常壓敞開式離子源質譜技術的應用

□ 張世永 張騰 趙晨 山東國投鴻基檢測技術股份有限公司

□ 王玉濤（通信作者）山東省農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所 山東省食品質量安全檢測技術重點實驗室

前言

現如今，在生物化學、制藥加工、食品安全、環境監測、公共衛生及維穩治安等諸多領域都可以看到檢測技術的廣泛應用。其中，常規檢測技術主要包括氣相色譜法、高效液相色譜法與色譜-質譜聯用法等，這些檢測方法雖然靈敏度、準確性與精密度均較高且檢測結果可靠，但存在樣品前處理步驟繁瑣、儀器設備成本高昂且需要專業技術人員操作、檢測時間長等缺點[1]，無法滿足快速、實時及低成本檢測的實際需求?？焖贆z測技術的發展提供了更加快速與低成本的檢測手段，可作為常規檢測技術的補充[2]。

快速檢測方法（以下簡稱“快檢”）因具有檢測快速、操作簡便、人員要求較低等優點，能有效擴大監管覆蓋面、提高靶向針對性，現已成為保障人體健康安全的一項重要技術支撐手段。其中，常壓敞開式離子源質譜技術（AMS）是一個相對先進的質譜分析技術——不僅具有克服常規檢測技術問題的潛力，給出的結果也與其相當。近幾年，AMS的快速發展十分引人注目，現已出現超過40種不同的環境電離技術[3]。由于全球食品工業和監管機構的關注，AMS正被研究其是否能得到比傳統技術更快的結果。常壓敞開式離子源質譜技術的出現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譜技術在果蔬農藥殘留檢測、毒品檢測、藥品檢測及煙草代謝物檢測方面的應用進行介紹，并展望其應用的發展趨勢。

1 果蔬檢測

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

Gilbert-Lopez等[4]系統比較了APCI、DBDI和ESI對果蔬表面殘留殺蟲劑的響應情況，以此評價DBDI-MS的實用性。結果表明，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干擾。同時，該研究也得出ESI不易將農藥離子化[5]的結果。通過iEESI-MS技術[6]，無需對樣品進行前處理，即可直接迅速地分析紅辣椒與臍橙的果肉組織，并對其主要成分進行檢測。

Wang等[7]采用DART-MS技術快速鑒定4種高危險性農藥——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子與銨加合物。DART-MS在陽性模式下產生的優勢離子主要為[M+H]+分子離子，其與DART源出口和陶瓷管之間的距離相關。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]將紙噴霧質譜（PS-MS）作為農藥檢測的篩選方法，且實驗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。對于均質樣品，選擇3種基質（橙子、西紅柿和葡萄）和5種不同化學性質與極性的農藥（噻苯咪唑、涕滅威、抑霉唑、滅多蟲和滅蟲威）。結果表明，這兩種方法均可達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藥殘留的快速篩查。此外，將擦拭方法應用到當地超市的11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，發現抑霉唑和噻苯咪唑陽性3例、伊瑪唑陽性1例。

目前，山東國投鴻基研發的熱解析-電噴霧離子源（TD-ESI）搭載安捷倫三重四級桿質譜儀開展了農藥殘留實驗。根據省級重點農藥抽檢名單，應用該設備對茄果類、核果類及葉菜類等果蔬進行農藥檢測，與色譜-質譜聯用儀的測試結果基本一致。同時，山東國投鴻基還與山東壽光檢測集團合作共建快檢實驗室，檢測農產品種類涵蓋葉菜類、茄果類、豆類、瓜果類等。

2 毒品快速檢測

近年來，全世界范圍內的毒品濫用有逐漸滲透到人們日常生活的趨勢，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，想要對其進行檢測就需要在案發現場采取快速有效的方法來提取吸毒證據，是以快檢成為目前毒品檢測發展的一個重要趨勢[10]。

連茹等[11]利用實時直接分析（DART）離子源結合飛行時間質譜法（TOF-MS）快速篩查出毒品樣品中的安非他類物質。2011年，AndrewH.Grange等［12］報道了用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］采用敞開式直接進樣技術檢測頭發中的四氫大麻酚(THC)，并對THC做了相關的線性和靈敏度的研究。結果表明，其在一定范圍內線性關系良好。

Edward Sisco等[14]利用熱解吸直接分析實時質譜法（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。相較于傳統的DART-MS法，此類質譜檢測技術組合的靈敏度提高了約30倍，樣品的重復性也提高近4倍。Ifeoluwa Ayodeji等[15]首次采用DART離子源與DMS結合測定安非他明及其衍生物的復雜混合物，為新的精神活性物質的快速分離和表征提供了一種新的選擇。

Nie等[16]通過實時質譜直接分析（DRATMS）搭載液相色譜/電噴霧四極桿飛行時間質譜，在0.5分鐘內測定11種精神活性物質，并在5分鐘內完成定量分析。實驗結果表明，DRAT-MS和LC-QTOFMS檢測最低量分別為5～40ng/mL與0.1～1ng/mL。兩種方法均表現出良好的線性關系，相關系數（r2）均大于0.99。

此外，國內毒品快檢技術的廣泛應用也突顯出常壓敞開式離子源質譜技術的優勢，其中，車載技術的表現尤為明顯。毒品快速檢測車主要通過搭載常壓敞開式離子源來進行毒品檢測，進而發展成一體化化學檢驗和信息處理查詢功能等綜合檢測技術。山東國投鴻基開發的快速檢測車將TD-ESI-MS/MS搬至車內，實現了隨時隨地檢測與防控的系統，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，記錄光譜顯示由質子化尼古丁（m/z163）而產生的強烈信號。選擇m/z163離子進行串聯質譜分離實驗，質譜圖顯示出尼古丁的特征性裂解模式。

Chen等[18]利用解吸常壓化學電離質譜技術（DAPCI-MS）在吸煙者皮膚表面檢測出尼古丁的物質信號，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，DAPCIMS為體內代謝組學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——通過實時質譜直接分析法（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技術對實驗室空氣中的二手煙煙霧進行檢測。

Daniel Carrizo等[20]利用大氣壓固體分析探針（ASAP），結合四極桿高分辨率質譜和飛行時間檢測器對一些生物樣品（如尿液和唾液）進行了煙草和尼古丁生物指標的相關分析。檢測發現，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譜法（PS-MS）結合化學計量工具分別對合法與非法卷煙樣品進行了提取與分析，測定出尼古丁和可替寧等成分。同時，質子化可替寧（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-電暈束電離質譜（FEPC/DCBIMS）聯用方法，以此對室內粉塵中的尼古丁進行快速分析，并在獲得的質譜圖中觀察到尼古?。╩/z163）的高強度信號。

Jiang等[23]建立了一種機械力化學萃取（MCE）與實時質譜直接分析（DART-MS）相結合的技術，也是同時測定卷煙填料中多種化學成分含量的簡便、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、有機酸、保濕劑和其他添加劑，然后用高分辨率DART-MS技術進行檢測。結果顯示，不同品牌的香煙均顯示出獨特的化學特征和DART-MS圖譜。通過MCE與DART-MS聯用，從煙卷生料到獲得半定量結果只需要幾分鐘時間，提高了檢測效率。

山東國投鴻基研發的敞開式熱脫附離子源（TDESI）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與質譜儀相結合進行使用，無需樣品前處理，得到結果僅需要不到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等采用質子核磁共振（NMR）技術，通過實時質譜直接分析（DART-MS），對中草藥和藥粉中的合成大麻素類化合物進行直接檢測，并對其進行快速篩選。經過簡單的樣品制備，對50mg中草藥樣品基質進行快速核磁共振檢測。結果表明，在15種草藥中發現了10種合成大麻素。這種將DART-MS與NMR聯用的技術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GC-MS或LC-MS方法的補充。

近年來，DESI-MS在中藥材直接分析中的應用得到了證實。例如，利用DESI-MS直接分析能使人產生幻覺的常用中藥——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行DESI-MS分析，分析前不需要額外的預處理，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）相結合，即用DESI-MS直接分析薄層色譜板上分離出的樣品斑點，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，以實現中藥的快速鑒別。研究表明，優化電離氣體溫度是制備高質量光譜的關鍵。此外，對人參皂苷的分析表明，在檢測揮發性與質子親和力相對較低的分子時，為優化這一缺陷必須進行衍生化。另有研究利用DART離子源對8種中藥進行化學成分的快速分析，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、人參皂苷進行定量分析。

紙噴霧技術是以典型的色譜紙為固體基質進行電噴霧分離的技術，如將該技術應用于板沙涼茶（BHT）的化學圖譜分析——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、有機酸、三萜皂苷等多種活性成分進行鑒定。在主成分分析的輔助下，該技術可以很好地區分來自不同制造商的樣品，以及合格和過期的產品。

Wang等利用Pipette-tip ESI分析技術，根據檢測到的人參皂甙模式快速分化人參、西洋參和三七這3種密切相關的人參藥材。另外，五味子和五倍子這兩種常用的中藥在質量和功效上也有很大的不同，可借助木脂素模式進行區別。該技術所提供的持久、穩定、重復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。

5 展望

常壓敞開式離子源質譜技術（Ambient Mass Spectrometry，AMS）是近年來新興的一種質譜分析技術。自商業性常壓敞開式離子源質譜技術在快速檢測市場出現以來，越來越多的研究者開始嘗試使用和發展該技術，并陸續取得不少研究成果，其應用領域也愈發多樣化，如中藥組學、法醫、食品、疾病等。但是，在面對不同特性的檢測基質時，如何更快速地簡化前處理過程，如何精確地定量、定性以及數據分析等問題還需加強研究，進而為檢測提供更精準、更快速的結果。