Determination of L⁃ and D⁃Amino Acids in Marine Sediments Using Online Solid⁃phase Extraction Cleanup Coupled with Liquid Chromatography⁃high⁃resolution Mass Spectrometry

doi:10.7503/cjcu20250195

Abstract

Abstract:

Amino acids（both L- and D-enantiomers） serve as crucial biomarkers for indicating the sources of organic matter and diagenetic processes within marine sedimentary environments. Consequently， developing methods for their precise detection in marine sediments is of significant importance. This study established a novel method for the simultaneous determination of 17 L-amino acids and 7 D-amino acids in marine sediments using online solid-phase extraction（SPE） coupled with liquid chromatography-time-of-flight mass spectrometry（LC-TOF/MS）. A C₁₈ guard column served as the online SPE column， while an ultra-high-performance reversed-phase C₁₈analytical column （1.8 μm particle size） was employed for separation. Utilizing dual acidic and alkaline mobile phase systems， efficient separation of various L- and D-amino acids was achieved. Detection was performed online using high- resolution electrospray ionization TOF/MS in full scan mode. The results demonstrate that accurate quantification of various L- and D-amino acids can be achieved by direct injection analysis using online SPE-LC-TOF/MS following hydrochloric acid hydrolysis of marine sediment samples， 5-fold dilution， and derivatization. The spiked recoveries for the various amino acids ranged from 66.1% to 106.8%， with relative standard deviations（RSD） between 2.40% and 12.3%. The method exhibited wide linear ranges， and all correlation coefficients（R²） were greater than 0.990. Compared to conventional liquid chromatography methods， this approach requires only a small sediment sample amount（0.01—0.10 g）， making it an effective method for detecting chiral amino acid biomarkers in deep-sea and oceanic hydrothermal vent sediments. Applying this method to analyze L- and D-amino acids in surface sediments from the Western Indian Ocean revealed the presence of all 17 L-amino acids and 7 D-amino acids in all samples， with total concentrations ranging from 1.69 to 19.30 μmol/g（dry weight）. Furthermore， the analysis indicated that submarine hydrothermal activity significantly influences the cycling of organic carbon and nitrogen in the deep-sea sedimentary environment.

Key words: Online solid phase extraction, High resolution mass spectrometry, Marine sediment, D-amino acid, Deep-sea hydrothermal vent

CLC Number:

O657

TrendMD:

HE Xiuping, LI Fang, CHEN Junhui, XIN Ming, WANG Baodong. Determination of L⁃ and D⁃Amino Acids in Marine Sediments Using Online Solid⁃phase Extraction Cleanup Coupled with Liquid Chromatography⁃high⁃resolution Mass Spectrometry[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(2): 20250195.

Figures/Tables 12

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Time/min	Mobile phase A（%）	Mobile phase B（%）	Flow rate/（mL∙min^-1）	Valve position
0	95	5	0.4	1⁃6
2.0	95	5	0.4	1⁃2
5.0	95	5	0.4	1⁃2
11.0	80	20	0.4	1⁃2
15.0	80	25	0.4	1⁃2
18.0	75	36	0.4	1⁃2
21.0	75	40	0.4	1⁃2
22.0	70	90	0.4	1⁃2
23.0	50	90	0.4	1⁃2
27.0	0	100	0.4	1⁃2
29.0	0	100	0.4	1⁃2
30.0	95	5	0.2	1⁃6

Time/min	Mobile phase A（%）	Mobile phase B（%）	Flow rate/（mL∙min^-1）	Valve position
0	95	5	0.4	1⁃6
2.0	95	5	0.4	1⁃2
5.0	95	5	0.4	1⁃2
11.0	80	20	0.4	1⁃2
15.0	80	25	0.4	1⁃2
18.0	75	36	0.4	1⁃2
21.0	75	40	0.4	1⁃2
22.0	70	90	0.4	1⁃2
23.0	50	90	0.4	1⁃2
27.0	0	100	0.4	1⁃2
29.0	0	100	0.4	1⁃2
30.0	95	5	0.2	1⁃6

Time/min	Mobile phase C（%）	Mobile phase D（%）	Flow rate/（mL∙min^-1）	Valve position
0	0	100	0.3	1⁃6
2.0	7	93	0.3	1⁃2
20.0	70	30	0.3	1⁃2
20.1	100	0	0.3	1⁃2
24.0	100	0	0.3	1⁃2
25.0	0	100	0.2	1⁃6

Time/min	Mobile phase C（%）	Mobile phase D（%）	Flow rate/（mL∙min^-1）	Valve position
0	0	100	0.3	1⁃6
2.0	7	93	0.3	1⁃2
20.0	70	30	0.3	1⁃2
20.1	100	0	0.3	1⁃2
24.0	100	0	0.3	1⁃2
25.0	0	100	0.2	1⁃6

Amino acids	Retention time/min	Formula	Ion detected	Calculated m/z	Measured m/z	Error（10^-6）
D⁃Asp	13.2	C₁₇H₂₂N₂O₈	［M+H］⁺	383.1449	383.1461	3.1320
L⁃Asp	13.7	C₁₇H₂₂N₂O₈	［M+H］⁺	383.1449	383.1456	1.8270
L⁃Ser	14.1	C₁₆H₂₂N₂O₇	［M+H］⁺	355.1500	355.1496	-1.1263
L⁃Thr	14.2	C₁₇H₂₄N₂O₇	［M+H］⁺	369.1656	369.1656	0.0000
D⁃Ser	14.3	C₁₆H₂₂N₂O₇	［M+H］⁺	355.1500	355.1494	-1.6894
L⁃Ala	14.5	C₁₆H₂₂N₂O₆	［M+H］⁺	339.1551	339.1550	-0.2949
L⁃Gly	14.5	C₁₅H₂₀N₂O₆	［M+H］⁺	325.1394	325.1395	0.3076
L⁃His	14.5	C₁₉H₂₄N₄O₆	［M+H］⁺	405.1769	405.1763	-1.4808
L⁃Pro	14.6	C₁₈H₂₄N₂O₆	［M+H］⁺	365.1707	365.1705	-0.5477
γ⁃ABA	14.7	C₁₇H₂₄N₂O₆	［M+H］⁺	353.1707	353.1705	-0.5663
D⁃Ala	15.4	C₁₆H₂₂N₂O₆	［M+H］⁺	339.1551	339.1550	-0.2949
L⁃Val	16.2	C₁₈H₂₆N₂O₆	［M+H］⁺	367.1864	367.1866	0.5447
L⁃Arg	16.3	C₁₉H₂₉N₅O₆	［M+H］⁺	424.2191	424.2230	4.1934
L⁃Glu	16.5	C₁₈H₂₄N₂O₈	［M+H］⁺	397.1605	397.1620	3.7768
L⁃Leu	20.0	C₁₉H₂₈N₂O₆	［M+H］⁺	381.2020	381.2020	0.0000
D⁃Arg	16.6	C₁₉H₂₉N₅O₆	［M+H］⁺	424.2191	424.2228	4.7219
D⁃Glu	17.0	C₁₈H₂₄N₂O₈	［M+H］⁺	397.1605	397.1619	3.5250
L⁃Met	18.1	C₁₈H₂₆N₂O₆S	［M+H］⁺	399.1584	399.1586	0.5011
L⁃Ile	19.1	C₁₉H₂₈N₂O₆	［M+H］⁺	381.2020	381.2021	0.2623
D⁃Ile	22.5	C₁₉H₂₈N₂O₆	［M+H］⁺	381.2020	381.2021	0.2623
D⁃Leu	23.0	C₁₉H₂₈N₂O₆	［M+H］⁺	381.2020	381.2030	2.6233
L⁃Cys	24.3	C₃₂H₄₂N₄O₁₂S₂	［M+H］⁺	739.2313	739.2307	-0.8117
L⁃Lys	25.7	C₃₂H₄₄N₄O₁₀	［M+H］⁺	645.3130	645.3132	0.3099
L⁃Tyr	26.1	C₃₅H₄₁N₃O₁₁	［M+H］⁺	680.2814	680.2819	0.7350