常壓敞開式離子源質(zhì)譜技術(shù)的應(yīng)用

張世永 張騰 趙晨 王玉濤

摘 要：近年來，鑒于常壓敞開式離子源質(zhì)譜技術(shù)具有檢測方便、快速、實(shí)時性強(qiáng)等優(yōu)勢，其研發(fā)與應(yīng)用成為質(zhì)譜學(xué)與離子源領(lǐng)域中備受關(guān)注的研究方向。本文主要介紹了常壓敞開式質(zhì)譜離子源技術(shù)的應(yīng)用，如果蔬檢測、毒品檢測、煙草檢測與中草藥檢測，并通過對現(xiàn)有技術(shù)的介紹分析其未來發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：常壓敞開式離子源 ?檢測

前言

現(xiàn)如今，在生物化學(xué)、制藥加工、食品安全、環(huán)境監(jiān)測、公共衛(wèi)生及維穩(wěn)治安等諸多領(lǐng)域都可以看到檢測技術(shù)的廣泛應(yīng)用。其中，常規(guī)檢測技術(shù)主要包括氣相色譜法、高效液相色譜法與色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法等，這些檢測方法雖然靈敏度、準(zhǔn)確性與精密度均較高且檢測結(jié)果可靠，但存在樣品前處理步驟繁瑣、儀器設(shè)備成本高昂且需要專業(yè)技術(shù)人員操作、檢測時間長等缺點(diǎn)[1]，無法滿足快速、實(shí)時及低成本檢測的實(shí)際需求。快速檢測技術(shù)的發(fā)展提供了更加快速與低成本的檢測手段，可作為常規(guī)檢測技術(shù)的補(bǔ)充[2]。

快速檢測方法（以下簡稱“快檢”）因具有檢測快速、操作簡便、人員要求較低等優(yōu)點(diǎn)，能有效擴(kuò)大監(jiān)管覆蓋面、提高靶向針對性，現(xiàn)已成為保障人體健康安全的一項(xiàng)重要技術(shù)支撐手段。其中，常壓敞開式離子源質(zhì)譜技術(shù)（AMS）是一個相對先進(jìn)的質(zhì)譜分析技術(shù)——不僅具有克服常規(guī)檢測技術(shù)問題的潛力，給出的結(jié)果也與其相當(dāng)。近幾年，AMS的快速發(fā)展十分引人注目，現(xiàn)已出現(xiàn)超過40種不同的環(huán)境電離技術(shù)[3]。由于全球食品工業(yè)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)的關(guān)注，AMS正被研究其是否能得到比傳統(tǒng)技術(shù)更快的結(jié)果。常壓敞開式離子源質(zhì)譜技術(shù)的出現(xiàn)不僅保證了檢測的高靈敏性，也提升了樣品分析的效率。

本文主要對常壓敞開式離子源質(zhì)譜技術(shù)在果蔬農(nóng)藥殘留檢測、毒品檢測、藥品檢測及煙草代謝物檢測方面的應(yīng)用進(jìn)行介紹，并展望其應(yīng)用的發(fā)展趨勢。

1 果蔬檢測

眾所周知，我國是農(nóng)業(yè)大國，蔬菜和水果的生產(chǎn)消費(fèi)也位居世界前列。但是，果蔬中的農(nóng)藥殘留問題已成為危害公眾健康的重要因素。為控制農(nóng)藥殘留、保障食品安全和人們的身體健康，尋找高效的農(nóng)殘檢測技術(shù)具有重要的社會意義。

Gilbert-Lopez等[4]系統(tǒng)比較了APCI、DBDI和ESI對果蔬表面殘留殺蟲劑的響應(yīng)情況，以此評價(jià)DBDI-MS的實(shí)用性。結(jié)果表明，DBDI適用于殺蟲劑殘留的檢測，與APCI相比可以較好地減少基質(zhì)干擾。同時，該研究也得出ESI不易將農(nóng)藥離子化[5]的結(jié)果。通過iEESI-MS技術(shù)[6]，無需對樣品進(jìn)行前處理，即可直接迅速地分析紅辣椒與臍橙的果肉組織，并對其主要成分進(jìn)行檢測。

Wang等[7]采用DART-MS技術(shù)快速鑒定4種高危險(xiǎn)性農(nóng)藥——甲拌磷、呋喃丹、乙氧丙磷和氟蟲腈，同時還可以檢測出分析物二聚體的質(zhì)子與銨加合物。DART-MS在陽性模式下產(chǎn)生的優(yōu)勢離子主要為[M+H]+分子離子，其與DART源出口和陶瓷管之間的距離相關(guān)。Elena和Gertrud[8]也表明，[M+H]+離子在最大量時，二者之間的距離約為15mm。

Hanno Evard等[9]將紙噴霧質(zhì)譜（PS-MS）作為農(nóng)藥檢測的篩選方法，且實(shí)驗(yàn)使用了兩種取樣方法——用紙擦拭表面與直接將樣品勻漿涂在紙上。就現(xiàn)有方法而言，對橙子中的抑霉唑和噻苯咪唑的擦拭方法的研究更為廣泛。對于均質(zhì)樣品，選擇3種基質(zhì)（橙子、西紅柿和葡萄）和5種不同化學(xué)性質(zhì)與極性的農(nóng)藥（噻苯咪唑、涕滅威、抑霉唑、滅多蟲和滅蟲威）。結(jié)果表明，這兩種方法均可達(dá)到低于最大殘留量的檢測限——抑霉唑和噻苯咪唑的檢測限低于5mg/kg。因此，該方法適用于樣品中農(nóng)藥殘留的快速篩查。此外，將擦拭方法應(yīng)用到當(dāng)?shù)爻械?1個樣本（橙子、葡萄柚、檸檬、酸橙、柑橘、西紅柿、蘋果、梨、草莓、葡萄和甜椒）以篩選出不同的殺蟲劑，發(fā)現(xiàn)抑霉唑和噻苯咪唑陽性3例、伊瑪唑陽性1例。

目前，山東國投鴻基研發(fā)的熱解析-電噴霧離子源（TD-ESI）搭載安捷倫三重四級桿質(zhì)譜儀開展了農(nóng)藥殘留實(shí)驗(yàn)。根據(jù)省級重點(diǎn)農(nóng)藥抽檢名單，應(yīng)用該設(shè)備對茄果類、核果類及葉菜類等果蔬進(jìn)行農(nóng)藥檢測，與色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的測試結(jié)果基本一致。同時，山東國投鴻基還與山東壽光檢測集團(tuán)合作共建快檢實(shí)驗(yàn)室，檢測農(nóng)產(chǎn)品種類涵蓋葉菜類、茄果類、豆類、瓜果類等。

2 毒品快速檢測

近年來，全世界范圍內(nèi)的毒品濫用有逐漸滲透到人們?nèi)粘Ｉ畹内厔?，如吸毒后駕車、在娛樂場所和工作場所濫用毒品等。其中，合成毒品增加的速度尤為突出。因此，對于合成毒品的快速檢測及監(jiān)督問題亟待解決。合成毒品大多在娛樂或工作場所使用，想要對其進(jìn)行檢測就需要在案發(fā)現(xiàn)場采取快速有效的方法來提取吸毒證據(jù)，是以快檢成為目前毒品檢測發(fā)展的一個重要趨勢[10]。

連茹等[11]利用實(shí)時直接分析（DART）離子源結(jié)合飛行時間質(zhì)譜法（TOF-MS）快速篩查出毒品樣品中的安非他類物質(zhì)。2011年，AndrewH.Grange等[12]報(bào)道了用DART-TOF檢測分析苯丙胺、鹽酸偽麻黃堿、尼古丁、氯胺酮、苯環(huán)己哌啶（PCP）、嗎啡和海洛因等，同時還建立了篩查多種毒品的方法。2014年，WilcoF.Duvivier等[13]采用敞開式直接進(jìn)樣技術(shù)檢測頭發(fā)中的四氫大麻酚（THC），并對THC做了相關(guān)的線性和靈敏度的研究。結(jié)果表明，其在一定范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。

Edward Sisco等[14]利用熱解吸直接分析實(shí)時質(zhì)譜法（TD-DART-MS）分析測試了可卡因、甲基苯丙胺、大麻酚等34種藥物及其代謝物，并可以捕捉到0.2～5ng的微量水平。相較于傳統(tǒng)的DART-MS法，此類質(zhì)譜檢測技術(shù)組合的靈敏度提高了約30倍，樣品的重復(fù)性也提高近4倍。Ifeoluwa Ayodeji等[15]首次采用DART離子源與DMS結(jié)合測定安非他明及其衍生物的復(fù)雜混合物，為新的精神活性物質(zhì)的快速分離和表征提供了一種新的選擇。

Nie等[16]通過實(shí)時質(zhì)譜直接分析（DRAT-MS）搭載液相色譜/電噴霧四極桿飛行時間質(zhì)譜，在0.5分鐘內(nèi)測定11種精神活性物質(zhì)，并在5分鐘內(nèi)完成定量分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，DRAT-MS和LC-QTOFMS檢測最低量分別為5～40ng/mL與0.1～1ng/mL。兩種方法均表現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)（r2）均大于0.99。

此外，國內(nèi)毒品快檢技術(shù)的廣泛應(yīng)用也突顯出常壓敞開式離子源質(zhì)譜技術(shù)的優(yōu)勢，其中，車載技術(shù)的表現(xiàn)尤為明顯。毒品快速檢測車主要通過搭載常壓敞開式離子源來進(jìn)行毒品檢測，進(jìn)而發(fā)展成一體化化學(xué)檢驗(yàn)和信息處理查詢功能等綜合檢測技術(shù)。山東國投鴻基開發(fā)的快速檢測車將TD-ESI-MS/MS搬至車內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了隨時隨地檢測與防控的系統(tǒng)，是推動安全快速檢查形式從固定到移動的一大突破。

3 煙草代謝快速檢測

Jason D. Harper等[17]將一小撮（約250mg）哥本哈根無煙煙草暴露在LTP探針的等離子體中，記錄光譜顯示由質(zhì)子化尼古?。╩/z163）而產(chǎn)生的強(qiáng)烈信號。選擇m/z163離子進(jìn)行串聯(lián)質(zhì)譜分離實(shí)驗(yàn)，質(zhì)譜圖顯示出尼古丁的特征性裂解模式。

Chen等[18]利用解吸常壓化學(xué)電離質(zhì)譜技術(shù)（DAPCI-MS）在吸煙者皮膚表面檢測出尼古丁的物質(zhì)信號，并在吸煙者的衣服和皮膚表面檢測出尼古丁的主要代謝物——可替寧?？梢哉f，DAPCI-MS為體內(nèi)代謝組學(xué)研究和臨床診斷提供了一種“綠色”方法。

Kuki等[19]首次利用DART-MS和DART-MS/MS檢測二手煙和三手煙——通過實(shí)時質(zhì)譜直接分析法（DART-MS）檢測了一名吸煙者衣服上殘留的煙草煙霧污染。同時，利用DART-MS檢測到從吸煙者的手指轉(zhuǎn)移到其他物體上的三手煙。此外，其還以尼古丁為指示劑，利用DART-MS/MS技術(shù)對實(shí)驗(yàn)室空氣中的二手煙煙霧進(jìn)行檢測。

Daniel Carrizo等[20]利用大氣壓固體分析探針（ASAP），結(jié)合四極桿高分辨率質(zhì)譜和飛行時間檢測器對一些生物樣品（如尿液和唾液）進(jìn)行了煙草和尼古丁生物指標(biāo)的相關(guān)分析。檢測發(fā)現(xiàn)，尼古丁、尼古丁代謝物（如可替寧、尼古丁-N-葡萄糖醛酸等）和其他相關(guān)的煙草煙霧毒性化合物{如NNK 4-[甲基（亞硝基）氨基]-1-（3-吡啶基）-1-丁酮、安那他品等}均存在于分析樣品中。

有研究采用紙噴霧電離質(zhì)譜法（PS-MS）結(jié)合化學(xué)計(jì)量工具分別對合法與非法卷煙樣品進(jìn)行了提取與分析，測定出尼古丁和可替寧等成分。同時，質(zhì)子化可替寧（m/z177）的存在被證明是將香煙歸類為非法樣品的決定因素[21]。

Huang等[22]建立了一種快速分析粉末樣品的正面洗脫-紙層析-解吸-電暈束電離質(zhì)譜（FEPC/DCBI-MS）聯(lián)用方法，以此對室內(nèi)粉塵中的尼古丁進(jìn)行快速分析，并在獲得的質(zhì)譜圖中觀察到尼古?。╩/z163）的高強(qiáng)度信號。

Jiang等[23]建立了一種機(jī)械力化學(xué)萃?。∕CE）與實(shí)時質(zhì)譜直接分析（DART-MS）相結(jié)合的技術(shù)，也是同時測定卷煙填料中多種化學(xué)成分含量的簡便、快速、高通量的分析方法。利用MCE可成功提取尼古丁、煙堿、碳水化合物、有機(jī)酸、保濕劑和其他添加劑，然后用高分辨率DART-MS技術(shù)進(jìn)行檢測。結(jié)果顯示，不同品牌的香煙均顯示出獨(dú)特的化學(xué)特征和DART-MS圖譜。通過MCE與DART-MS聯(lián)用，從煙卷生料到獲得半定量結(jié)果只需要幾分鐘時間，提高了檢測效率。

山東國投鴻基研發(fā)的敞開式熱脫附離子源（TD-ESI）通過一次性取樣針直接刮取樣本人群的皮膚即可測定尼古丁和可替寧等成分。將TD-ESI與質(zhì)譜儀相結(jié)合進(jìn)行使用，無需樣品前處理，得到結(jié)果僅需要不到1分鐘的處理時間，極大地提高了工作效率。

4 中草藥檢測

Michael A. Marino等采用質(zhì)子核磁共振（NMR）技術(shù)，通過實(shí)時質(zhì)譜直接分析（DART-MS），對中草藥和藥粉中的合成大麻素類化合物進(jìn)行直接檢測，并對其進(jìn)行快速篩選。經(jīng)過簡單的樣品制備，對50mg中草藥樣品基質(zhì)進(jìn)行快速核磁共振檢測。結(jié)果表明，在15種草藥中發(fā)現(xiàn)了10種合成大麻素。這種將DART-MS與NMR聯(lián)用的技術(shù)能夠快速篩選粉末和中草藥樣品中的大麻素類化合物，可作為傳統(tǒng)GC-MS或LC-MS方法的補(bǔ)充。

近年來，DESI-MS在中藥材直接分析中的應(yīng)用得到了證實(shí)。例如，利用DESI-MS直接分析能使人產(chǎn)生幻覺的常用中藥——丹參。該研究采用雙面膠帶將丹參葉直接固定在顯微鏡載玻片上進(jìn)行DESI-MS分析，分析前不需要額外的預(yù)處理，以此完成了對丹參主要成分丹參素A、B、C、D/E和二維菌素B的鑒定和半定量分析。同樣的研究還表明，將DESI-MS與薄層色譜（TLC）相結(jié)合，即用DESI-MS直接分析薄層色譜板上分離出的樣品斑點(diǎn)，可以提高丹參中丹參素的含量。

Wang等建立了一種快速可靠的DART-MS方法用于黃連、黃芩、人參等一系列知名中藥的快速分析。采用50%（v/v）甲醇/水短時間超聲提取，直接進(jìn)行DART-MS分析，可快速檢測和鑒定中藥中的生物堿、黃酮類化合物和人參皂苷等主要成分，以實(shí)現(xiàn)中藥的快速鑒別。研究表明，優(yōu)化電離氣體溫度是制備高質(zhì)量光譜的關(guān)鍵。此外，對人參皂苷的分析表明，在檢測揮發(fā)性與質(zhì)子親和力相對較低的分子時，為優(yōu)化這一缺陷必須進(jìn)行衍生化。另有研究利用DART離子源對8種中藥進(jìn)行化學(xué)成分的快速分析，其中便包括生物堿類、黃酮類和部分人參皂苷等成分。同時，對延胡索甲素和乙素、人參皂苷進(jìn)行定量分析。

紙噴霧技術(shù)是以典型的色譜紙為固體基質(zhì)進(jìn)行電噴霧分離的技術(shù)，如將該技術(shù)應(yīng)用于板沙涼茶（BHT）的化學(xué)圖譜分析——直接將2μL BHT樣品放在三角色層紙上，在10μL萃取溶劑中對氨基酸、有機(jī)酸、三萜皂苷等多種活性成分進(jìn)行鑒定。在主成分分析的輔助下，該技術(shù)可以很好地區(qū)分來自不同制造商的樣品，以及合格和過期的產(chǎn)品。

Wang等利用Pipette-tip ESI分析技術(shù)，根據(jù)檢測到的人參皂甙模式快速分化人參、西洋參和三七這3種密切相關(guān)的人參藥材。另外，五味子和五倍子這兩種常用的中藥在質(zhì)量和功效上也有很大的不同，可借助木脂素模式進(jìn)行區(qū)別。該技術(shù)所提供的持久、穩(wěn)定、重復(fù)性好的信號使其具有良好的定量分析能力，有研究通過對茶葉樣品中咖啡因含量的定量測定證明了這一點(diǎn)。

5 展望

常壓敞開式離子源質(zhì)譜技術(shù)（Ambient Mass Spectrometry，AMS）是近年來新興的一種質(zhì)譜分析技術(shù)。自商業(yè)性常壓敞開式離子源質(zhì)譜技術(shù)在快速檢測市場出現(xiàn)以來，越來越多的研究者開始嘗試使用和發(fā)展該技術(shù)，并陸續(xù)取得不少研究成果，其應(yīng)用領(lǐng)域也愈發(fā)多樣化，如中藥組學(xué)、法醫(yī)、食品、疾病等。但是，在面對不同特性的檢測基質(zhì)時，如何更快速地簡化前處理過程，如何精確地定量、定性以及數(shù)據(jù)分析等問題還需加強(qiáng)研究，進(jìn)而為檢測提供更精準(zhǔn)、更快速的結(jié)果。

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