氨基酸參與了很多重要的代謝過程，專家們早在上世紀中期就萌生了一個想法，即通過測定氨基酸的濃度對某些代謝疾病進行診斷。氣相色譜與質譜的聯用技術使定量測量生物物料中的氨基酸成為可能，而自動化分析大大提高了其分析效率。
氨基酸對于人類和動物同等重要，但由機體器官產生的量非常有限，人類的必需氨基酸通常要通過攝取食物來獲得。氨基酸參與蛋白質的合成并由此滿足生物一系列其他的功能需要，如絡氨酸可轉化為兒茶酚胺，這是一種荷爾蒙，對心臟循環系統可起到興奮作用；谷氨酸鈉則作為神經傳遞物質用于傳導神經信息。鑒于氨基酸存在于許多代謝過程中，它們常常被用做新生兒童代謝疾病診斷的重要標記物質。其中最著名的是苯丙酮尿癥（PKU）：生物機體本身不能降解苯丙氨酸，這種氨基酸在體內富集以致嚴重影響到人的神經發育，通過測定明顯增高的苯丙氨酸濃度可對PKU疾病進行診斷。從實用的觀點出發，主要是針對活體外測試特別是體液，如血液、脊椎液和尿液進行氨基酸檢測。
自動化節省分析時間
為了測定生物樣品中的氨基酸，通常使用市售的氨基酸分析儀，其功能原理是基于陽離子色譜交換和柱后衍生紫外檢測，這些方法的缺點是分析時間過長。
圖2. 帶兩個獨立機器人手臂的雙軌式Gerstel 多功能自動進樣器結構圖。
如今一種高效的替代方法當屬具有質譜檢測器的氣相色譜法，該法借助于氯甲酸丙酯將氨基酸轉化為揮發性的可供氣相色譜分析的衍生物。“為了使方法適合高通量的分析要求，我們將樣品的前處理全部實現了自動化”，Regensburg大學功能基因組學研究所代謝學Katja Dettmer 博士說，“從加入內標（IS）開始，通過衍生到進樣至GC/MS系統，所有重要的步驟都是采用Gestel多功能進樣器（MPS-Prep-Station）的雙通道式變體完成的。通過自動化，可減少費時的手工操作并改進重現性”。這種多功能進樣器具有兩個彼此獨立工作的進樣器機器人手臂，當一個手臂開始以ml級規模通過液體注射器加入衍生試劑時，另一手臂則以μl級的注射器加入內標（IS）和必要的少量樣品。除了上述硬件的特殊性之外，控制軟件（Gerstel Maestro）還提供直觀的操作界面，在此操作界面上可以運用鼠標將必要的樣品預處理步驟方便地從命令表中調出、組合，然后令其按照Prep-Ahead-Funktion預備程序執行GC/MS 分析。
自動化樣品前處理
Dettmer博士的做法如下：將生物樣品例如血液、尿液加到小玻璃樣品管中，用帶磁性的瓶蓋密封以隔絕空氣，將小瓶置入多功能進樣器（MPS-Prep-Station）的致冷樣品室中。所有其他操作均由自動進樣器自動執行。利用封閉式的瓶蓋可以將小瓶轉移到振蕩器上根據需要攪拌、震蕩、加熱和冷卻。依樣品基體情況，采用20~50μl樣品進行分析。以下步驟則由多功能進樣器（MPS-Prep-Station）全自動地執行：
圖3. 丙氨酸的校正曲線。
加入內標物質（20種事先用13C和15N均勻標記過的氨基酸，以及兩種氘化反應的化合物的混合物）；
稀釋步驟；
加入氫氧化鈉溶液、作為催化劑的甲基吡啶溶液以及衍生試劑氯甲酸丙酯；
將樣品于振蕩器中混合；
用有機溶劑異辛烷萃取所生成的衍生物。
用異辛烷將水相中的樣品萃取到上層有機相中，運用10 μl移液槍嘴分取2.5 μl 試液直接注射到氣相色譜系統中。分離在Phenomenex ZB-AAA柱上進行，采用Agilent GC-6890氣相色譜儀，Gerstel-Kalt（KAS）進樣系統，PTV進樣器，檢測器為 Agilent MSD 5975，運行模式為平行掃描和SIM模式，可以針對每個氨基酸攝錄兩個具有特征的質譜碎片。
圖4. 全脂奶樣品色譜圖，用同位素標記的標準氨基酸在圖中以紅色標出。
方法特征化和實用化
Dettmer博士運用MPS-KAS-GC/MS 對34種氨基酸和二肽進行了定量測定，定量分析利用加入一系列內標所做的工作曲線進行。內標的組成為通過13C和15N均勻標記過的氨基酸混合物，包括甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、蛋氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸、谷酰胺、賴氨酸、組氨酸、絡氨酸、色氨酸、胱氨酸等。Dettmer博士說：“對于那些沒有內標可用的氨基酸，需采用同位素標記的氨基酸予以校正，在下一次進行洗脫。借助于穩定同位素標記的氨基酸可以明顯改進方法的重現性和校正曲線的相關系數，實驗表明，分析34種氨基酸的時間要明顯快于常規方式。”
當生物試液進樣量為50μl時，大多數氨基酸的校正范圍在 0.3~200μM 之間。檢測限的范圍（LOD
檢測的極限值）分別如下：丙氨酸、甘氨酸或色氨酸為0.03μM，谷酰胺、脯氨酸和羥基脯氨酸為12μM。最低的定量極限（LOQ檢測的極限值）為0.3~30μM。方法已經成功地用于各種生物樣品的分析并測定了分析的重現性，研究了人和鼠的尿液以及血清，重復分析10次：人尿分析的相對偏差（RSD%）為2.0%~8.8%，人血清的相對偏差為0.9%~8.3%；鼠尿分析的相對偏差為1.3%~9.1%。
多種實際應用
Dettmer 博士證實：“運用此方法可以對如尿液、細胞培養液、細胞抽提液和血清等進行輕松而可靠的分析”。除了前面提到的新生嬰兒代謝障礙等臨床診斷應用之外，氨基酸分析在食品分析中也獨具應用，實踐證明，MPS-KAS-GC/MS方法可以用于諸如奶品、啤酒和果汁飲料的分析。Dettmer 博士和同事們進行了蘋果汁、啤酒和醬油的實驗研究。結果表明，醬油中的氨基酸含量很高，其中谷氨酸鈉以47.47mM占據主導地位。蘋果汁中的主要氨基酸是丙氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸鹽和谷氨酸鈉，其中天冬酰胺濃度高達3.17μM。啤酒的主要氨基酸成分則是1.13mM的甘氨酸和3.56mM的脯氨酸。
Dettmer 博士總結說：“所得結果明確顯示出自動化的MPS-KAS-GC/MS方法非常適合生物基體樣品中氨基酸的檢測，無論是尿液、血液還是食品。”
10min內檢測34種氨基酸
采用本文介紹的
，可在10min內自動檢測34種氨基酸，包括丙氨酸、肌氨酸、甘氨酸、α-氨基丁酸、纈氨酸、β-氨基異丁酸、亮氨酸、別異亮氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、脯氨酸、天冬酰胺、硫代脯氨酸、天冬氨酸鹽、蛋氨酸、馬尿酸、羥基脯氨酸、谷氨酸鈉、苯丙氨酸、α-氨基己二酸、α-氨基庚二酸、谷酰胺、鳥氨酸、甘氨酰脯氨酸、賴氨酸、組氨酸、羥基賴氨酸、絡氨酸、脯氨酸-羥基脯氨酸、色氨酸、胱硫醚和胱氨酸。