快速蒸发电离质谱技术及其应用研究进展

ｎｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓꎬ ＰＣＡ) 开 发 了 一 套 组 织 识 别 系 统ꎬ
为手术中组织的原位分析提供了可能ꎬ 并将该技
术命名为 ＲＥＩＭＳꎮ 在随后的十余年里该技术得到
了迅速发展ꎬ 并于 ２０１４ 年被 Ｗａｔｅｒｓ 公司收购实
现商业化ꎮ 商业化的 ＲＥＩＭＳ 设备增加了辅助溶剂
手术中的手术烟雾现象ꎬ 自 ２００９ 年报道以来ꎬ 作为一种新型原位电离质谱技术已被广泛应用于医学、 微生
物鉴定、 食品真伪鉴别、 代谢物研究、 药用植物成分鉴定等领域ꎮ 该技术通过电离切割组织或其他生物样品
产生的含丰富特定区域生物特征的气溶胶ꎬ 对其进行原位、 在线、 实时、 快速质谱分析ꎮ 该文阐述了快速蒸
量或表型特征ꎮ 本文综述了 ＲＥＩＭＳ 技术的发展历程、 工作流程、 电离机制以及近年来在医学、 微生物
鉴定、 食品真伪鉴别、 代谢物研究、 药用植物成分鉴定等领域的应用研究进展ꎬ 并对其前景进行了
展望ꎮ
１ 发展历程组织样本中生物分子质谱分析通常采用解吸附电离ꎬ 如二次离子质谱( Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｉｏｎ ｍａｓｓ ｓｐｅｃ￣
ｔｒｏｍｅｔｒｙꎬ ＳＩＭＳ) [２９ － ３５] 、 ＭＡＬＤＩ [３６ － ４２] 和 ＤＥＳＩ [１２ꎬ４３] ꎮ 然而ꎬ 解吸附电离技术对重要的活体组织分析并不
能完全胜任ꎮ 活体组织的快速加热过程使分子蒸发速率与分解速率相当ꎬ 从而可形成大量气态分子或
分子离子 [２８] ꎬ 因此具备组织成分原位、 体内快速蒸发电离的可能性ꎮ 最初ꎬ Ｈｏｌｌａｎｄ 等 [４４] 提出在传热
发电离质谱技术的发展历程、 电离机制及工作原理ꎬ 并对其在不同领域的应用研究进展进行了综述ꎬ 可为相
关领域研究人员提供科研思路和技术参考ꎮ
关键词: 快速蒸发电离质谱ꎻ 原位电离ꎻ 综述
中图分类号: Ｏ６５７ ６３ 文献标识码: Ａ 文章编号: １００４ － ４９５７(２０２１)０２ － ０１５９ － １２
ｚａｔｉｏｎꎬ ＡＰＣＩ) 、 基质辅助激光解吸电离( Ｍａｔｒｉｘ￣ａｓｓｉｓｔｅｄ ｌａｓｅｒ ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ / ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎꎬ ＭＡＬＤＩ) 、 电子轰击
(Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎꎬ ＥＩ) 和化学电离( Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎꎬ ＣＩ) 等ꎬ 它们均与质谱仪在线耦合ꎬ 对预处理
过的样品在一相对封闭的空间内进行电离ꎮ
随着社会经济和相关学科的发展ꎬ 质谱分析不断面临新的挑战ꎬ 传统质谱分析方法在应对复杂样
收稿日期: ２０２０ － ０９ － １６ꎻ 修回日期: ２０２０ － １１ － ０８
基金项目: 国家市场监督管理总局科技计划项目(２０１９ＭＫ１２４) ꎻ 中国检验检疫科学研究院基本科研业务费项目(２０１９ＪＫ００８) ꎻ 国家重
过程中ꎬ 凝聚相样品可能形成有机离子ꎬ 后来通过实验得到了证明 [４５ － ４７] ꎮ 因此ꎬ 对高效热蒸发技术的
探索研究直接推动了各种热辅助电离技术的发展ꎬ 包括热喷雾电离( Ｔｈｅｒｍｏｓｐｒａｙ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎꎬ ＴＳＩ) [４８] 等ꎮ
大气压下的热蒸发有望抑制热分解ꎬ 并已被证明
是组织样本中有机阳离子解吸附最低的热降解条
第 ４０ 卷 第 ２ 期
分析测试学报
Ｖｏｌ ４０ Ｎｏ ２
２０２１ 年 ２ 月
ＦＥＮＸＩ ＣＥＳＨＩ ＸＵＥＢＡＯ( Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ)
１５９ ~ １７０
ｄｏｉ: １０ ３９６９ / ｊ ｉｓｓｎ １００４ － ４９５７ ２０２１ ０２ ００１
(１. Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｑｕａｒａｎｔｉｎｅꎬ Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１７６ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ ２. Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ
Ｒｅｇｉｏｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎꎬ Ｈｕｈｈｏｔ ０１００７０ꎬ Ｃｈｉｎａ)



综 述

快速蒸发电离质谱技术及其应用研究进展
高海燕１ꎬ２ ꎬ 孟宪双１ ꎬ 付珺珺２ ꎬ 王松莹２ ꎬ 马 强１∗
(１. 中国检验检疫科学研究院ꎬ 北京 １００１７６ꎻ ２. 内蒙古自治区产品质量检验研究院ꎬ 内蒙古 呼和浩特 ０１００７０)
摘 要: 近年来ꎬ 原位电离质谱技术成为质谱分析领域的研究前沿和热点ꎮ 快速蒸发电离质谱技术源于外科
( Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｓｏｎｉｃ ｓｐｒａｙ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎꎬ ＤｅＳＳＩ) [２４] 、 空气动力辅助电离( Ａｉｒ ｆｌｏｗ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎꎬ ＡＦＡＩ) [２５] 、
熔滴电喷雾萃取电离( Ｆｕｓｅｄ ｄｒｏｐｌｅｔ ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎꎬ ＦＤＥＳＩ) [２６] 、 组织喷雾电离( Ｔｉｓｓｕｅ ｓｐｒａｙ ｉｏｎｉ￣
着分析效率ꎮ 近年来ꎬ 无需复杂样品前处理的原位电离( Ａｍｂｉｅｎｔ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎꎬ ＡＩ) 技术成为质谱分析领域
的研究热点ꎬ ＡＩ 具有操作简便、 分析速度快、 机动性强( 与便携式质谱联用时) 、 绿色环保等优势ꎬ 在
组织样本原位分析、 复杂样品直接分析及表面分析等方面均取得了重大研究进展ꎬ 大大拓展了质谱分
各种新型原位电离质谱技术如雨后春笋般涌现ꎬ 如纸喷雾电离( Ｐａｐｅｒ ｓｐｒａｙ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎꎬ ＰＳＩ) [１４ － １５] 、 探
针电喷雾电离( Ｐｒｏｂｅ ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎꎬ ＰＥＳＩ) [１６ － １７] 、 介质阻挡放电电离( Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂａｒｒｉｅｒ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ
点研发计划(２０１６ＹＦＦ０２０３７０４)
∗通讯作者: 马 强ꎬ 博士ꎬ 研究员ꎬ 研究方向: 产品质量安全检测技术研究ꎬ Ｅ － ｍａｉｌ: ｍａｑｉａｎｇ＠ ｃａｉｑ ｏｒｇ ｃｎ
１６０
分析测试学报
第 ４０ 卷
品检测时逐渐表现出短板ꎬ 繁杂而耗时的提取、 分离、 浓缩、 净化等样品前处理过程往往降低和制约
ｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅꎬ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＲＥＩＭＳ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｉｅｌｄｓ ａｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｗｏｒｋꎬ ｗｈｉｃｈ
ｃｏｕｌｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｉｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ.
的分离ꎬ 进而检测离子强度进行定量分析ꎮ 其中ꎬ 电离技术作为质谱分析中的前端关键技术ꎬ 直接关
乎样品的电离效率ꎬ 对质谱仪的性能提升和应用范围具有至关重要的推动作用ꎮ 目前ꎬ 常规电离技术
主要包括电喷雾电离( Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎꎬ ＥＳＩ) 、 大气压化学电离( Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｏｎｉ￣
ＡＩＭＳ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅꎬ ｒａｐｉｄ ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ( ＲＥＩＭＳ) ꎬ ｏｒｉｇｉｎａｔｉｎｇ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｈｅ￣
ｎｏｍｅｎｏｎ ｏｆ ｓｕｒｇｉｃａｌ ｓｍｏｋｅ ｉｎ ｓｕｒｇｅｒｙ ｏｐｅｒａｔｉｏｎꎬ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｍｅｄｉｃａｌ ｓｃｉｅｎｃｅꎬ ｍｉｃｒｏｏｒ￣
析的应用领域 [２ － １１] ꎮ 以 ２００４ 年 Ｃｏｏｋｓ 等 [１２] 研发的解吸电喷雾电离 ( Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎꎬ
ＤＥＳＩ) 和 ２００５ 年 Ｃｏｄｙ 等 [１３] 研发的实时直接分析( Ｄｉｒｅｃｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ ｒｅａｌ ｔｉｍｅꎬ ＤＡＲＴ) 电离技术为代表ꎬ
ｚａｔｉｏｎꎬ ＴＳＩ) [２７] 等ꎬ 这些原位电离技术除本身具备的实时、 在线、 活体分析等特性外ꎬ 与小型装置的智
能耦联将使现场快速分析变得前景广阔ꎮ
２００９ 年ꎬ Ｔａｋáｔｓ 等 [２８] 基于电外科和激光外科手术方式使生物组织快速热蒸发ꎬ 产生大量组织源性
信息的气体分子ꎬ 从而提出利用快速蒸发电离质谱( Ｒａｐｉｄ ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙꎬ ＲＥ￣
ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎꎬ ＤＢＤＩ) [１８ － １９] 、 萃取电喷雾电离( Ｅｘｔｒａｃｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎꎬ ＥＥＳＩ) [２０ － ２１] 、 牙签喷雾电
离( Ｗｏｏｄｅｎ ｔｉｐ ｓｐｒａｙꎬ ＷＴＳ) [２２] 、 涂层刀片喷雾电离( Ｃｏａｔｅｄ ｂｌａｄｅ ｓｐｒａｙꎬ ＣＢＳ) [２３] 、 解吸声波喷雾电离
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｒａｐｉｄ ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙꎻ ａｍｂｉｅｎｔ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎꎻ ｒｅｖｉｅｗ
质谱作为一种高选择性和高灵敏度的定性定量分析技术ꎬ 当前已成为许多学科的重要分析工具 [１] ꎮ
质谱分析依靠各种电离技术将样品分子转化成带电离子ꎬ 并利用适当电场和磁场实现不同质荷比离子
件 [４９] ꎮ 基于生物组织快速热蒸发能够产生含有组
织成分( 如磷脂) 的气态分子离子以及电外科和激
光手术在剥蚀或解剖组织时会产生具有生物特征
烟雾的 现 象ꎬ ２００９ 年ꎬ Ｔａｋáｔｓ 等 [２８] 首 次 将 手 术
工具与质谱仪结合( 图 １) ꎬ 对猪肾脏组织进行分
析ꎬ 采用质 谱 库 和 主 成 分 分 析 ( Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｃｏｍｐｏ￣
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓꎬ ａｍｂｉｅｎｔ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ( ＡＩＭＳ) ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ａ ｆｒｏｎｔｉｅｒ ｒｅ￣
ｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｈｏｔｓｐｏｔ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ａｎａｌｙｓｉｓ. Ｓｉｎｃｅ ｆｉｒｓｔ ｒｅｐｏｒｔｅｄ ｉｎ ２００９ ａｓ ａ ｎｅｗ
ｔｏ ｇｅｎｅｒａｔｅ ａｅｒｏｓｏｌｓ ｗｉｔｈ ｒｉｃｈ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｒｅｇｉｏｎｓ ｆｏｒ ｉｎ ｓｉｔｕꎬ ｏｎｌｉｎｅꎬ ｒｅａｌ￣
ｔｉｍｅꎬ ａｎｄ ｒａｐｉｄ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ａｎａｌｙｓｉｓ. Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｈｉｓｔｏｒｙꎬ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍꎬ ｗｏｒｋ￣
ＩＭＳ) 技术进行体内、 原位组织分析ꎮ ＲＥＩＭＳ 技术采用一种创新性手持式采样技术ꎬ 通过电离切割组织
样本释放气溶胶ꎬ 然后经导管将气溶胶直接吸入质谱仪检测ꎮ 从样品切割到生成数据仅需几秒ꎬ 可实
现对标志性差异成分的鉴定ꎮ 它消除了与样品制备相关的诸多限制ꎬ 可在数秒内为分析人员提供具有
样品高度特征性的精确分子轮廓图ꎬ 可用作鉴定关键属性的 “ 指纹” ꎬ 反映样品的真实性、 物种、 质
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ Ｒａｐｉｄ Ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ
ａｎｄ Ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
ＧＡＯ Ｈａｉ￣ｙａｎ１ꎬ２ ꎬ ＭＥＮＧ Ｘｉａｎ￣ｓｈｕａｎｇ１ ꎬ ＦＵ Ｊｕｎ￣ｊｕｎ２ ꎬ ＷＡＮＧ Ｓｏｎｇ￣ｙｉｎｇ２ ꎬ ＭＡ Ｑｉａｎｇ１∗
ｇａｎｉｓｍ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎꎬ ｆｏｏｄ ａｕｔｈｅｎｔｉｃｉｔｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎꎬ ｍｅｔａｂｏｌｉｔｅｓ ｓｔｕｄｙꎬ ａｎｄ ｍｅｄｉｃｉｎａｌ ｐｌａｎｔ ｉｎ￣
ｇｒｅｄｉｅｎｔｓ ａｎａｌｙｓｉｓ. Ｂｙ ｃｕｔｔｉｎｇ ａｎｄ ｉｏｎｉｚｉｎｇ ｔｉｓｓｕｅｓ ｏｒ ｏｔｈｅｒ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｓａｍｐｌｅｓꎬ ＲＥＩＭＳ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ