头孢菌素类药物为一线用药,但存在严重的过敏反应和安全隐患,导致过敏反应的原因是其中的聚合物杂质等。本论文采用二维液相色谱-高分辨质谱等先进技术研究了头孢菌素类药物高风险杂质的识别与控制,保证公众用药安全有效。一、建立了头孢菌素类药物二维液相色谱-高分辨质谱杂质分析的技术平台将二维液相色谱-离子阱-飞行时间质谱技术应用于头孢菌素类药物的杂质谱研究,解决了一维液相色谱-质谱存在的流动相中难挥发性缓冲盐与质谱不兼容、所得到的结果与标准条件下各杂质的出峰顺序不一致的难题。一维分析柱（含难挥发性缓冲盐的流动相）上每个峰通过阀切换到二维分析柱（含挥发性的流动相）上,通过易挥发的流动相带到质谱中进行逐一分析。通过对该类药杂质高分辨多级质谱数据的系统分析,鉴定了头孢尼西钠、头孢匹胺、氟氧头孢钠和头孢米诺钠中系列未知杂质的结构,并阐明了共性的质谱软电离裂解机理。通过二维液相色谱在线除盐技术,所得到的结果与药典标准条件下各杂质的出峰顺序一致。二、构建了头孢菌素类药物中聚合物杂质分析的新模式头孢菌素类药物中聚合物杂质的分析,国内外目前常用且法定的分析方法是以Sephadex G-10为固定相的普通凝胶色谱法,其分离效果不佳,检测灵敏度低,并且聚合物杂质的结构未明确。本论文探索用高效凝胶色谱法（HPSEC）分析聚合物杂质,并将HPSEC中分离的聚合物杂质通过柱切换技术在无盐的二维系统(C₁₈色谱柱)中进行再分离,在线二维液相色谱-离子阱-飞行时间质谱新技术分离鉴定了头孢尼西钠等7种头孢菌素药物中系列聚合物杂质的结构,提出了头孢菌素类药物聚合物杂质新的分析控制策略,为中国药典提高完善该类药物聚合物杂质的控制方法提供了技术支持。三、揭示了头孢菌素类药物在负离子模式下质谱裂解机理部分头孢菌素类药物有着较强的负离子响应,针对该类药负离子质谱检测理论不足的问题,本论文阐明了共性的负离子质谱软电离裂解机理,为同类结构杂质的鉴定提供了理论依据,补充完善了头孢菌素类药物的质谱裂解理论。通过对16种头孢菌素类抗生素在负离子模式下碎片离子断裂途径的研究,发现头孢菌素类药物的特征断裂主要为β-内酰胺环断裂及氢化噻嗪环发生断裂失去一分子H₂S,并且当C-3位上侧链结构为烷烃或烯烃时,侧链不易断裂,而C-3位上侧链为醚或硫醚时,侧链易发生断裂并与C-5形成三元环或与C-2位上的羧基形成五元内酯环。四、阐明了头孢菌素类药物中杂质的形成机制及与工艺的相关性在头孢菌素类药物中杂质以及聚合物杂质结构鉴定的基础上,辅以强力破坏实验,揭示了杂质的产生机制。并通过工艺相关性分析,找出杂质在生产工艺中的产生原因,指导企业改进生产工艺,降低杂质的含量,提升药品质量和国际竞争力。通过上述研究,本论文解决了头孢菌素类药物杂质分析和控制的系列共性关键技术,为药品科学监管提供了技术支撑。