH在PO条件下使用Chiralpak AY-3获得了最佳色谱性能，对映体分离度约为4.30。然而，最终方法随后通过将DEA浓度降至0.05%以适应HPLC-MS/MS，以最小化ESI(+)响应抑制，同时保持足够的对映体分离（Rs=1.59）。该示例强调提供最高色谱分离度的条件不一定是完整分析工作流程的最佳条件，特别是在需要MS兼容性和灵敏度时。
总体而言，基于多糖的CSP为托烷生物碱提供了最广泛的已证明色谱选项，包括NP、RP和PO模式。证据支持使用醇改性剂，并在适当时使用胺类添加剂来优化这些碱性分析物的分离。然而，流动相必须针对每种托烷生物碱和预期检测系统进行定制，特别是在需要HPLC-MS/MS时。
3.3 基于环糊精的CSPs
基于CD的CSP提供了结合CD空腔内主客体包合与次级相互作用的识别环境，包括氢键、偶极–偶极相互作用、π–π相互作用和空间互补性。这些相互作用的相对贡献取决于CD衍生物和流动相，流动相可能与分析物包合竞争或改变相互作用环境。
这些CSP在托烷生物碱分析中的应用主要集中在功能化β-CD衍生物上。Wang等人开发了一种通过点击化学固定的全苯基氨基甲酰化β-CD CSP。使用MeOH/1% TEAA缓冲液pH 6.5（50:50，v/v），该柱以Rs为2.89、选择性因子（α）为1.63以及保留因子k′1=0.74和k′2=1.21分离了阿托品。这些结果表明在报道条件下具有可测量的对映选择性和中等保留。
Zhao等人随后开发了一种结合天然β-CD和全苯基氨基甲酰化β-CD的双层CSP。使用含1% TEAA pH 6.25的MeOH/水（30:70，v/v），阿托品实现了Rs为1.72和α为1.48。选择性因子因此低于Wang等人报道的值。虽然双层架构引入了额外的潜在识别位点，但在报道条件下并未提供更高的分离度。然而，由于CSP结构和流动相组成在研究间不同，这种比较应谨慎解读。
Hellinghausen等人还评估了羟丙基-β-CD表面多孔相（CDShell-RSP），其为后马托品提供了Rs为2.2。该结果支持CD基固定相为特定托烷生物碱提供互补选择性的潜力。然而，现有研究未确定该CSP家族的普遍最佳流动相组成，也未证明在真实食品基质中的广泛验证。
总体而言，CD基CSP为托烷生物碱对映体分离提供了互补的识别机制。报道的结果表明，CD边缘的功能化和有机改性剂的比例可影响选择性，但更大的结构复杂性不一定改善分离度。其性能应结合分离度和选择性而非仅保留来评估。
3.4 大环抗生素/糖肽CSPs
大环糖肽或抗生素CSP，包括万古霉素基固定相，提供多个潜在识别位点，可结合离子、氢键、疏水、π–π和空间相互作用。在托烷生物碱文献中，Jandri?等人使用Chirobiotic V进行食品和饲料基质中多种托烷生物碱的HPLC-MS/MS分析。虽然该方法实现了低LOQ，但未获得完全的对映体分离。其分析灵敏度不应被解读为对映体特异性定量能力的证据。
Hellinghausen等人对大环糖肽CSP进行了比较评估。NicoShell对阿托品实现了Rs为1.7、对后马托品为3.1，而VancoShell对后马托品实现了Rs为1.5。这些结果之间的差异表明大环CSP的性能取决于特定选择剂和分析物。由于未报道这些托烷生物碱分离的选择性和保留因子，观察到的分离度差异不能单独归因于相对保留。与使用某些多糖和CD相获得的最佳分离度相比，大环CSP在综述文献中的主要贡献在于其互补选择性和对MS导向工作流程的适用性。其对对映体特异性定量的适用性必须为每种方法建立，特别是在未证明完全分离时。
3.5 基于蛋白质的CSPs
基于蛋白质的CSP，特别是含α1-酸性糖蛋白（AGP）的那些，提供手性三维结合环境，通常使用水性缓冲流动相操作。对于托烷生物碱等碱性分析物，离子、氢键、疏水和范德华相互作用可能有助于保留和立体选择性。
Zaazaa等人报告了在Chiral AGP柱上使用含100 mM磷酸钠和42.8 mM TEA pH 7的流动相结合ACN（90:10，v/v），莨菪碱硫酸盐的Rs约为1.60。报道的莨菪碱和佐匹克隆选择性因子分别为1.29和1.47。这些结果表明可测量的手性区分，尽管莨菪碱对映体的分离度比某些多糖基CSP报道的最高值更有限。
John等人使用两个AGP柱耦合HPLC-ESI-MS/MS进行人血浆中莨菪碱的对映体特异性分析。该方法使用甲酸铵pH 8与ACN，需要50分钟的色谱运行。由于在综述可用信息中未报道数值Rs和选择性因子，该分离无法与可获得这些参数的方法进行定量比较。然而，该研究说明了基于蛋白质的CSP在生物基质中与MS/MS检测的整合。
综述证据表明AGP固定相可在缓冲条件下提供有用的对映选择性，并可整合到HPLC-MS/MS工作流程中。然而，现有托烷生物碱特定研究过于有限，无法确定普遍最佳的pH或流动相组成，或得出蛋白质基CSP优于其他家族的结论。其实际价值应根据目标分析物、所需灵敏度和总体分析时间进行评估。
3.6 合成和新兴CSPs
合成和新兴CSP提供了定制选择剂化学和探索与已建立的多糖、CD和蛋白质相不同的识别机制的机会。然而，托烷生物碱特定证据仍然有限，且以标准溶液研究为主。
Kumar等人在基于聚丙烯酰胺的ChiraSpher NT柱上使用含0.2% AA的MeOH/水（60:40，v/v），对阿托品获得了Rs为3.80、选择性因子为1.87和保留因子k′1为2.43。这些结果证明在报道条件下具有有用的对映体区分。然而，该研究还表明延长的停流和低流速条件可促进莨菪碱对映体化。因此，色谱条件不仅必须评估分离度和保留，还必须评估其对原始对映体比例的潜在影响。
Wang等人研究了源自1-苯乙胺和1-（1-萘基）乙胺的手性咪唑鎓CSP。阿托品在第一个选择剂上未被分离（Rs=0）。在萘基衍生选择剂上，含0.05% TFA的ACN和水（40:60，v/v）的流动相产生Rs为1.05，而ACN/磷酸盐缓冲体系（45:55，v/v；pH 5.5）产生Rs为0.69。在含TFA条件下，报道的选择性因子为2.87，k′1为0.17。该组合说明相对较高的选择性因子在保留有限时不一定产生基线分离。磷酸盐缓冲获得的较低分离度进一步证明了流动相化学对手性识别的影响。
总之，这些研究表明合成CSP可提供有用或互补的选择性，但其性能取决于选择剂结构和流动相组成。当前证据不支持对托烷生物碱的单一合成选择剂或流动相添加剂的通用推荐。进一步工作应确定这些固定相能否在真实基质中提供稳健的对映体分离、合适的保留和验证的性能。
3.7 跨家族比较：色谱性能与分析实用性
跨家族比较表明，使用多个CSP家族可实现托烷生物碱的有用对映体分离，但报道的分离度值不应被视为固定相的直接排名。例如，阿托品在Chiralpak ID上获得Rs为3.98、在ChiraSpher NT上为3.80、在Wang等人报道的β-CD基CSP上为2.89。然而，这些结果是在不同色谱条件和不同实验配置下获得的。因此，它们证明了多种选择剂化学可以有效，而非建立了CSP性能的普遍顺序。
选择性因子和保留因子提供补充信息。Wang等人和Zhao等人报道的结果表明，在测试条件下，具有较高α的CD基相也实现了较高分离度，而Wang等人报道的保留因子提供了分析物保留的额外信息。相反，Wang等人研究的咪唑鎓相产生了2.87的选择性因子但仅Rs为1.05，且报道的保留因子较低。因此，α应结合Rs和k′解读，而非单独用于判断方法适用性。在未报道这些参数的情况下，跨研究解读必须保持定性。
最有用的流动相策略也取决于CSP家族和分析目标。含挥发性碳酸氢铵的MeOH基RP条件已成功用于多糖CSP和MS/MS检测。在NP体系中，醇改性剂和DEA等胺添加剂被用于优化碱性托烷生物碱的分离。对于β-CD CSP，含TEAA的MeOH/水体系可实现阿托品对映体分离。现有证据未确定跨这些家族的单一首选流动相；相反，它表明溶剂身份、有机比例、缓冲液和添加剂浓度必须针对特定选择剂-分析物组合进行优化。
对于碱性托烷生物碱，胺添加剂可改善峰形和色谱性能，但其使用必须与检测器兼容性平衡。Vera-Baquero等人的研究说明了这种权衡：DEA浓度在从DAD优化转移到最终HPLC-MS/MS方法时被降低以限制ESI(+)抑制。
最后，最有用的方法不一定具有最高Rs。其适用性还取决于保留、分析时间、灵敏度、基质效应、回收率、检测器兼容性和对映体完整性的保持。在当前文献中，应特别重视那些在真实生物或食品基质中展示足够对映体区分以及验证性能的方法。未来研究应报告Rs、α和k′以及验证参数，从而能够在CSP家族和分析应用之间进行更有意义的比较。
3.8 检测系统与MS兼容性
UV和DAD对于药物和方法开发研究仍然有用，因为它们稳健且广泛可用。大多数早期和筛选导向研究采用UV或DAD检测，特别是在处理标准溶液或药物制剂时，其中分析物浓度相对较高，通常不需要广泛的样品净化。这些检测器还便于在方法开发期间快速评估CSP选择性。然而，HPLC-MS/MS为生物和食品基质提供了显著更高的灵敏度和选择性。当托烷生物碱以痕量浓度存在或复杂基质产生大量色谱背景时，该优势变得特别相关。Jandri?等人、John等人、Marín-Sáez等人和Vera-Baquero等人的研究说明了基于MS/MS的检测在需要增强灵敏度和/或分析复杂生物或食品基质的应用中的价值。
然而，检测器的选择不能独立于色谱条件考虑。对于碱性托烷生物碱，DEA等胺添加剂可改善峰形，在某些情况下，通过改变分析物与残留硅醇基之间的相互作用来改善对映体分离度。然而，DEA可强烈抑制正模式电喷雾电离。Peng等人表明即使低浓度DEA也能显著降低ESI(+)-MS/MS中的分析物响应，凸显了为色谱分离优化的条件与灵敏MS检测所需条件之间可能出现的不兼容性。
这种权衡在Vera-Baquero等人的研究中尤为明显。在HPLC-DAD优化期间，使用0.1% DEA提供了改善的峰形和约Rs=4.30的优化分离度。当方法转移到HPLC-MS/MS时，DEA浓度降至0.05%以最小化离子抑制效应。在最终条件下，Rs降至1.59，但分离仍适用于对映体特异性测定，同时提供草药浸剂分析所需的灵敏度。该示例证明提供最高Rs的色谱条件不一定是整体分析目标的最合适条件。在HPLC-MS/MS方法中，色谱分离度必须与电离效率、灵敏度和基质效应平衡。
综述研究还表明，MS兼容流动相可以在不一定损害手性区分的情况下使用。Peng等人使用RP多糖CSP和含挥发性碳酸氢铵的流动相以及HPLC-MS/MS检测，证明了阿托品和后马托品的对映体分离。类似地，Jandri?等人使用含挥发性甲酸铵的条件与Chirobiotic V柱和三重四极杆MS/MS分析食品和饲料基质中的托烷生物碱。这些示例表明，使用挥发性缓冲液和适当的有机改性剂可在色谱性能和MS兼容性之间提供实用折中。
4. 托烷生物碱的提取与样品前处理策略
样品前处理是分析工作流程中的关键步骤，因为它直接影响所获结果的准确性、灵敏度和可靠性。然而，在前一节讨论的手性LC方法中，只有六种在分析前包含样品前处理程序。这些对应于应用于真实药物、生物或食品样品的研究，而大多数报道的对映选择性方法使用标准溶液开发和评估，因此不需要特定的提取或净化步骤。
样品处理的需求源于真实基质的复杂性，其通常含有可能干扰色谱测定的内源性化合物、辅料或共提取物质。因此，需要提取、纯化，在某些情况下还需要富集程序，以分离目标分析物、减少基质效应，并实现可靠定量所需的灵敏度。这些步骤在色谱分析前尤为重要，高效的分析物回收、基质干扰去除和可重复的分析性能至关重要。
适当样品前处理策略的选择取决于基质特征和分析物的理化性质。托烷生物碱是弱碱，在酸性条件下具有高水溶性，这一性质已被广泛利用于使用酸化水介质从复杂基质中选择性提取。这种方法有助于将托烷生物碱与更多亲脂性基质组分分离，并可能简化后续纯化和色谱分析。除分析物溶解度外，pKa、亲脂性和分配系数等性质也应在优化提取条件时考虑。
样品前处理方法主要聚焦于分析物提取、基质净化和（需要时）对映选择性测定前的浓度增强。总体而言，样品前处理要求根据基质性质显著变化。药物制剂通常涉及相对简单的预处理程序，如溶解或稀释，因其组成受控且目标分析物浓度相对较高。相比之下，生物和食品基质固有地更复杂，且常含有痕量水平的托烷生物碱，需要更复杂的提取、纯化和在某些情况下的富集步骤，以确保准确可靠的对映体测定。
4.1 样品前处理过程中对映体完整性的保持与外消旋化
对于手性托烷生物碱分析，样品前处理是立体化学测量的一部分，而非纯粹的准备步骤。天然富集样品的对映体化可产生相反的对映体，从而在天然谱图中产生虚假变化。相反，水解或脱水可降低母体托烷生物碱对映体的浓度而不产生相反的对映体。因此，这些过程必须通过实验区分，而非仅从母体浓度下降推断。
Marín-Sáez等人明确评估了pH和温度对莨菪碱的影响。在选定的提取条件下，该程序避免了显著的外消旋化，而强碱性条件（pH 9）结合高温促进了对映体化。在80°C下，初始（?）-莨菪碱在一种测试条件下保持约98.5%，含1.5%的（+）-对映体，而碱性条件下的长时间暴露使体系逐渐趋向外消旋组成。作者还区分了倒转与水解为托品酸/托烷产物和脱水为阿扑衍生物。
Kumar等人提供了补充证据表明色谱条件本身可影响对映体完整性：延长的停流和低流速条件促进了莨菪碱的可测量对映体化，而至少1 mL/min的流速最小化了该效应。Vera-Baquero等人进一步证明固相萃取（SPE）即使在色谱分离本身稳定时也能引入对映体化。外消旋对照在pH 2.5 SPE后保持约50:50，但单独的（?）-莨菪碱标准品在碱性氨洗脱步骤中显示转化；在两种浸剂基质中观察到平均（?）/（+）比例为92.5/7.5和80.5/19.5，并在最终定量中应用了校正因子。
这些研究指出了保持对映体完整性的实用控制措施：最小化强碱性条件、高温和长时间停留的暴露；在可直接稀释替代时避免不必要的蒸发/复溶；评估储存稳定性；并通过完整提取和色谱工作流程测试单独对映体对照。此外，如John等人方法中用于立体选择性分析的酶促水解不应归类为外消旋化，因为它选择性去除一种对映体而非使其相互转化。
4.2 药物、生物和食品基质中的样品前处理
在药物制剂所用溶剂中，MeOH因其优异的溶解能力和与HPLC技术的兼容性而发挥突出作用。Kumar等人通过将冻干样品溶解在MeOH中，然后用MeOH/水混合物（60:40，v/v）稀释，制备阿托品滴眼液溶液，再进行HPLC-DAD分析，获得了良好的回收率。
类似地，Zaazaa等人对不同药物制剂采用了简单的样品前处理程序。商业Isopto-atropine眼用溶液直接用流动相稀释，该流动相由100 mM磷酸钠缓冲液含42.8 mM TEA和ACN（90:10，v/v）pH 7组成，再进行HPLC-UV分析。对于片剂制剂，样品首先溶解在ACN中，然后用流动相稀释再进行色谱分析，回收率为98.83–101.51%。这些研究表明，药物制剂的手性分析通常可以以最少的样品操作进行，降低分析物损失或对映体化的风险，同时简化整体分析工作流程。
与药物制剂相比，John等人使用基于对映选择性样品前处理策略解决了人血浆中莨菪碱立体异构体的测定问题，该策略基于两个平行程序。在程序A中，血浆样品与缺乏阿托品酯酶的人血清孵育以测定总莨菪碱浓度，而在程序B中，样品与含阿托品酯酶的兔血清孵育，该酶选择性水解（?）-莨菪碱，允许测定剩余的（+）-莨菪碱。在37°C孵育后，两个程序均包括用ACN进行蛋白质沉淀和稀释，再进行HPLC-MS/MS分析，提供了93至101%的满意回收率。与药物制剂通常采用的简单溶解和稀释步骤相比，由于生物基质的复杂性和获得对映体特异性信息的需要，该方法需要显著更多的样品操作。然而，它使人血浆中单个莨菪碱对映体的可靠测定成为可能，同时最小化了基质相关干扰。
在食品基质中，样品前处理在实现痕量水平托烷生物碱测定所需的灵敏度和选择性方面发挥关键作用。常规HPLC-MS/MS分析通常需要足够干净的提取物以最小化基质效应、防止仪器污染并保持分析灵敏度。选择性提取将分析物溶解在水性或有机溶液中，然后进行纯化和富集，这对于满足法规和检测痕量水平至关重要。还必须特别注意提取条件，因为托烷生物碱的天然对映体组成可能因样品前处理过程中的外消旋化而改变。由于食品污染预计以含托烷生物碱植物产生的天然（?）-莨菪碱为主，天然对映体比例的任何改变都可能损害对映体特异性测定的可靠性。先前研究表明，在酸性条件（pH 3）下，莨菪碱仅发生有限水解，而碱性介质和高温促进外消旋化，导致（+）-莨菪碱的形成，最终形成作为外消旋混合物的阿托品。因此，提取程序不仅必须提供高效的分析物回收，还必须保持样品的原始立体化学组成。出于这个原因，样品前处理的优化需要通过合适的手性分析方法仔细评估潜在的对映体化现象。为满足这些要求，迄今报道的方法已结合了基于固相萃取（SPE）、分散固相萃取（dSPE）、基质固相分散（MSPD）和QuEChERS程序的提取和净化策略，取决于基质的复杂性和追求的分析目标。
Jandri?等人开发了一种样品前处理程序，用于测定多种食品和饲料基质中的托品、阿托品、东莨菪碱、后马托品、山莨菪碱和两种糖生物碱，包括小麦、黑麦、玉米、混合谷物面粉、玉米粉、饼干、薄脆饼干和动物饲料。鉴于分析基质的多样性，根据样品组成采用了不同的提取和净化策略。对于谷物和谷粒基样品，作者应用了dSPE方法。在该技术中，吸附剂材料直接分散在样品提取物中，最大化基质组分与吸附剂之间的接触，之后通过离心回收纯化提取物。dSPE因其高效和简单而在样品预处理中获得了广泛接受。提取使用含0.5% FA的ACN/水（75:25，v/v）进行，而硫酸镁、氯化钠和柠檬酸钠的混合物用于促进相分配、改善分析物向提取溶剂中的转移并调节提取介质。对于高脂基质，作者采用MSPD，该技术将样品与固体吸附剂机械混合，然后进行分析物洗脱。该方法将提取和净化结合在单一步骤中，特别适用于去除可能干扰色谱分析的共提取亲脂性化合物。在本研究中，C18用于保留非极性基质组分并在分析前改善提取物洁净度。
在dSPE和MSPD程序之后，提取物离心，取等分试样在氮气流下蒸发至干。残留物然后在MeOH/ACN（50:50，v/v）中复溶、超声并过滤，再进行HPLC-MS/MS分析。整体方法提供了满意的提取效率，目标生物碱的回收率为61至111%。这些方法说明了基质组成如何强烈影响食品分析中提取和净化策略的选择，需要比药物制剂通常采用的更广泛的样品前处理。
Marín-Sáez等人采用改良QuEChERS程序从曼陀罗种子、木曼陀罗种子和受污染荞麦样品中提取（+）-和（?）-莨菪碱。QuEChERS是quick、easy、cheap、effective、rugged和safe的缩写，在食品分析中广泛使用，因为它结合了高效提取和简单净化程序，同时最小化样品操作。在该研究中，样品首先研磨成细粉，用水和含1% AcOH的ACN提取。提取物随后使用伯仲胺（PSA）和石墨化炭黑（GCB）作为吸附剂通过分散固相萃取纯化。PSA通常用于去除有机酸、糖和色素等极性基质组分，而GCB有效消除色素和其他平面干扰物，产生适合HPLC-MS/MS分析的更干净提取物。净化后，提取物用EtOH稀释（50:50，v/v）再进行色谱测定。
该方法的一个特别相关方面是提取和净化条件保持了样品的天然对映体组成，使该程序适用于食品基质中托烷生物碱的对映体特异性测定。这一特征在手性分析中尤为重要，样品前处理必须最小化可能损害结果可靠性的对映体组成变化。
与dSPE、MSPD和QuEChERS方法相比，SPE仍然是食品样品中托烷生物碱提取、净化和富集最广泛使用的技术之一。该技术通常涉及 conditioning、样品加载、洗涤和洗脱步骤，提取效率取决于吸附剂特征、提取溶剂以及分析物与固相之间建立的相互作用。由于托烷生物碱是含叔胺基的碱性生物碱，强阳离子交换（SCX）吸附剂已被广泛用于其选择性提取，允许有效保留质子化分析物，同时基质干扰在洗涤步骤中被去除。因此，Oasis MCX和Strata-XC等混合模式聚合物吸附剂已成为从食品样品中提取托烷生物碱的常见选择。
近年来，特别关注开发能够改善提取性能同时减少吸附剂和溶剂消耗的新吸附剂材料，符合绿色分析化学（GAC）原则。在这些材料中，功能化介孔二氧化硅因其高表面积、可控孔结构和化学修饰多功能性而引起了相当大的关注。遵循该方法，Vera-Baquero等人采用通过共缩合合成的磺酸功能化六方介孔二氧化硅（HMS-SO3-(co)）作为SCX吸附剂，用于婴儿草药浸剂中莨菪碱对映体的手性测定。在SPE之前，样品使用FA酸化水进行固液萃取（SLE），然后离心和过滤。随后，使用仅50 mg吸附剂的微SPE程序，实现了167的富集因子。这种小型化方法说明了先进介孔材料在同时提高提取效率、减少溶剂和吸附剂消耗以及改善分析方法可持续性方面的潜力。用含0.5%氨的MeOH洗脱后，提取物直接进行手性HPLC-MS/MS分析。所提出的程序提供了满意的提取效率，回收率为94至99%。此外，样品制备过程中仅观察到有限的对映体化，表明提取条件在很大程度上保持了样品的原始对映体组成。
5. 托烷生物碱手性分析方法学的应用：药物、生物和食品基质的主要发现
所开发的手性分析方法学在
