敞開式離子化質譜技術及其在煙草化學中的應用

徐珩漪，李明雷，付英杰，孫世豪，王丁眾，席 輝，張建勛

中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術產業開發區楓楊街2號 450001

2004年，Cooks課題組［1］提出的解吸電噴霧電離（Desorption electrospray ionization，DESI）開啟了敞開式離子化質譜（Ambient ionization mass spectrometry，AIMS）技術的新時代；2005年，Cody等［2］提出的基于等離子體的實時直接分析（Direct analysis in real time，DART）技術，大大簡化了樣品制備過程，預處理步驟中無需或僅需少量樣品即能實現痕量物質的快速分析，為高通量、高靈敏質譜分析方法的開發打開了一個新窗口。近十幾年來，已經有多種AIMS技術被開發出來，用于復雜基質樣品的分析。AIMS在直接樣品分析中有很多優勢，如速度快、使用方便等，促使其應用在許多科學領域，包括生物醫學、法醫學、環境科學、食品安全、化學反應監測以及元素分析等。

半個多世紀以來，煙草化學研究主要圍繞吸煙與健康和卷煙風味展開。隨著研究的深入，研究人員更加注重于從分子層面解釋這些科學問題，這大幅提高了對樣品原位分析、在線分析和形成過程分析的要求。煙草化學成分種類繁多，卷煙煙氣形成過程復雜，這就需要更加快速、準確的分析手段去獲得更加有效的數據，這種需求促使AIMS技術在煙草化學相關研究中得到了迅速應用。為了梳理AIMS在煙草化學研究中的應用方向，綜述了AIMS技術的發展現狀及其在煙草化學研究中的應用情況，并對AIMS在煙草化學領域的應用研究趨勢進行了展望。

1 敞開式離子化質譜技術

根據解吸方式的不同，AIMS技術大致可分為3類：基于電噴霧原理、基于等離子體原理和基于激光燒蝕原理。

1.1 基于電噴霧原理的AIMS技術

電噴霧電離（Electrospray ionization，ESI）是以電場作用為主的電離技術，將待電離樣品直接引入電場中形成離子。ESI通常適用于分析極性分子和生物大分子。以電噴霧為基礎的AIMS技術，大多數可以歸為液體萃取技術，利用溶劑從樣品表面提取和解吸分子。液體萃取技術通常分為3類：噴霧萃取（Spray-based extraction）技術、直接液體萃取（Direct liquid extraction）技術和底物噴霧（Substrate spray）技術［3］。基于電噴霧原理的電離源的基本特征見表1。

1.1.1 噴霧萃取（Spray-based extraction）技術

表1 基于電噴霧原理的AIMS技術Tab.1 AIMS technology based on electrospray principle

噴霧萃取技術是利用溶劑噴霧產生的液滴羽流解吸樣品表面的分子，然后由質量分析器進行分析。包括解吸電噴霧電離（DESI）、常壓超聲噴霧電離（Easy ambient sonicspray ionization，EASI）、萃取電 噴 霧 電 離（Extractive electrospray ionization，EESI）和二次電噴霧電離（Secondary electrospray ionization，SESI）等。各種噴霧萃取技術的原理見圖1。

DESI是利用電壓產生電噴霧將電場的能量轉移到帶電的微小液滴中，噴射到樣品表面，液滴中的溶劑迅速與待測物表面發生相互作用，在樣品表面發生萃取、溶解過程，從樣品表面提取和電離被分析物，然后進入質量分析器分析［1］。

EASI與DESI的相似之處在于，均是通過溶劑噴霧解吸樣品，不同之處在于EASI不需要加熱，也不需要高壓電場，而是通過聲波噴霧機制產生離子，這使得質譜圖更干凈，工作環境更安全；且具有較少的溶劑團簇離子和高強度的信號，這些特征使EASI便于檢測低摩爾質量組分或雜質［22］。與DESI和EASI不同，EESI是由兩個通道組成，一個包含萃取性電噴霧試劑，一個包含樣品溶液，樣品以噴霧的形式與萃取性電噴霧試劑產生的小液滴發生碰撞、萃取，并通過去溶劑等過程實現電荷轉移，使待測樣品分子電離［23］，在此基礎上改進的ND-EESI等技術可以實現固體表面及黏稠樣品內部待測組分的檢測［24-25］。SESI與EESI相似，均是通過ESI溶劑羽流提取和電離分析物；不同之處在于，SESI分析的是氣體樣品。

提高敞開式電離源分析的重復性和靈敏度是當前研究的熱點。以DESI為例，DESI的性能主要依賴于幾何參數的優化，包括噴嘴、樣品表面和質譜錐孔之間的距離和夾角，源參數的微小變化會極大地影響目標分析物的離子信號強度［26］。Tillner等［27］指出溶劑毛細管和氣體毛細管的位置是造成溶劑噴霧信號強度差異的主要原因，通過固定溶劑毛細管，減少毛細管的抖動，分析物信號強度的相對標準偏差降低了9.1%，大大提高了實驗的重復性。

1.1.2 直接液體萃取（Direct liquid extraction）技術

直接液體萃取技術是利用固-液萃取原理，溶劑與樣品直接相互作用提取分析物，然后將分析物轉移和電離，再進入質量分析器中進行分析。液體微結表面取樣探針（Liquid microjunction surface sampling probe，LMJ-SSP）是最早發展起來的直接液體萃取技術，由一個不銹鋼三通和兩個同軸毛細管組成的機械探針精確定位在樣品表面的垂直方位，溶劑連續地從探針中流出與樣品表面接觸，外毛細管中的溶劑與樣品表面相互作用并從樣品表面提取分子，通過文丘里效應將溶液吸入內毛細管，內毛細管通過三通耦合到質譜儀的電噴霧源上，最后進入質量分析器分析［28］。與LMJ-SSP不同，液體萃取表面分析（Liquid extraction surface analysis，LESA）是利用機械手臂將納米電噴霧尖端的溶劑對準樣品，直接從樣品表面提取分子，而不是通過連續流動，溶劑與樣品相互作用一段時間（一般為幾秒）后，再吸入納米電噴霧尖端，將提取的分子放置在質譜接口內的ESI芯片上，電離后進入質量分析器分析［29］。

與噴霧萃取相比，直接液體萃取通常具有更高的靈敏度，這是因為萃取溶劑與樣品表面直接接觸的時間更長，而且分析物可最大程度地進入質量分析器進行分析。然而，直接液體萃取容易受到萃取溶劑擴散的影響，其空間分辨率和重復性往往低于噴霧萃取技術。為了提高LESA的重復性，Meurs等［30］采用了一種超疏水邊界包圍的超親水點陣列組成的材料作為采樣表面，防止溶劑擴散，可顯著改善表面提取和譜圖的重復性。

圖1 基于電噴霧原理的AIMS技術的原理示意圖Fig.1 Schematic diagrams of AIMS techniques based on electrospray principle

1.1.3 底物噴霧（Substrate spray）技術

底物噴霧技術與噴霧萃取技術、直接液體萃取技術的不同之處在于，該技術是直接從樣品或包含樣品的底物中產生離子。紙噴霧電離（Paper spray ionization，PSI）和 探 頭 電 噴 霧 電 離（Probe electrospray ionization，PESI）是具有代表性的底物噴霧技術。PSI是將液體樣品滴加到三角形紙的尖端上并使其干燥，然后向紙片滴加噴霧試劑并連接高壓電源進行電離，再引入質量分析器進行分析，過程中不需要氣動輔助［31］。作為PSI的另一種形式，PESI由電動機驅動系統驅動針頭垂直上下移動吸取液體樣品，在針上施加高壓，對針尖上的樣品進行電噴涂［32］。

PSI對復雜基質（如鹽）干擾物的耐受性更高，與其他敞開式離子化質譜相比，具有更高的靈敏度和重復性，因此，PSI更適用于臨床和法醫樣品的定量分析。然而，由于紙基的親水性，用傳統PSI分析親水性化合物是一個挑戰［33］，而且紙基經施加高壓后存在尖端電暈放電現象，使得在負離子模式下分析樣品變得困難。最常見的改進方法是對紙基進行物理修飾，提高對目標分析物的靈敏度，Wang等［34］用金屬有機骨架材料覆蓋紙張基底，以減少親水性紙張和血液樣本中藥物之間的相互作用，定量限顯著降低，提高了檢測靈敏度。也可以通過其他方法提高PSI的性能，如將激光聚集在紙噴霧尖端以增強多環芳烴的電離效果［35］，或將鞘氣和聚焦透鏡集成在紙噴霧筒內以提高整體靈敏度［36］等。

1.2 基于等離子體原理的AIMS技術

與電噴霧技術相比，等離子體AIMS技術消除了有機溶劑對電離過程的影響，是一種更“軟”的離子化技術，能夠在正負兩種電離模式下電離各種分子（＜1 000 Da）。基于等離子體的AIMS技術是利用放電過程中產生的等離子體來解吸和電離分析物，大多數情況下，放電過程是借助直流電壓、交流電壓或微波輻射等，作用于流動的氣體（通常是N2、He、Ar或空氣）實現的。根據氣體放電類型的不同可以分為電暈放電（Corona discharge）、輝光放電（Glow discharge）、介 質 阻 擋 放 電（Dielectric barrier discharge）和微波誘導等離子體（Microwave induced plasma）4種類型［37］。相關的基于等離子體原理的電離源的基本特征見表2。基于等離子體的AIMS電離源的原理圖見圖2。

表2 基于等離子體原理的AIMS技術Tab.2 AIMS technology based on plasma principle

1.2.1 基于電暈放電的電離源

DART是第一個報道的基于等離子體的AIMS技術，且一直沿用至今。DART是通過電暈放電激發He等氣體（通常是He、Ar或N2）產生激發態的He*分子，激發態的He*分子撞擊樣品表面的待測分子，將其從樣品表面解吸出來并將能量傳遞給待測分子使其電離［2］。

由于分析物在電離前需要解吸為氣態，DART僅限于分析分子量小于1 000 Da的揮發性有機物，且通常需要加熱氣體對分析物進行熱解吸，一般不適用于熱敏樣品的分析。通過改進進樣端，進而提高DART方法的靈敏度是近些年來的研究熱點。Geng等［38］在DART和質譜進樣口之間連接了一個T型裝置，用于聚集樣品離子，減少或消除揮發性氣態樣品的擴散損失和環境干擾，能夠獲得比傳統的DART更低的檢測限。

解吸大氣壓化學電離（Desorption atmospheric pressure chemical ionization，DAPCI）也是通過電暈放電的方式將試劑分子電離，生成初級試劑離子（H2O+，H3O+·等）作用于樣品表面解吸出待測物分子，發生分子-離子反應，進行能量和電荷的交換而電離［39］。作為DESI的補充技術，DAPCI既可以分析揮發性物質，也可以分析非揮發性物質，對低極性和小質量化合物的分析靈敏度更高。2015年，推出了一種商業手持DAPCI源，與便攜式質譜儀搭配使用，用于檢測硝基芳香爆炸物［40］和食品污染物［41］。為了提高DAPCI的靈敏度，通過應用10 GΩ電阻器，最小化放電電極距離，并對DAPCI源進行優化，成功地在幾分鐘內完成非揮發性和揮發性化合物以及生物樣品的分析［42］。

大氣固體分析探頭（Atmospheric solids analysis probe，ASAP）也是典型的基于電暈放電的電離源，其是在ESI源或APCI源上進行簡單修改，通過特氟龍管夾持熔融毛細管，毛細管末端的固體或液體樣品被熱氮氣解吸蒸發，然后通過放電針電暈放電進行電離，可在幾秒內分析固體和液體樣品，ASAP的一個重要特征是能夠電離極性和非極性化合物［43］。

圖2 基于等離子體原理的AIMS技術的原理示意圖Fig.2 Schematic diagrams of AIMS techniques based on plasma principle

1.2.2 基于輝光放電的電離源

流動大氣壓余輝（Flowing atmospheric pressure afterglow，FAPA）電離是大氣壓輝光放電（Atmospheric pressure glow discharge，APGD）方法的一種變體。FAPA法是利用He或Ar輝光放電產生的等離子體解吸和電離樣品，相比于DART，FAPA利用更高的電流來改善樣品的解吸，但是更高的電流會產生更多種類的試劑氣體離子，包括NO+·、O2+·［47］。近些年，有很多對于FAPA參數的研究，FAPA氣體溫度作為內部參數，其值越高，靈敏度越高，同時分析物的碎裂程度也越高；相對濕度是外部參數，只有極端干燥的條件才會提高電離效率，而不產生大量碎片［46］。Zeiri等［48］開發出了一種基于直流微等離子體的FAPA源，利用同心電極結構，分析物檢測的質量范圍可達2 500 Da以上。

1.2.3 基于介質阻擋放電的電離源

介質阻擋放電（Dielectric-barrier discharges，DBD）產生的低溫等離子體，具有非平衡等離子體特性，且在大氣壓下穩定、簡單高效，因而得到廣泛應用［49］。低溫等離子體通常會減少樣品損失和分子碎裂［50］，介質阻擋放電電離（Dielectric barrier discharge ionization，DBDI）和低溫等離子體（Low temperature plasma，LTP）電離就是通過低溫等離子體對樣品進行電離的AIMS技術。在DBDI中，在針狀電極和銅片電極之間施加3.5～4.5 kV的交流電壓，在針尖和玻璃片之間產生穩定的低溫等離子體，玻璃片既可作為介質屏障也可作為樣品板，玻璃片表面的被分析物被等離子體解吸并電離［45］。與DBDI不同，LTP使用手持式探頭配置，高壓電極安裝在介質阻擋層外，接地電極位于介質阻擋層內，使用He、Ar、N2或環境空氣作為放電氣體，由于這種配置不要求樣品位于兩個電極之間，LTP更適合活體分析和現場應用［45］。

基于等離子體的AIMS技術是通過電子轉移電離機制進行，適合非極性化合物的分析。為了提高電離效率，Huba等［51］通過在氮氣中加入氟苯和氯苯大大提高了DBDI對于多環芳烴的電離效率，這表明氣體摻雜劑的添加促進了自由基陽離子的形成。Brandt等［52］提出了一種新的、穩定且小尺寸的放電設計，將電極安裝到惰性的柔性熔融石英毛細管中，在負離子模式下，檢測限比DBDI提高了3倍，比LTP提高了8倍。

1.2.4 基于微波誘導等離子體的電離源

微波誘導等離子體解吸/電離（Microwaveinduced plasma desorption/ionization，MIPDI）是 由Zhan等［44］于2013年提出的，zhan等還首次將微波誘導等離子體（MIP）應用于敞開式電離源。MIPDI的結構包括一個銅質微波同軸腔，在其中插入熔融石英毛細管，以Ar或N2作為放電氣體，當頻率為2 450 MHz的微波耦合到微波腔時，石英放電管內產生穩定的非平衡等離子體，MIPDI可以分析復雜基質中的固體和液體樣品，無需專門制備樣品，分析物的分子量可高達1 200 Da［44］。MIPDI既是一個硬電離源也是個軟電離源，可通過切換參數提供大量碎片離子或相對穩定的分子離子［53］。

1.3 基于激光燒蝕原理的AIMS技術

激光燒蝕是通過光學聚焦促進樣品解吸和電離，具有優越的空間分辨率和脈沖頻率。然而，激光燒蝕過程中會產生大量的中性粒子，而產生的帶電離子較少，因此激光源的電離效率很低，大多數基于激光的AIMS技術均與二次電離源（如ESI、APCI、DART和大氣壓光致電離）聯用，以提高電離效率和靈敏度［54］。通常采用紫外（UV）或紅外（IR）作為激光源。基于激光燒蝕的AIMS電離源的原理圖見圖3。

激光燒蝕電噴霧電離（Laser ablation electrospray ionization，LAESI）和基質輔助激光解吸電噴霧電離（Matrix assisted laser desorption electrospray ionization，MALDESI）一直是基于激光燒蝕原理AIMS的主流技術［55］。LAESI利用紅外激光燒蝕樣品表面，產生的中性粒子和微粒與電噴霧形成的液滴之間相互作用發生分子離子反應，并將其導入質量分析器進行檢測［56］。

圖3 基于激光燒蝕原理的AIMS技術的原理示意圖Fig.3 Schematic diagrams of AIMS techniques based on laser ablation principle

與ESI方法一樣，LAESI更傾向于電離極性分子，雖然LAESI無需樣品預處理或任何基質的添加，但樣品需要富含水分，以便樣品吸收紅外激光，更好地激發目標分子。提高LAESI方法的靈敏度是當下的研究重點，Li等［56］通過改變電噴霧的溶劑梯度，提高了不同分析物在極性和弱極性溶劑中的溶解度，擴大了生物樣品分析的分子覆蓋范圍，實現了對極性和弱極性分析物的LAESI分析。MALDESI最初是作為一種結合MALDI、激光燒蝕與ESI技術而開發的，因此，樣品必須與有機基質共結晶以吸收激光，然后用紫外激光進行燒蝕，隨后通過ESI進行電離。IR-MALDESI被證明可以用于大氣壓環境下解吸和電離分子量范圍為1.2～17.0 kDa的生物分子，僅需極少的樣品，就可以電離和檢測蛋白質、碳水化合物和脂質［57］。最近，LAESI和MALDESI的發展主要集中在質譜成像上。Taylor等［58］將LAESI與傅里葉變換質譜耦合，對洋蔥和銀蓮花的單細胞進行了高空間分辨率為40 μm的成像，結果表明該系統具有簡化環境單細胞分析和高空間分辨率成像的潛力。

激光燒蝕環境電離質譜的新技術還有皮秒紅外激光（Picosecond infrared laser，PIRL）［59-60］和自動捕集質譜技術（SpiderMass techniques）［61-62］，這兩種技術均是利用紅外光源促進解吸和電離。這些方法通過共振紅外激光消融激發水合樣品（通常是生物組織）中水的氫氧鍵的伸縮振動帶解吸和電離分子，產生的離子通過傳輸管傳輸到質量分析器中進行分析。在PIRL中，使用的是皮秒紅外激光，而SpiderMass使用的是納秒紅外激光，因此可能會在樣品表面產生不同的分子沉淀以及生成不同的分子離子［59］。

基于激光燒蝕電離源也可以與其他電離方法結合，如激光二極管熱解吸耦合大氣壓光電離（Laser diode thermal desorption-atmospheric pressure photoionization，LDTD-APPI）［63］，激光誘導聲學解吸大氣壓光電離（Laser-induced acoustic desorptionatmospheric pressure photoionization，LIAD-APPI）［64］。LDTD-APPI和LIAD-APPI均利用光電離作為電離方法，即高能紫外光子與具有低電離勢的中性氣相分子（如低極性分子）相互作用并電離。

按照時間的先后順序，將近十幾年主流的AIMS技術以時間軸的方式歸納，見圖4。

圖4 AIMS技術發展時間軸Fig.4 Timeline of AIMS technology development

2 AIMS在煙草化學研究中的應用

AIMS技術正被越來越多地應用于煙草化學相關的研究中，從煙草、煙草制品、煙氣的化學成分分析到煙草的風味構成研究以及煙草相關成分在體內的代謝，樣品形態涉及固態、氣態、液態以及氣溶膠等。

2.1 卷煙煙氣成分分析

由于煙草煙氣成分的復雜性，很難同時測量卷煙煙氣中氣體和顆粒物的不同化學成分，目前，分析主流煙氣（Mainstream smoke，MSS）的常用方法是LC、GC或LC/GC-MS［65-66］。色譜方法繁瑣、分析速度慢，而且難以很好地拆分MSS中的大量化合物，分析性能較差。AIMS可在大氣壓條件下快速引入和分析復雜樣品，且前處理簡單，減少了樣品損失，可以做到對煙草煙氣釋放的現場快速分析，因此，AIMS技術是很好的分析煙氣成分的方法。

2013年，Marcus等［67］使用液體采樣大氣壓輝光放 電（Liquid sampling-atmospheric pressure glow discharge，LS-APGD）電離源與離子阱質譜聯用，測定了卷煙煙氣的成分，也是AIMS技術首次應用于煙氣分析，用該裝置檢測雪茄煙葉燃燒的環境煙氣，與傳統的ESI源相比，LS-APGD源檢測煙堿和多環芳烴（蒽、菲）的信號強度提高了7倍，信噪比提高了3倍。Du等［68］首次提出用解吸電暈束電離（Desorption corona beam ionization，DCBI）質譜進行吸附材料收集氣溶膠的直接原位分析，研究氣溶膠在吸附材料中的遷移行為，探究卷煙煙氣中苯酚在濾嘴中的空間分布特征，在醋酸纖維尖端苯酚的空間分布特性分析方面，與HPLC相比，DCBI-MS分析的簡便性顯著提高。Hertz-Schünemann等［69］通過使用微探針從燃燒的卷煙內部提取形成的氣體，并將其與光電離質譜結合，用于研究2 s內卷煙燃燒期間有機氣體的演變，在線監測卷煙內不同采樣點的各種熱解和燃燒產物的濃度，實驗結果表明，微探針采樣光電離質譜技術可以用于卷煙尖端燃燒產物的檢測。Cui等［70］建立了一種用于卷煙主流煙氣在線檢測的萃取電噴霧質譜（EESI-MS）方法，通過單孔道吸煙機對卷煙進行逐口抽吸，通過主成分分析可以快速區分和表征主流煙氣，并通過碰撞解離實驗對煙氣中煙堿進行定性分析。Liu等［71］將EESI-MS與離子阱質譜儀結合，建立了一種在線分析煙氣中乙烯基吡啶和茄尼醇的方法。

實時直接分析質譜（DART-MS）也是檢測煙草煙氣成分的常用方法。Li等［72］應用DART-MS測定卷煙主流煙氣中的6種生物堿，與傳統GC-MS方法相比，DART-MS方法檢出限更低，線性范圍更廣。Wang等［73］采用DART-MS快速同步分析主流煙氣中的多種顆粒物成分，可以在幾秒鐘內完成，質量誤差小于10 μg/g，并且使用氘代煙堿（煙堿-d4）作內標實現對煙堿的準確定量，結果表明，DART-MS可用于快速獲取卷煙中有害化合物的指紋圖譜，為質量控制提供了高效的方法，可以定量致癌物以評估其危害性。Forbes等［74］利用DART-MS直接與市售電子煙連接，無需樣品制備即可在30 s內完成分析，實現了對電子煙氣溶膠的直接分析，而不需要在表征前收集或冷凝樣品，減少了樣品的損失和污染。

2.2 煙草及煙草制品成分分析

AIMS作為一種快速分析生物樣品的方法，現已在煙葉化學成分分析中得到廣泛應用。過去的幾年中，在利用AIMS技術進行質譜成像的方法方面取得了許多進展，進一步擴展了檢測范圍并能更好地表征檢測到的分子，這使得AIMS技術在煙葉組織成像等領域的應用前景更加廣闊。目前，市場上卷煙的質量可能存在很大差異。因此，開發測量卷煙中不同成分的分析方法，以表征卷煙的化學特征，并生成用于質量控制的指紋圖譜，是煙草化學成分分析的研究重點。卷煙中的化學物質性質多樣，濃度范圍廣，給成分分析帶來了很大的挑戰。傳統的分析技術很難對大量的煙草制品進行高速、高通量的篩選，AIMS技術因其分析優勢，可以快速定性和定量煙草制品中的微量元素、生物堿等化學成分，為煙草化學成分檢測和表征開拓了新途徑。

2.2.1 煙葉化學成分分析

Musharraf等［75］提出了一種直接激光解吸電離（Direct laser desorption ionization，DLDI）方法，可以直接檢測煙葉中的煙堿，結合高分辨率的質量分析器進行分析，此方法可以直接且高通量地分析煙葉中的天然產物和復雜生物樣品中的代謝物等。O’Brien等［76］利用環境紅 外激光燒蝕質 譜（Ambient infrared laser ablation mass spectrometry，

AIRLAB-MS）對煙葉中的煙堿和尿苷進行表征，結果表明，AIRLAB-MS具有良好的重復性，每個區域尿苷信號的標準偏差均小于10%。Martínez-Jarquín等［77］采用低溫等離子體電離質譜（LTP-MS）監測煙草中受生長素調節的煙堿的合成，為活體內測量植物表面的生物合成特性提供了技術手段，研究證明LTP-MS是生物活體研究的一種有價值的分析工具。Moreno-Pedraza等［78］將405 nm的連續波紫外激光器耦合到LTP探針上，對樣品進行成像，使用連續波紫外激光器進行解吸，可實現快速成像測量，并可直接從原生組織中測量天然產物，表明激光解吸低溫等離子體質譜成像在植物化學中的應用很廣泛。

2.2.2 煙草制品化學成分分析

Keating等［79］利用紙噴霧串聯質譜（PS-MS/MS）測定新型煙草復雜基質中的煙堿和可替寧，與GC-MS/MS方法相比，PS-MS/MS更快速、方便且定量限更低。Song等［80］建立了一種利用光輻射熱解吸輔助LTP源與離子阱質譜聯用的方法，用于快速檢測和確認煙絲中的風味物質，優化了實驗條件，使每個煙草樣品及其萃取液在加熱20 s內即可完成分析，該方法具有快速、高通量測定復雜基質中風味化合物的潛力。Zhao等［81］利用超聲霧化萃取大氣壓光電離質譜（Extractive atmospheric pressure photoionization mass spectrometry，EAPPI-MS）快速分析5種卷煙煙絲中的化學成分，鑒別出醇類、酮類、酸類、醛類、酯類以及生物堿等46種化合物，檢測速度快，定性定量準確，可以實現高通量檢測，與傳統的LC-MS聯用相比，EAPPI-MS具有基質干擾小、無極性歧視等優點。Ahmed等［82］利用激光誘導擊穿光譜（Laser induced breakdown spectroscopy，LIBS）和飛行時間質譜儀耦合對不同品牌卷煙中的微量元素（鈣、鎂、鈉、鉀、硅、鍶、鋇、鋰和鋁等）進行了定性和定量分析，結果表明，LIBS與飛行時間質譜聯用是分析固體樣品中微量元素的一種強有力的技術。Jiang等［83］將 機 械 化 學 萃 取（Mechanochemical extraction，MCE）和DART-MS相結合，用于同時測定煙草填料中的多種化學成分，成功提取了包括煙堿、煙草生物堿、碳水化合物、有機酸、保潤劑和其他添加劑在內的不同種類的物質，并通過高分辨率DART-MS進行檢測，質量誤差小于10 μg/g，從測定煙草填料到獲得半定量結果僅需幾分鐘，操作簡單，通量高。Jurisch等［84］用PSI-MS提取和分析合法和非法來源的卷煙樣品，用分析結果建立化學計量模型，使用偏最小二乘法分析區分合法和非法樣品，準確率達到82%；與ESI方法相比，PSI技術速度更快、成本更低、靈敏度更高，且沒有顯著的離子抑制效應。

2.3 AIMS在其他煙草相關方向的應用

AIMS技術可以快速、準確地對電子煙補充液成分進行分析。Poklis等［85］采用DART對同一廠家生產的9種電子煙補充液中的非法添加成分進行了評價。Bruno等［86］將PSI電離源與便攜式質譜相耦合，檢測電子煙補充液中的摻假成分。

AIMS技術可以通過分析吸煙者的呼氣、唾液等生物樣本，了解煙草在吸煙者體內的代謝情況，也可以對物品表面煙氣中氣溶膠顆粒的痕量殘留進行原位快速分析。Zhang等［87］利用微波等離子體炬（Microwave plasma torch，MPT）在常壓下產生微波等離子體，用于監測呼氣中煙堿的衰減曲線，結果表明，MPT-MS是一種實時監測氣體樣品的有效方法。Carrizo等［88］采用大氣壓固體分析探針（ASAP）耦合高分辨率四極桿質譜儀和時間偏光檢測器對大量吸煙者的唾液和尿液樣本進行暴露實驗，ASAP作為直接分析生物樣品的技術已被證明非常有效，不需要樣品前處理，能夠完成快速分析。Kuki等［89］采用DART-MS檢測吸煙者服飾上殘留的煙草煙霧污染（三手煙），還對實驗室空氣中的二手煙進行監測，實現了對作為煙草煙霧污染指標的煙堿的靈敏和選擇性分析。Min等［90］采用解吸電暈束電離-串聯質譜（DCBI-MS/MS）技術，對不同樣品表面的典型三羥色胺環境標志物——煙堿和可替寧進行定量分析，二者的檢出限均為1.4 μg/m2。

3 結果與展望

作為一種新興的、有影響力的分析技術，AIMS因在高通量、實時、原位和活體分子分析方面的優異性能而廣泛應用于煙草行業。相比于傳統的分析方法，AIMS無需復雜的預處理步驟，例如，氣溶膠的初始收集和蒸汽的捕集等，更加快速、方便，已經成功應用于煙草煙氣成分分析、煙葉生物組織成分分析及組織成像、煙草中化學成分檢測及電子煙非法成分添加的監測等研究，未來圍繞吸煙與健康和煙草風味成分分析等方向還有很大的應用空間。

目前已經有很多種敞開式離子化電離源被開發出來，但大多停留在實驗室研究階段，并沒有被商品化，AIMS技術在實際應用中依舊面臨著很多挑戰［91］，例如：①重復性。樣品的幾何形狀、樣品表面、樣品性質（硬度、形狀、黏度和基質）、周圍環境（溫度、相對濕度、空氣流動情況等）、操作人員素質以及電離源內部參數等，這些因素涉及樣品引入、解吸、電離和離子傳輸的各個過程，均影響AIMS的穩定性和重復性。②定量。AIMS技術已經從快速定性篩選演變為定量工具，然而對于復雜樣品分析存在離子抑制和基質效應，會嚴重限制定量能力。③分子覆蓋率和靈敏度。由于敞開式電離源易受外界環境干擾，即使優化了條件參數，AIMS技術的電離效率通常也比傳統的電離源（如ESI和MALDI）低。因此，在使用AIMS技術時，分析物覆蓋率低和靈敏度低是其面臨的很大挑戰。這主要是由4個方面的原因造成的：電離效率不足，嚴重的離子抑制，選擇性差，無法區分同分異構體。④數據復雜性。天然樣品和外界環境中存在的多個分析物通常會使圖譜更加復雜，難以解釋。且不同原理的敞開式電離源對同一物質電離可能會產生不同的譜圖，這均為樣品譜圖識別與檢索帶來不便。

為改善AIMS技術的分析性能，其未來的發展應主要集中在以下幾個方向：①提高檢測靈敏度，實現對痕量或復雜樣品基質中目標化合物的準確定量，以擴大檢測覆蓋范圍；②構建公共數據庫，方便分析實驗結果；③開發用于機器人實驗室的全自動平臺，降低人為干擾，加快實驗速度；④實現現場檢測。近年來該領域的新應用和發展有力地表明，AIMS技術已經并將繼續對煙草領域的研究產生持久的影響。