常壓敞開(kāi)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(lái)，鑒于常壓敞開(kāi)式離子源質(zhì)譜技術(shù)具有檢測(cè)方便、快速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，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(kāi)式質(zhì)譜離子源技術(shù)的應(yīng)用，如果蔬檢測(cè)、毒品檢測(cè)、煙草檢測(cè)與中草藥檢測(cè)，并通過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的介紹分析其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：常壓敞開(kāi)式離子源 ?檢測(cè)

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(cè)、公共衛(wèi)生及維穩(wěn)治安等諸多領(lǐng)域都可以看到檢測(cè)技術(shù)的廣泛應(yīng)用。其中，常規(guī)檢測(cè)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(cè)方法雖然靈敏度、準(zhǔn)確性與精密度均較高且檢測(cè)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(zhuān)業(yè)技術(shù)人員操作、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)[1]，無(wú)法滿(mǎn)足快速、實(shí)時(shí)及低成本檢測(cè)的實(shí)際需求。快速檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供了更加快速與低成本的檢測(cè)手段，可作為常規(guī)檢測(cè)技術(shù)的補(bǔ)充[2]。

快速檢測(cè)方法（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“快檢”）因具有檢測(cè)快速、操作簡(jiǎn)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(duì)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(kāi)式離子源質(zhì)譜技術(shù)（AMS）是一個(gè)相對(duì)先進(jìn)的質(zhì)譜分析技術(shù)——不僅具有克服常規(guī)檢測(cè)技術(shù)問(wèn)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(guò)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(kāi)式離子源質(zhì)譜技術(shù)的出現(xiàn)不僅保證了檢測(cè)的高靈敏性，也提升了樣品分析的效率。

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

1 果蔬檢測(cè)

眾所周知，我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，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(wèn)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(cè)技術(shù)具有重要的社會(huì)意義。

Gilbert-Lopez等[4]系統(tǒng)比較了APCI、DBDI和ESI對(duì)果蔬表面殘留殺蟲(chóng)劑的響應(yīng)情況，以此評(píng)價(jià)DBDI-MS的實(shí)用性。結(jié)果表明，DBDI適用于殺蟲(chóng)劑殘留的檢測(cè)，與APCI相比可以較好地減少基質(zhì)干擾。同時(shí)，該研究也得出ESI不易將農(nóng)藥離子化[5]的結(jié)果。通過(guò)iEESI-MS技術(shù)[6]，無(wú)需對(duì)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(duì)其主要成分進(jìn)行檢測(cè)。

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(chóng)腈，同時(shí)還可以檢測(cè)出分析物二聚體的質(zhì)子與銨加合物。DART-MS在陽(yáng)性模式下產(chǎn)生的優(yōu)勢(shì)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(shí)，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(cè)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(duì)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(duì)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(chóng)和滅蟲(chóng)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(cè)限——抑霉唑和噻苯咪唑的檢測(cè)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(gè)樣本（橙子、葡萄柚、檸檬、酸橙、柑橘、西紅柿、蘋(píng)果、梨、草莓、葡萄和甜椒）以篩選出不同的殺蟲(chóng)劑，發(fā)現(xiàn)抑霉唑和噻苯咪唑陽(yáng)性3例、伊瑪唑陽(yáng)性1例。

目前，山東國(guó)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(jí)桿質(zhì)譜儀開(kāi)展了農(nóng)藥殘留實(shí)驗(yàn)。根據(jù)省級(jí)重點(diǎn)農(nóng)藥抽檢名單，應(yīng)用該設(shè)備對(duì)茄果類(lèi)、核果類(lèi)及葉菜類(lèi)等果蔬進(jìn)行農(nóng)藥檢測(cè)，與色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的測(cè)試結(jié)果基本一致。同時(shí)，山東國(guó)投鴻基還與山東壽光檢測(cè)集團(tuán)合作共建快檢實(shí)驗(yàn)室，檢測(cè)農(nóng)產(chǎn)品種類(lèi)涵蓋葉菜類(lèi)、茄果類(lèi)、豆類(lèi)、瓜果類(lèi)等。

2 毒品快速檢測(cè)

近年來(lái)，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?shì)，如吸毒后駕車(chē)、在娛樂(lè)場(chǎng)所和工作場(chǎng)所濫用毒品等。其中，合成毒品增加的速度尤為突出。因此，對(duì)于合成毒品的快速檢測(cè)及監(jiān)督問(wèn)題亟待解決。合成毒品大多在娛樂(lè)或工作場(chǎng)所使用，想要對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)就需要在案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)采取快速有效的方法來(lái)提取吸毒證據(jù)，是以快檢成為目前毒品檢測(cè)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)[10]。

連茹等[11]利用實(shí)時(shí)直接分析（DART）離子源結(jié)合飛行時(shí)間質(zhì)譜法（TOF-MS）快速篩查出毒品樣品中的安非他類(lèi)物質(zhì)。2011年，AndrewH.Grange等[12]報(bào)道了用DART-TOF檢測(cè)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(shí)還建立了篩查多種毒品的方法。2014年，WilcoF.Duvivier等[13]采用敞開(kāi)式直接進(jìn)樣技術(shù)檢測(cè)頭發(fā)中的四氫大麻酚（THC），并對(duì)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(shí)質(zhì)譜法（TD-DART-MS）分析測(cè)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(lèi)質(zhì)譜檢測(cè)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(cè)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(guò)實(shí)時(shí)質(zhì)譜直接分析（DRAT-MS）搭載液相色譜/電噴霧四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜，在0.5分鐘內(nèi)測(cè)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(cè)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(guó)內(nèi)毒品快檢技術(shù)的廣泛應(yīng)用也突顯出常壓敞開(kāi)式離子源質(zhì)譜技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，其中，車(chē)載技術(shù)的表現(xiàn)尤為明顯。毒品快速檢測(cè)車(chē)主要通過(guò)搭載常壓敞開(kāi)式離子源來(lái)進(jìn)行毒品檢測(cè)，進(jìn)而發(fā)展成一體化化學(xué)檢驗(yàn)和信息處理查詢(xún)功能等綜合檢測(cè)技術(shù)。山東國(guó)投鴻基開(kāi)發(fā)的快速檢測(cè)車(chē)將TD-ESI-MS/MS搬至車(chē)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)隨地檢測(cè)與防控的系統(tǒng)，是推動(dòng)安全快速檢查形式從固定到移動(dòng)的一大突破。

3 煙草代謝快速檢測(cè)

Jason D. Harper等[17]將一小撮（約250mg）哥本哈根無(wú)煙煙草暴露在LTP探針的等離子體中，記錄光譜顯示由質(zhì)子化尼古丁（m/z163）而產(chǎn)生的強(qiáng)烈信號(hào)。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(cè)出尼古丁的物質(zhì)信號(hào)，并在吸煙者的衣服和皮膚表面檢測(cè)出尼古丁的主要代謝物——可替寧。可以說(shuō)，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(cè)二手煙和三手煙——通過(guò)實(shí)時(shí)質(zhì)譜直接分析法（DART-MS）檢測(cè)了一名吸煙者衣服上殘留的煙草煙霧污染。同時(shí)，利用DART-MS檢測(cè)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(duì)實(shí)驗(yàn)室空氣中的二手煙煙霧進(jìn)行檢測(cè)。

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(shí)間檢測(cè)器對(duì)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(cè)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(duì)合法與非法卷煙樣品進(jìn)行了提取與分析，測(cè)定出尼古丁和可替寧等成分。同時(shí)，質(zhì)子化可替寧（m/z177）的存在被證明是將香煙歸類(lèi)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(duì)室內(nèi)粉塵中的尼古丁進(jìn)行快速分析，并在獲得的質(zhì)譜圖中觀察到尼古丁（m/z163）的高強(qiáng)度信號(hào)。

Jiang等[23]建立了一種機(jī)械力化學(xué)萃取（MCE）與實(shí)時(shí)質(zhì)譜直接分析（DART-MS）相結(jié)合的技術(shù)，也是同時(shí)測(cè)定卷煙填料中多種化學(xué)成分含量的簡(jiǎn)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(cè)。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(guò)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(shí)間，提高了檢測(cè)效率。

山東國(guó)投鴻基研發(fā)的敞開(kāi)式熱脫附離子源（TD-ESI）通過(guò)一次性取樣針直接刮取樣本人群的皮膚即可測(cè)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(wú)需樣品前處理，得到結(jié)果僅需要不到1分鐘的處理時(shí)間，極大地提高了工作效率。

4 中草藥檢測(cè)

Michael A. Marino等采用質(zhì)子核磁共振（NMR）技術(shù)，通過(guò)實(shí)時(shí)質(zhì)譜直接分析（DART-MS），對(duì)中草藥和藥粉中的合成大麻素類(lèi)化合物進(jìn)行直接檢測(cè)，并對(duì)其進(jìn)行快速篩選。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的樣品制備，對(duì)50mg中草藥樣品基質(zhì)進(jìn)行快速核磁共振檢測(cè)。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(lèi)化合物，可作為傳統(tǒng)GC-MS或LC-MS方法的補(bǔ)充。

近年來(lái)，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(jué)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(duì)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(shí)間超聲提取，直接進(jìn)行DART-MS分析，可快速檢測(cè)和鑒定中藥中的生物堿、黃酮類(lèi)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(duì)人參皂苷的分析表明，在檢測(cè)揮發(fā)性與質(zhì)子親和力相對(duì)較低的分子時(shí)，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(duì)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(lèi)、黃酮類(lèi)和部分人參皂苷等成分。同時(shí)，對(duì)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(duì)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(lái)自不同制造商的樣品，以及合格和過(guò)期的產(chǎn)品。

Wang等利用Pipette-tip ESI分析技術(shù)，根據(jù)檢測(cè)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(hào)使其具有良好的定量分析能力，有研究通過(guò)對(duì)茶葉樣品中咖啡因含量的定量測(cè)定證明了這一點(diǎn)。

5 展望

常壓敞開(kāi)式離子源質(zhì)譜技術(shù)（Ambient Mass Spectrometry，AMS）是近年來(lái)新興的一種質(zhì)譜分析技術(shù)。自商業(yè)性常壓敞開(kāi)式離子源質(zhì)譜技術(shù)在快速檢測(cè)市場(chǎng)出現(xiàn)以來(lái)，越來(lái)越多的研究者開(kāi)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(duì)不同特性的檢測(cè)基質(zhì)時(shí)，如何更快速地簡(jiǎn)化前處理過(guò)程，如何精確地定量、定性以及數(shù)據(jù)分析等問(wèn)題還需加強(qiáng)研究，進(jìn)而為檢測(cè)提供更精準(zhǔn)、更快速的結(jié)果。

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