質譜的發展過程小史

1 電噴霧解吸電離技術（Desorption Electrospray Ionization）

2004 年，Cooks 等報道了基于電噴霧解吸電離（DESI）對固體表面進行非破壞性檢測的新型質譜分析方法。

電噴霧產生的帶電液滴及離子直接打到被分析物的表面，吸附在表面的待測物

受到帶電離子的撞擊從表面解吸出來并被電離，然后通過質譜儀的采樣錐進入質量分析器，獲得的質譜圖與常規電噴霧質譜圖十分相似，可以得到單個或多個電荷的分子離子。電噴霧解吸電離技術可視為電噴霧技術與解吸技術的結合，而又類似于二次離子質譜。不同的是，解吸電離技術和二次離子質譜技術都是在真空條件下完成，而電噴霧解吸電離過程是在大氣壓環境下完成。由于該方法無須樣品預處理，能夠對吸附在固體表面的爆炸物、色素、蛋白質等在大氣壓下進行離子化，甚至能夠對薄層色譜表面的分析物進行直接檢測，從而實現了利用質譜方法進行快速靈敏的測定。DESI 是一種新興的離子源，其最大的優點是能夠在大氣壓下對物質分子進行離子化，從而實現了對待測物的靈敏、快速、高選擇性在線監測。電噴霧解吸電離方法應用廣泛，可用于極性化合物、非極性化合物、高分子量化合物、低分子量化合物的測定。DESI-MS 可用于植物組織的天然產物分析，無需萃取等樣品預處理過程；另外，該技術還已被用于蛋白質組學、代謝組學和診斷學、毒品檢測等領域，均取得了很好的結果。值得一提的是，Cooks 課題組將DESI 與便攜式質譜儀聯用，并實現了對藥物、植物組織、爆炸物、生化戰劑模擬物、農用化學品的分析。

2 電暈放電實時直接分析電離技術（Corona Direct Analysis in Real Time， CDART）

2003年，美國科學家發明了電暈放電實時直接分析（Corona Direct Analysis in Real Time， CDART）離子化技術并成功地與帶常壓接口的飛行時間質譜相結合構成了新的質譜儀。采用這種質譜儀對各種氣、液體和固體樣品表面不作任何處理就可在大氣壓下直接進行實時分析，幾秒鐘內就可以得出結果，正好能使質譜技術滿足科技領域對這些方面的迫切需求，因而被學術界認為是質譜技術發展方面的“下一次量子飛躍（next quantum leap）”和“革命性的離子源（revolutionary ion source）”。

質譜儀

將其與離子淌度譜儀（IMS）結合則有望發展出可用于現場檢測的便攜式專用儀器。 實時直接分析離子化源采用常壓電暈放電辦法使氦形成亞穩態的氦原子，或者使氮氣形成振動激發態的氮分子（活化氮），這些高能組分在與樣品分子接觸時就可通過非彈性碰撞使后者離子化，將其引入質量分析器作進一步分析，即可獲得所需要的被分析樣品的質譜信息。CDART 技術最初（2003年春）由美國的JEOL 公司開發成功并將其用于該公司帶常壓接口的 AccuTOF 質譜儀。同年（2003 年）夏美國陸軍設在馬里蘭州的 Edgewood 化學生物武器中心即開始對其作為化學武器檢測器的能力進行評估。兩者（JEOL 公司和 Edgewood 中心）的研究很快證明，這一新技術可用于數百種化學物質的鑒定，其中包括化學生物武器制劑及其相關化合物（包括其前體、添加劑、反應和降解產物及解毒副產物）、藥品、代謝產物、氨基酸、多肽、寡糖、合成有機化合物和金屬有機化合物、毒品、爆炸品及有毒工業化學品等。樣品類型則遍及多孔混凝土、瀝青、人體肌膚、錢幣、航班登機卡、名片、水果、蔬菜、調味品、飲料、生物體液、樹木和花草葉片、酒杯、常用實驗室設備及服飾等。最近的研究更已經擴展到了像蛋白質的測定、聚合物的鑒別、橡膠中抗氧化劑的快速分析、食用油中脂肪的快速分析、粘結劑、水泥、樹脂的快速分析、泥水中爆炸物的檢測、西紅柿表面番茄紅素的測定、單個罌粟籽中鴉片的檢測、辣椒中辣椒素的分布測定、蔥片所釋放出的不穩定化合物的檢測、除草劑中痕量化合物的快速檢測、桔子皮中

殺菌劑的檢測等等。

3 電噴霧萃取電離技術（Extractive Electrospray Ionization）

陳煥文等在進行DESI-MS研究的基礎上，創造性地提出了電噴霧萃取電離（EESI）技術。EESI技術最早用于液體樣品的測定，由電噴霧產生的帶電液滴及離子與霧化產生的樣品液滴碰撞，樣品溶液中的待測物被萃取出來并電離，待測物離子由毛細管接口引入質譜儀。

隨后，陳煥文等成功地開展了基于 EESI-TOF-MS 方法和活體呼吸氣體為樣品的代謝組學方面的研究，研究結果被 Angew. Chem.雜志選中為VIP熱點文章、并以封面配圖的形式加速發表。實驗在商品化ESI離子源上進行，氣體樣品由鞘氣入口引入，與電噴霧產生的帶電液滴及離子碰撞，待測物分子被萃取并離子化后，由毛細管引入質譜儀。因其別具匠心的設計和優異的性能，使得 EESI-MS 不僅具有質譜特有的高靈敏度和高特異性，而且能夠承受各種形態的樣品，而且不需要進行樣品收集和分離，能夠對生物樣品進行活體、實時、在線分析。因此，給臨床樣品的快速質譜分析這一問題的解決提供了可能。從已經發表的結果來看，EESI-MS 不但能夠檢測呼吸氣體中含有的極性分子和非極性分子，而且還能夠檢測揮發性和非揮發性分子。通過呼吸氣體的活體在線的質譜分析，在1秒鐘內即可以獲得樣品中所有這些分子的指紋譜圖，而且可以對任何感興趣的組分進行結構鑒定，確保了測量結果的可靠性。他們的研究結果表明，人體在極端饑餓或病理條件下將能夠在呼出氣體中檢測到超乎尋常的大量尿素，這與體內采用蛋白質、脂肪來代替糖類供能的結果吻合，也給許多疾病的診斷提供了依據；當服用甜點后能夠在呼出氣體中檢測到葡萄糖，為糖尿病等的診斷和研究提供了新的途徑；數據也清楚地顯示了健康亞洲人和歐洲人身體對啤酒的不同反應；并且展示了通過選擇性分子-離子反應來進行某一類化合物的快速測定，比如口臭患者病因的檢測等。實際上，EESI-M 可看作是分子水平上的聞診。根據科學家的評價，該項研究結果清楚地展示了如果應用質譜儀來進行活體代謝組學研究，對人類多種疾病的診斷、治療以及對生命活動的分子細胞學機制的研究提供前所未有的有效工具。2002年諾貝爾化學獎得主、ESI技術發明人John B. Fenn 教授認為這一技術（EESI）將被廣泛應用，尤其是分析化學家將滿懷感激，對此，毫不懷疑。Cooks 教授認為EESI開辟了臨床診斷分析化學研究的新領域，對質譜學在臨床醫學方面的應用具有劃時代的意義。該研究成果發表后，瑞士化學會會刊CHIMIA立即決定對其進行轉載，歐美各國的眾多學術期刊，包括英國Chemistry World，美國C&EN，德國科技在線，Medical News Today，Medilexicon，Hospitalsworldwide，Lab on a chip等媒體都以多種文字對此成果進行了報道，意在迅速引起各國相關行業人員的關注。