臨床實(shí)驗(yàn)室質(zhì)譜檢測原理

張 巖， Thomas Jackson

（美國羅徹斯特醫(yī)學(xué)院病理和檢驗(yàn)系，羅徹斯特 14642，美國）

臨床實(shí)驗(yàn)室質(zhì)譜（mass spectrometry, MS）技術(shù)在臨床實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用隨著MS分析儀的創(chuàng)新不斷拓展。最早的MS分析儀采用扇形電場及磁場實(shí)現(xiàn)質(zhì)量分離，體積大、價格貴。隨著四極桿MS分析儀與色譜分離、第1代氣相色譜（gas chromatography，GC）及液相色譜（liquid chromatography，LC）技術(shù)的聯(lián)用，大大提升了MS技術(shù)的實(shí)用性。三重四極桿等多重MS技術(shù)的聯(lián)用與LC分離技術(shù)令檢測向高敏、可重復(fù)、定量方向發(fā)展，這是目前臨床實(shí)驗(yàn)室開展MS檢測的基礎(chǔ)[1]。隨著MS分析儀的不斷發(fā)展及軌道阱（Orbitrap）MS分析儀的誕生，LC-MS的聯(lián)用更是如虎添翼。

采用GC/MS對類固醇[2]及有機(jī)酸[3]進(jìn)行檢測是MS技術(shù)最先在臨床實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的項(xiàng)目。繼串聯(lián)MS檢測?；鈮A診斷新生兒遺傳代謝?。╥nborn error of metabolism，IEM）后，其在臨床檢測中的應(yīng)用開始加速[4]。LC-MS聯(lián)用尤其是與串聯(lián)四極桿MS聯(lián)用時，能實(shí)現(xiàn)對小分子藥物及其代謝產(chǎn)物的量化檢測，促進(jìn)了該領(lǐng)域儀器研發(fā)的進(jìn)步[5]。治療藥物監(jiān)測與毒理學(xué)的迅速發(fā)展在提升儀器靈敏度及實(shí)用性的同時，進(jìn)一步擴(kuò)大了MS技術(shù)的應(yīng)用范圍[6]。

1 儀器

1.1 MS分析儀類型

MS分析儀可對單個分子或分子片段進(jìn)行質(zhì)量分析，要求被分析對象帶電荷并呈氣相，一般由緊密相連的離子源、質(zhì)量分析器及檢測器3個部分組成。離子源外接樣品引入系統(tǒng)，是離子生成的部位；多數(shù)MS分析儀的質(zhì)量分析器根據(jù)離子質(zhì)荷比（mass-to-charge ratio，m/z）區(qū)分離子；檢測器將離子分別轉(zhuǎn)換成信號并傳入儀器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)控制整個儀器。

MS技術(shù)具有較高的特異性，尤其在與可重復(fù)色譜分離技術(shù)聯(lián)用時，其檢測結(jié)果可作為許多臨床檢測的“金標(biāo)準(zhǔn)”。也就是說，該技術(shù)可作為其他特定分子濃度檢測手段的校準(zhǔn)方法。僅當(dāng)某方法被作為參考方法且檢測嚴(yán)格按照書面程序進(jìn)行時，可將液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜（liquid chromatography tandem-mass spectrometry，LC-MS/MS）作為“金標(biāo)準(zhǔn)”。但由于MS分析儀系統(tǒng)復(fù)雜、維持其精密度以獲得準(zhǔn)確的結(jié)果亦具有一定難度，MS技術(shù)常被視作“無其他方法可用時的最佳技術(shù)”。

MS分析儀根據(jù)m/z[離子質(zhì)量（相對原子質(zhì)量）÷ 電荷數(shù)]分析被測物的質(zhì)量。例如，25-羥基維生素D3的相對原子質(zhì)量為400，當(dāng)加入1個質(zhì)子[（400+1）個質(zhì)子]而帶單電荷時，可在m/ z為401處被檢測到；當(dāng)加入2個質(zhì)子而帶雙電荷時[（400+2）個質(zhì)子，402/2 = 201]，可在m/z為201處被檢測到。通常以m/z衡量準(zhǔn)確度，檢測越準(zhǔn)確則分子式鑒定能力越強(qiáng)。仍以25-羥基維生素D3為例，其分子式為C27H44O2，分子離子經(jīng)質(zhì)子化后的相對原子質(zhì)量為401（加入1個質(zhì)子形成C27H45O2），其精確質(zhì)量保留至5位小數(shù)，為401.341 97。盡管經(jīng)質(zhì)子化的C27H45O2（25-羥基維生素D3，m/z為401.341 97）與C28H49O（菜油甾醇，m/z為401.370 52）之間的質(zhì)量差異僅為0.028 55，但MS技術(shù)仍可通過m/z精確區(qū)分兩者。檢測誤差決定了質(zhì)量檢測結(jié)果所對應(yīng)的潛在分子式的數(shù)量。高分辨質(zhì)譜儀（high resolution mass spectrometer，HRMS）能精確離子m/z。

整體準(zhǔn)確性及有效位數(shù)層面的質(zhì)量檢測能力是區(qū)分不同類型MS分析儀的標(biāo)準(zhǔn)之一。為提升整體準(zhǔn)確性，MS分析儀常采用四極桿作為質(zhì)量過濾器。四極桿由4根桿組成，以相對的2根桿為1組，通過在2組桿上施加相抵消的直流電高頻電壓來實(shí)現(xiàn)質(zhì)量過濾。許多MS分析儀都可提供準(zhǔn)確的質(zhì)量信息，如檢測加速離子飛行時間的飛行時間（time of flight，TOF）MS分析儀[7-8]，檢測捕獲離子振蕩頻率的分析儀——利用磁場捕獲離子的傅里葉變換質(zhì)譜分析儀（Fourier transform mass spectrometer，F(xiàn)TMS）與通過經(jīng)典吸引平衡離子慣性進(jìn)行捕獲的軌道阱MS分析儀[9-11]。

多重MS技術(shù)的聯(lián)用令MS分析儀能夠在離子水平上同時進(jìn)行多項(xiàng)臨床實(shí)驗(yàn)。由3個緊密聯(lián)系的四極桿分析儀組成的三重四極桿較為常用，其常見的工作模式見圖1[12]。最簡單的模式是全掃描，在質(zhì)量分析器設(shè)定的掃描范圍內(nèi)采集生成的全部離子的信號，Q1與Q3同時進(jìn)行掃描，Q2設(shè)置為所有離子可通過、不含碰撞氣體，見圖1（a）；產(chǎn)物離子掃描可對不同質(zhì)量的分子進(jìn)行定量檢測，Q1設(shè)置為僅特定m/z的離子可通過，Q2中充入碰撞氣體令離子碎片化，Q3對片段產(chǎn)物進(jìn)行掃描，見圖1（b）；母離子掃描可用于確定一類待測物中的所有母離子，識別共同碎片并觀察產(chǎn)生該碎片的所有母離子，由Q1進(jìn)行掃描，在Q2中通過碰撞氣體使離子碎片化，Q3僅識別特定m/z的離子，該模式可檢測單個樣品中所有糖基化類型，見圖1（c）；與母離子掃描相近的是中性丟失掃描，該模式對Q1與Q3同時進(jìn)行掃描，將兩者質(zhì)量抵消偏移，Q2中充入碰撞氣體進(jìn)行離子片段化處理，可通過觀察m/ z為18（相當(dāng)于水）處的中性丟失情況來識別所有含羥基的離子，見圖1（d）；選擇反應(yīng)監(jiān)測（selected reaction monitoring，SRM）為一種三重四極桿分析儀常用的模式，可用于定量分析，Q1與Q3用于質(zhì)量分析，Q2通過碰撞氣體進(jìn)行碎片化反應(yīng)，見圖1（e）。SRM進(jìn)一步升級即為多重反應(yīng)監(jiān)測（multiple reaction monitoring，MRM），MRM以SRM為基礎(chǔ)，利用數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)循序選擇多重反應(yīng)類別。當(dāng)MS分析儀連接色譜分離入口時，該模式尤顯重要。多重母子離子對即母離子與碎片離子的組合，可在特定時間內(nèi)對色譜洗脫出的特定待測物進(jìn)行監(jiān)測。如采用化學(xué)性質(zhì)與待測物相同的同位素標(biāo)記標(biāo)準(zhǔn)品，則標(biāo)準(zhǔn)品與待測物的母子離子對同樣可通過MRM進(jìn)行監(jiān)測。各母子離子對的觀察時間短且與色譜層析圖譜峰寬相關(guān)，可準(zhǔn)確測量峰面積并計(jì)算待測物濃度。SRM與MRM的特異性大幅提升了試驗(yàn)信噪比，提高了靈敏度。

圖1 三重四級桿工作模式

串聯(lián)四極桿可與精密質(zhì)量儀聯(lián)用，較常見的包括Qq-TOF、Qq-FTMS與Qq-Orbitrap[Q代表掃描四極桿，q代表碰撞（碎片）四極桿]。這類儀器可運(yùn)行上述所有模式，其檢測結(jié)果更為準(zhǔn)確。

1.2 離子化

MS分析均以離子為基礎(chǔ)，故待測物經(jīng)MS分析儀檢測前需進(jìn)行離子化，是MS檢測的基本操作。MS分析儀采用過各類離子源，不斷推陳出新，就像許多MS分析儀曾風(fēng)靡一時但如今不再使用一樣。

目前，臨床實(shí)驗(yàn)室MS檢測常用的是LC技術(shù)，LC-MS檢測最常涉及的電離方式有3種：電噴霧電離（electrospray ionization，ESI）、大氣壓化學(xué)電離（atmospheric-pressure chemical ionization，APCI）及大氣壓光電離（atmospheric-pressure photoionization，APPI）。（1）ESI最為常用，盡管工作機(jī)制尚未完全明確，但重要的是ESI過程始于對預(yù)制離子液的霧化[13]。液滴隨著溶劑分子的“揮發(fā)”而不斷收縮，直至庫侖爆炸令其碎片化。該過程持續(xù)至溶劑完全去除，留下帶電離子經(jīng)過錐孔（大小需滿足維持分析過程中的真空需求）進(jìn)入MS分析儀。同軸氣流可輔助霧化，附加氣流利于溶劑蒸發(fā)，兩者均可提高流速。電噴霧常產(chǎn)生多種帶電離子，增加電荷數(shù)量可提升MS分析儀的有效檢測范圍。（2）APCI采用LC流出物氣流輔助噴射技術(shù)，通過電暈針放電令溶液分子產(chǎn)生活性成分，使待測物分子質(zhì)子化或去質(zhì)子化，生成MS分析所需的帶電物質(zhì)。（3）APPI同樣采用氣流輔助霧化，但通過紫外線光源對待測物直接電離，或?qū)饺雵婌F的助劑分子進(jìn)行電離從而使待測物離子化。盡管APPI僅適用于含芳香基團(tuán)的特定類型待測物，但其信噪比極佳，故分析靈敏度非常高。這3類離子化技術(shù)均可與其他類型流體色譜法聯(lián)用。ESI與APCI常產(chǎn)生質(zhì)子化分子離子，通過向待測物添加1個質(zhì)子（H+）來觀察帶正電荷的離子，或通過分子離子去質(zhì)子化（去除H+）來觀察帶負(fù)電荷的離子。APPI常通過丟失1個電子產(chǎn)生激發(fā)態(tài)陽離子。這3類離子化技術(shù)均屬于“軟”電離技術(shù)，主要產(chǎn)生準(zhǔn)分子離子，通過檢測待測物中所有特定m/z的離子來提高其靈敏度。

GC是與MS分析儀最早進(jìn)行聯(lián)用的色譜技術(shù)[14-15]，在臨床實(shí)驗(yàn)室已有較豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，但該技術(shù)如今已不及LC運(yùn)用普遍。GC/MS采用電子轟擊（electron impact，EI）電離技術(shù)，優(yōu)勢在于不同儀器所獲得的結(jié)果重復(fù)性較好，能提供大量信息，可外接數(shù)據(jù)庫能輔助鑒定化合物。與APCI相似，GC亦可向離子源中加入附加反應(yīng)物，使其離子化并反應(yīng)生成可與待測物進(jìn)一步反應(yīng)的物質(zhì)，經(jīng)質(zhì)子化或去質(zhì)子化形成帶正電荷的陽離子或帶負(fù)電荷的陰離子。這種離子化形式亦稱化學(xué)電離（chemical ionization，CI），可減少化合物碎片質(zhì)量的差異，常用于測定未知物質(zhì)的相對分子質(zhì)量。

并非MS技術(shù)分析的所有樣品都需要進(jìn)行色譜分析。基質(zhì)輔助激光解吸離子化技術(shù)（matrix-assisted laser desorption/ionization，MALDI）常用于蛋白、多肽、寡核苷酸及細(xì)菌檢測[16]。將待測物與吸收紫外光（ultraviolet，UV）的基質(zhì)溶劑混合，點(diǎn)樣于光滑金屬板上，干燥后放入MS源，一旦達(dá)到適宜的真空狀態(tài)，斑點(diǎn)受脈沖UV激光照射會令少量待測物自樣品中釋出，反應(yīng)生成預(yù)形成離子或離子作為分析物進(jìn)入MS分析儀。TOF MS電離呈脈沖性，常用于檢測。MALDI可用于MS成像研究。

另一類已成功運(yùn)用于固體樣品電離的技術(shù)統(tǒng)稱為解吸電離[17]。該技術(shù)通過ESI或APCI電離溶劑后導(dǎo)向固體樣品。電離溶劑與固體反應(yīng)后令待測物解吸并離子化，隨后導(dǎo)入MS分析儀。該技術(shù)已可用于干血斑（dried blood spot，DBS）[18]分析及MS成像。

MS分析儀聯(lián)合電感耦合等離子體（inductively coupled plasma，ICP）炬管可組成ICP-MS，能夠檢測金屬物質(zhì)。該電離法采用高溫（～ 10 000 K）氬氣等離子體氣流分裂樣品并電離。儀器可直接檢測樣品中的金屬物質(zhì)，有效開展重金屬中毒篩查[19]或聯(lián)合色譜分析明確待測物類別，提供有關(guān)金屬物質(zhì)化學(xué)環(huán)境的信息[20]。目前臨床化學(xué)色譜分析中廣泛采用的電離技術(shù)見表1。

表1 臨床化學(xué)色譜分析常用電離技術(shù)的比較

1.3 樣品導(dǎo)入

正如MS檢測采用各類離子源一樣，樣品導(dǎo)入技術(shù)同樣也有許多種。其中一些基于分離輔助混合物分析，其他則側(cè)重于主體樣品，部分具有成像功能。

臨床化學(xué)最常用的2種色譜分析法為LC和GC，SFC、凝膠電泳、CE和凝膠滲透色譜（gel permeation chromatography，GPC）等較少被采用[21]。除凝膠電泳外，其他方法均可通過表1中的電離技術(shù)直接與MS分析儀串聯(lián)。SFC流動相多采用加壓二氧化碳，常用于手性分子分離[22]。CE同凝膠電泳一樣利用電場進(jìn)行分離，但在狹小的毛細(xì)管中進(jìn)行[23]。GPC亦稱尺寸排阻色譜（size-exclusion chromatography，SEC），常用于檢測較大生物分子，與傳統(tǒng)LC不兼容[24]。

LC技術(shù)正處在儀器根本性的變革中。2004年美國Waters公司推出了超高效液相色譜（ultra-performance liquid chromatography，UPLC）。該高效液相色譜（high-performance liquid chromatography，HPLC）系統(tǒng)泵的最大工作壓力可達(dá)1 000 bar（15 000 psi），較以往提升了2倍，令柱化學(xué)新技術(shù)得以被采用，尤其對于較小粒徑的物質(zhì)，反過來提高了色譜分辨率并減少了色譜運(yùn)行時間。如上述，解吸技術(shù)可用于非成像檢測，也可用作二維或三維樣品成像。ICP可直接將樣品導(dǎo)入MS分析儀[25]，也可通過連接LC加以實(shí)現(xiàn)[19]。LC-ICP-MS技術(shù)可明確樣品中金屬物質(zhì)的種屬。

1.4 待測物類型、來源及用戶群體

臨床MS檢測樣品的制備根據(jù)MS分析儀的分析類型、待測物、進(jìn)樣系統(tǒng)及離子源而不同[26-30]。樣品類型與來源對樣品制備及預(yù)期的檢測結(jié)果影響極大。樣品制備最簡單的方式是“稀釋后直接進(jìn)樣”，正如其字面意義，該法采用可溶溶劑對樣品簡單稀釋，常用于尿液檢測[31]；另一種稍復(fù)雜的樣品制備技術(shù)是蛋白沉淀，該法將溶劑加入血液樣品，令蛋白凝聚并沉淀，常通過離心加強(qiáng)這一過程，一般無法去除樣品中的基質(zhì)或脂質(zhì)干擾。液-液萃取是與既往技術(shù)相比具有一定優(yōu)勢的經(jīng)典樣品制備技術(shù)，但難以實(shí)現(xiàn)自動化。固相萃取技術(shù)使用固化吸附劑吸附待測物，可徹底清除樣品中的基質(zhì)或脂質(zhì)干擾[32]。固化吸附劑的親和力不同，需根據(jù)樣品及待測物類型進(jìn)行選擇，未被吸附的干擾物經(jīng)洗脫后，要采用強(qiáng)溶劑再次洗脫待測物。成功制備樣品的關(guān)鍵在于通過操作達(dá)到所需的樣品清潔度及充分的檢出限（limit of detection，LOD）即可，超出檢測所需的制備操作會增加時間與成本。常用LC-MS/MS樣品制備技術(shù)的比較見表2。

GC-MS分析要注意的是：待測物應(yīng)能夠利用GC熱揮發(fā)進(jìn)行分離。如待測物分子不揮發(fā)或受熱降解，則在保證樣品潔凈度的同時，還要進(jìn)行衍生化處理令其揮發(fā)[33-34]。

MALDI及其他未涉及色譜層析分離的技術(shù)采用不同的樣品制備方式。定量MALDI與LCMS/MS相似，常采用同位素標(biāo)記內(nèi)標(biāo)加入已知濃度樣品。在相同溶劑中溶解樣品與基質(zhì)會帶來結(jié)晶、非必要沉淀等問題。微生物MS檢測要求樣品制備方式有較高的重復(fù)性，以便查閱。MALDI及其他成像技術(shù)則需維持樣品空間構(gòu)型[35]。ICP-MS需要排除受外部環(huán)境污染的可能[36]，所以對樣品清潔度要求極高。

表2 常用LC-MS/MS樣品制備技術(shù)的比較

2 臨床實(shí)驗(yàn)室開展MS檢測所面臨的挑戰(zhàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)室自建檢測項(xiàng)目（laboratory developed test，LDT）標(biāo)準(zhǔn)化的不足[37]

LDT指由臨床實(shí)驗(yàn)室自行開發(fā)的檢測項(xiàng)目。許多臨床實(shí)驗(yàn)室開展LDT檢測的方法相似，但仍缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)。盡管供應(yīng)商正在著手開發(fā)囊括所有針對特定待測物檢測所需的試劑、柱以及包括分析軟件在內(nèi)的“試劑盒”，但大部分臨床實(shí)驗(yàn)室對流動相、校準(zhǔn)措施、質(zhì)控措施以其他檢測所需組件仍采用自行研發(fā)的方式。雖然在監(jiān)管、標(biāo)準(zhǔn)化及室間比對等方面已做了一些努力，但不同臨床實(shí)驗(yàn)室間的檢測結(jié)果仍存在差異。

2.2 缺少合適的內(nèi)標(biāo)

經(jīng)同位素標(biāo)記的“重”標(biāo)準(zhǔn)品已經(jīng)十分普遍[38]，其與待測物化學(xué)性質(zhì)完全相同，但特定元素被較重的同位素所代替，如2H、13C、15N與18O等。被替代的元素?cái)?shù)目各異，但待測物分子質(zhì)量的增加要求其可與標(biāo)準(zhǔn)品易于區(qū)分，所以有必要為每個待測物都設(shè)立特定標(biāo)記內(nèi)標(biāo)，但在檢測多個待測物或仍缺乏標(biāo)記物時，可考慮采用替代標(biāo)準(zhǔn)品。這種情況下，標(biāo)準(zhǔn)品的化學(xué)性質(zhì)應(yīng)盡可能與待測物接近，由于待測物洗出時存在干擾物質(zhì)會減弱MS信號，采用同位素標(biāo)記標(biāo)準(zhǔn)品可部分補(bǔ)償這類離子抑制效應(yīng)[39]。

ESI最易受到離子抑制的影響，APCI與APPI則較少受離子抑制影響。如利用色譜分辨率自無活性的異構(gòu)體表睪酮中分離出睪酮是較為困難的[40]，因?yàn)閮烧哔|(zhì)量相同且質(zhì)量譜非常接近，準(zhǔn)確定量要求一定的色譜分辨率。同樣，隨著對不同形式維生素D檢測需求的日益凸顯[41]，色譜分離需進(jìn)一步努力提高分辨率。當(dāng)被測物質(zhì)量不同時可不采用色譜分離，色譜設(shè)備供應(yīng)商已開始通過柱化學(xué)提高分辨率，但需對儀器進(jìn)行更換，成本較高。

2.3 LC與GC分離所需的時間

為確保GC分析的熱穩(wěn)定性，特別是需要進(jìn)行衍生化處理時，會延長樣品制備的時間。

2.4 樣品制備過程無法實(shí)現(xiàn)自動化[42]

樣品制備需基于樣品類型、待測物、分析方法、已有設(shè)備、操作人員技術(shù)水平、各批次樣品數(shù)量、樣品制備與儀器（柱）污染間的成本/時間平衡，因此關(guān)于何為“最佳”樣品制備方法的意見尚未統(tǒng)一。血液、血漿與血清被視為最復(fù)雜的樣品基質(zhì)，需要最煩瑣的制備處理，常需要多次蛋白沉淀與提取，而其他液體樣品制備則較簡單，可能僅需“稀釋后直接進(jìn)樣”即可。穩(wěn)定、易行的樣品制備方法是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可重復(fù)的定量分析的關(guān)鍵之一。自動化樣品制備雖然備受期待，其在高通量檢測中的前景最為開闊，但前期開發(fā)耗時長且設(shè)備耗材費(fèi)用高昂。

2.5 實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)的限制[43]

處理帶有批次樣品結(jié)果的電子數(shù)據(jù)表并進(jìn)行手工輸入是數(shù)據(jù)處理的限速步驟，即便數(shù)據(jù)分析是自動化的，但仍需人工進(jìn)行核對，包括對檢測適應(yīng)癥、校準(zhǔn)和質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)的回顧以及人工核對臨床樣品峰值。

2.6 專業(yè)人員的短缺[44]

操作者是結(jié)果重復(fù)性及實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。目前，美國的許多臨床實(shí)驗(yàn)室都存在專業(yè)人員短缺的問題。臨床化學(xué)MS實(shí)驗(yàn)室對人員技術(shù)水平的要求高于自動化實(shí)驗(yàn)室，需同時具備手工樣品制備、色譜及儀器日常維護(hù)能力。美國臨床化學(xué)學(xué)會（American Association for Clinical Chemistry，AACC）質(zhì)譜與分離分委會（Mass Spectrometry and Separation Sciences Division，MS3）等組織正努力在這方面提供更多的培訓(xùn)機(jī)會。

2.7 財(cái)務(wù)考量[45]

通常，MS分析儀及其相關(guān)設(shè)備的前期成本高昂，一旦方法建立后單個檢測成本較低，兩方面可相互平衡，但如果由實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)直接或間接培訓(xùn)成本，則花費(fèi)較大。另外，MS實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)人員尤其是LDT開發(fā)人員需接受大量培訓(xùn)來掌握豐富的經(jīng)驗(yàn)、最先進(jìn)的技術(shù)，這也需要大筆資金。

3 未來的儀器

MS技術(shù)不斷發(fā)展。隨著更多創(chuàng)新技術(shù)用于臨床檢測，相關(guān)儀器也不斷被研發(fā)出來。LC/LC等色譜層析領(lǐng)域的科研進(jìn)展[46]在未來幾年將產(chǎn)生較大影響，樣品制備步驟的整合及自動化（如線上自動化樣品制備）同樣會影響深遠(yuǎn)[47]?；诜肿託庀嘈螒B(tài)的創(chuàng)新離子遷移分離開拓了新方向。未來某些標(biāo)準(zhǔn)化定量檢測儀器可能會集成納入臨床分析系統(tǒng)，而特定檢測的相應(yīng)試劑盒也會出現(xiàn)[48-49]?？傮w而言，臨床MS檢測領(lǐng)域被遠(yuǎn)大的目標(biāo)所驅(qū)動著，包括：更靈敏、分辨率更高、更自動化、定量更準(zhǔn)確、應(yīng)用更廣泛、與實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)整合更好。儀器系統(tǒng)的小型化與成本的降低令即時檢驗(yàn)有望在醫(yī)生辦公室或診所開展，發(fā)展出供篩查使用的便攜式現(xiàn)場檢測設(shè)備[50]。

4 總結(jié)

MS技術(shù)的應(yīng)用雖尚未普及，但將成為臨床實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展重點(diǎn)。三重四級桿將廣泛用于定量檢測，MALDI-TOF MS將用于成像及微生物鑒定。檢測目的、樣品及基質(zhì)情況決定了MS分析儀類型及離子化方法的選擇。樣品制備是臨床MS檢測的關(guān)鍵，方法開發(fā)過程中要對樣品制備的速度、靈敏度及成本進(jìn)行考慮及優(yōu)化。

目前，MS檢測所面臨的挑戰(zhàn)源于多方面，挑戰(zhàn)同時也帶來機(jī)遇：采用新的色譜分離技術(shù)，發(fā)明新的分析方法，發(fā)現(xiàn)需要檢測的新分子，發(fā)布影響臨床MS技術(shù)應(yīng)用的新規(guī)定等。儀器的速度不斷加快，靈敏度不斷提升，驅(qū)動著這一最激動人心的創(chuàng)新領(lǐng)域不斷發(fā)展。新一代儀器不斷涌現(xiàn)，色譜技術(shù)也進(jìn)入復(fù)興中，其他類型MS技術(shù)的改進(jìn)顯著提升了TOF及軌道阱MS分析儀在定量檢測中的適用性。

臨床MS檢測的潛力不可限量，但也充滿挑戰(zhàn)。希望這篇綜述能幫助讀者對MS設(shè)備及進(jìn)樣系統(tǒng)的現(xiàn)狀有所了解，為臨床應(yīng)用與決策提供指導(dǎo)。

[1]YOST R A， ENKE C G. Triple quadrupole mass spectrometry for direct mixture analysis and structure elucidation[J]. Anal Chem， 1979，51（12）：1251-1264.

[2]SHACKLETON C. Clinical steroid mass spectrometry： a 45-year history culminating in HPLC-MS/MS becoming an essential tool for patient diagnosis[J]. J Steroid Biochem Mol Biol，2010，121（3-5）： 481-490.

[3]LEHOTAY D C， CLARKE J T. Organic acidurias and related abnormalities[J]. Crit Rev Clin Lab Sci，1995，32（4）： 377-429.

[4]MILLINGTON D S， KODO N， NORWOOD D L， et al. Tandem mass spectrometry： a new method for acylcarnitine profiling with potential for neonatal screening for inborn errors of metabolism[J]. J Inherit Metab Dis， 1990，13（3）： 321-324.

[5]BLAKLEY C R， VESTAL M L. Thermospray interface for liquid chromatography/mass spectrometry[J]. Anal Chem， 1983，55（4）：750-754.

[6]ADAWAY J E， KEEVIL B G， OWEN L J. Liquid chromatography tandem mass spectrometry in the clinical laboratory[J]. Ann Clin Biochem， 2015，52（Pt 1）： 18-38.

[7]COTTER R J， SWATKOSKI S， BECKER L， et al.Time-of-flights and traps： from the Histone Code to Mars[J]. Eur J Mass Spectrom（Chichester），2010， 16（3）： 331-340.

[8]PLASS W R， DICKEL T， SCHEIDENBERGER C. Multiple-reflection time-of-flight mass spectrometry[J]. Int J Mass Spectrom，2013， 349-350 ： 134-144.

[9]COMISAROW M B， MARSHALL A G. Frequency-sweep Fourier transform ion cyclotron resonance spectroscopy[J]. Chem Phys Lett， 1974，26（4）：489-490.

[10]COMISAROW M B， MARSHALL A G. Fourier transform ion cyclotron resonance spectroscopy[J].Chem Phys Lett， 1974，25（2）： 282-283.

[11]MAKAROV A. Electrostatic axially harmonic orbital trapping： a high-performance technique of mass analysis[J]. Anal Chem， 2000，72（6）： 1156-1162.

[12]DE HOFFMANN E. Tandem mass spectrometry： a primer[J]. J Mass Spectrom， 1996，31（2）： 129-137.

[13]KEBARLE P， VERKERK U H. A brief overview of the mechanisms involved in electrospray mass spectrometry[M].Weinheim：Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA， 2010：1-35.

[14]GOHLKE R S. Time-of-flight mass spectrometry and gas-liquid partition chromatography[J]. Anal Chem，1959，31： 535-541.

[15]GOHLKE R S， MCLAFFERTY F W. Early gas chromatography/mass spectrometry[J]. J Am Soc Mass Spectrom， 1993，4（5）： 367-371.

[16]WILKINS C L， LAY J O. Identification of microorganisms by mass spectrometry[J]. Chem Anal,2006，2006：169.

[17]TAKáTS Z， WISEMAN J M， GOLOGAN B，et al. Mass spectrometry sampling under ambient conditions with desorption electrospray ionization[J].Science， 2004，306（5695）： 471-473.

[18]WAGNER M， TONOLI D， VARESIO E， et al.The use of mass spectrometry to analyze dried blood spots[J]. Mass Spectrom Rev， 2016，35（3）：361-438.

[19]RODUSHKIN I， ENGSTR?M E， BAXTER D C.Isotopic analyses by ICP-MS in clinical samples[J].Anal Bioanal Chem， 2013，405（9）： 2785-2797.

[20]DELAFIORI J， RING G， FUREY A. Clinical applications of HPLC-ICP-MS element speciation： a review[J]. Talanta， 2016，153： 306-331.

[21]LUNDANES E， REUBSAET L， GREIBROKK T. Chromatography： basic principles， sample preparations and related methods[M]. New Jersey：John Wiley and Sons，2013.

[22]HSIEH Y. Supercritical fluid chromatography-mass spectrometry[J]. Boca Raton：CRC Press，2010：277-296.

[23]PONTILLO C， FILIP S， BORRAS D M， et al.CE-MS-based proteomics in biomarker discovery and clinical application[J]. Proteomics Clin Appl， 2015，9（3-4）： 322-334.

[24]GELL D A， GRANT R P， MACKAY J P. The detection and quantitation of protein oligomerization[J]. Adv Exp Med Biol， 2012，747： 19-41.

[25]LINGE K L， JARVIS K E. Quadrupole ICP-MS：introduction to instrumentation， measurement techniques and analytical capabilities[J]. Geostand Geoanal Res， 2009，33（4）： 445-467.

[26]MEYER G M， MAURER H H， MEYER M R.Multiple stage MS in analysis of plasma， serum，urine and in νitro samples relevant to clinical and forensic toxicology[J]. Bioanalysis， 2016，8（5）： 457-481.

[27]MESMIN C， VAN OOSTRUM J， DOMON B.Complexity reduction of clinical samples for routine mass spectrometric analysis[J]. Proteomics Clin Appl， 2016，10（4）： 315-322.

[28]PERSONA K， MADEJ K， KNIHNICKI P， et al.Analytical methodologies for the determination of benzodiazepines in biological samples[J]. J Pharm Biomed Anal， 2015，113： 239-264.

[29]BOURGOGNE E， WAGNER M. Sample preparation and bioanalysis in mass spectrometry[J]. Ann Biol Clin（Paris）， 2015，73（1）： 11-23.

[30]FARHADI K， HATAMI M， MATIN A A.Microextraction techniques in therapeutic drug monitoring[J]. Biomed Chromatogr， 2012，26（8）： 972-989.

[31]DEVENTER K， POZO O J， VERSTRAETE A G，et al. Dilute-and-shoot-liquid chromatography-mass spectrometry for urine analysis in doping control and analytical toxicology[J]. TrAC Trends Anal Chem，2014，55： 1-13.

[32]FRITZ J S. Solid-phase extraction： principles，techniques and applications [J]. J Am Chem Society，2000，122（49）： 12411-12412.

[33]KUELPMANN W R， HANNAK D. Methods for clinical toxicological analysis[M]. Weinheim：Wiley-VCH Verlag GmbH and Co. KGaA， 2009：25-58.

[34]WUDY S A， HOMOKI J. Profiling steroids by gas chromatography-mass spectrometry： clinical applications[M]. Switzerland: S Karger AG， 2003：427-449.

[35]BAKER T C， HAN J， BORCHERS C H. Recent advancements in matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry imaging[J]. Curr Opin Biotechnol， 2017，43： 62-69.

[36]MARCINKOWSKA M， BARALKIEWICZ D.Multielemental speciation analysis by advanced hyphenated technique-HPLC/ICP-MS： a review[J].Talanta， 2016，161： 177-204.

[37]THOMPSON B M， SCOTT B I， BOIANI J A.Understanding the Food and Drug Administration's jurisdiction over laboratory-developed tests and divisions between food， drug， and cosmetic actregulated and Clinical Laboratory Improvement Amendments of 1988-regulated activities[J]. Clin Lab Med， 2016，36（3）： 575-585.

[38]LEHMANN W D. A timeline of stable isotopes and mass spectrometry in the life sciences[J]. Mass Spectrom Rev， 2017，36（1）： 58-85.

[39]ANNESLEY T M. Ion suppression in mass spectrometry[J]. Clin Chem， 2003，49（7）：1041-1044.

[40]VILJANTO M， SCARTH J， HINCKS P， et al.Application of testosterone to epitestosterone ratio to horse urine-a complementary approach to detect the administrations of testosterone and its pro-drugs in thoroughbred geldings[J]. Drug Test Anal， 2017，9（9）： 1328-1336.

[41]CARTER G D， JONES J C， SHANNON J， et al.25-Hydroxyvitamin Dassays： potential interference from other circulating vitamin dmetabolites[J]. J Steroid Biochem Mol Biol， 2016，164： 134-138.

[42]ZHANG Y V， ROCKWOOD A. Impact of automation on mass spectrometry[J]. Clin Chim Acta， 2015，450： 298-303.

[43]FRENCH D， TERRAZAS E. The successful implementation of a licensed data management interface between a Sunquest（?） laboratory information system and an AB SCIEXTMmass spectrometer[J]. J Pathol Inform， 2013，4： 1.

[44]CORTELYOU-WARD K， RAMIREZ B，ROTARIUS T. The laboratory workforce shortage：a managerial perspective[J]. Health Care Manag（Frederick）， 2011，30（2）： 148-155.

[45]GARG U， ZHANG Y V. Mass spectrometry in clinical laboratory： applications in biomolecular analysis[J]. Methods Mol Biol， 2016，1378： 1-9.

[46]STOLL D R， CARR P W. Two-dimensional liquid chromatography： a state of the art tutorial[J].Analytical Chem， 2017，89（1）： 519-531.

[47]WEI D， LI M， KING K W， et al. Online and automated sample extraction[J]. Bioanalysis， 2015，7（17）： 2227-2233.

[48]JOHNSON-DAVIS K L， JUENKE J M， THOMAS R L， et al. Everolimus method comparison between Waters MassTrakTMImmunosuppressants XE（IUO） kit and an in-house laboratory developed LC-MS/MS method in renal transplant patients[J].Ann Clin Lab Sci， 2015，45（1）： 27-31.

[49]SAITMAN A， METUSHI I G， MASON D S，et al. Evaluation of the Waters MassTrak LC-MS/MS assay for tacrolimus and a comparison to the Abbott architect immunoassay[J]. Ther Drug Monitor，2016，38（3）： 300-304.

[50]FERREIRA C R， YANNELL K E， JARMUSCH A K， et al. Ambient ionization mass spectrometry for point-of-care diagnostics and other clinical measurements[J]. Clin Chem， 2016，62（1）：99-110.