化学衍生用于代谢物异构体质谱分析

内源性代谢物是机体生命活动的中间体和终产物,对其进行定性和定量分析在生命科学研究中具有重要意义。质谱能够同时提供化合物的定性和定量信息,已经成为一种通用的内源性代谢物分析技术。由于质谱是通过检测离子质荷比获取化合物组成信息,区分生物体内复杂多样代谢物同分异构体仍然是质谱分析亟待解决的难题之一。化学衍生通过放大同分异构体理化性质差异,能够增强质谱检测的灵敏度和特异性。本文介绍了化学衍生用于代谢物异构体质谱检测的研究进展,对用于脂质、糖类和手性氨基酸等精细结构异构体的化学衍生质谱分析方法及应用进行了综述。特别强调了微液滴化学反应加速在衍生化质谱分析中的发展,其有望成为代谢物实时原位衍生化检测的新方法。此外,将生物组织原位衍生化与质谱成像分析技术相结合,对于研究低丰度、非极性和异构体代谢物的空间分布及其功能具有重要价值。     

基于毛细管电泳技术的高灵敏度蛋白质组学技术发展

近年来,蛋白质组学技术在样品前处理、分离技术和质谱检测技术方面获得了快速发展,已经可以实现在几小时内对上万种蛋白的同时定性和定量分析。然而,目前的主流蛋白质组学技术仍无法满足极微量生物样品,尤其是单细胞样品的组学分析需求。毛细管电泳分离技术具有峰宽窄、柱效高、样品用量少等优势,是与高分辨质谱在线联用的理想选择之一。该文评述了集成化和在线样品前处理以及主流的纳升液相色谱-质谱联用系统在高灵敏度蛋白质组学分析领域的发展现状和挑战,认为该领域的重要技术挑战之一在于目前的纳升液相色谱分离已经无法完全匹配现代高分辨质谱超过40 Hz的超高扫描速度,从而导致质谱使用效率的降低。针对上述技术挑战,该文重点探讨了毛细管电泳-质谱联用技术的独特技术优势和潜在发展机遇,主要包括：（1）面向微量酶解多肽样品的高柱效毛细管电泳分离。通过采用毛细管电色谱可以进一步改善毛细管电泳柱容量不足的局限;（2）面向高灵敏度分析的无鞘液/鞘液接口开发;（3）高效毛细管电泳分离与高扫描速度质谱检测的协同化使用。总之,我们预期毛细管电泳-质谱联用技术的进一步发展有望在针对单细胞等超微量生物学样品的蛋白质组学分析中获得更广泛的应用。     

原位电离与小型质谱在公共安全领域的应用

质谱作为一种具有高准确度、高灵敏度、高选择性的检测仪器,在公共安全领域有着重要的应用前景。公共安全领域的需求主要涉及毒品、毒物、爆炸物等化学物质的现场快速检测,因其影响广泛,检测结果需非常准确。作为实验室分析仪器,质谱的准确性和速度能满足公共安全的应用需求,但作为现场快速检测的仪器仍需要一定改进。现场快速检测一方面要求检测仪器的小型化,另一方面要求样品前处理的简单化,以使整个检测流程可以无需专业人员来完成。对于检测仪器的小型化,小型质谱的开发在近20年得到了充分发展;对于样品前处理的简单化,研究者发明了原位电离技术,使得基质复杂的被分析物无需前处理即可进行质谱检测。该文首先介绍了原位电离技术的发展及其在公共安全领域的应用,特别是对解吸附电喷雾电离、实时直接分析电离、激光烧蚀电喷雾电离、纸喷雾电离与纸毛细管喷雾电离等典型原位电离技术的原理、性能及在公共安全领域的应用进行了详细介绍,并讨论了几种原位电离现场定量方法。然后,对原位电离小型质谱的发展进行了综述,从最初的小型化离子阱,到仅能检测可挥发有机物的小型质谱,再到可检测非挥发性物质的常规大气压电离源小型质谱,最后发展成为有原位电离源的小型质谱,历经20年的发展使得原位电离小型质谱得以出现和提升。并列举了原位电离小型质谱在毒品现场检测与吸毒人员排查、爆炸物现场侦察、食品安全之农用化学品检测、药物质量检查等公共安全领域的应用。最后,对原位电离小型质谱的发展进行了展望,指出原位电离与小型质谱相结合是小型质谱发展的必然趋势,未来需使用更加智能化的原位电离小型质谱,结合云数据平台,实现更方便广泛的应用。     

快速蒸发电离质谱技术及其应用研究进展

近年来,原位电离质谱技术成为质谱分析领域的研究前沿和热点。快速蒸发电离质谱技术源于外科手术中的手术烟雾现象,自2009年报道以来,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。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,对其进行原位、在线、实时、快速质谱分析。该文阐述了快速蒸发电离质谱技术的发展历程、电离机制及工作原理,并对其在不同领域的应用研究进展进行了综述,可为相关领域研究人员提供科研思路和技术参考。     

空气动力辅助离子化质谱组织涂片分析用于胶质瘤异柠檬酸脱氢酶基因状态的快速判别

异柠檬酸脱氢酶(IDH)基因分型对于胶质瘤的精准诊疗具有重要意义。该文将组织涂片用于病理组织代谢物质谱分析的样品前处理,并采用2-羟基戊二酸与花生四烯酸质谱响应强度的比值作为胶质瘤IDH基因状态的判别指标,建立了基于空气动力辅助离子化(AFADESI)质谱技术的胶质瘤IDH基因状态快速判别分析方法。对组织涂片用于代谢物敞开式质谱分析的可行性进行考察和定量方法学验证,结果表明其具有样品分散性好、操作简单快速、代谢物覆盖度高、定量准确度好的优点。受试者工作曲线(ROC)评估显示,其用于胶质瘤IDH基因状态判别的诊断能力良好。组织涂片结合空气动力辅助离子化质谱分析用于胶质瘤IDH基因状态的快速判别有望为胶质瘤精准诊疗提供新的分析手段和技术支持。     

基于UPLC－QTOF MS的鱼类鳃靶器官代谢组学分析方法研究

针对鱼类鳃靶器官代谢组学研究缺乏准确高效的高通量检测技术的问题,建立了基于超高效液相色谱－飞行时间质谱联用技术（UPLC－QTOF MS）的分析方法。以图谱总峰面积、代谢物数目、相对峰面积的相对标准偏差（RSD）以及葡萄糖、L-亮氨酸、柠檬酸等6种代表性内源代谢物的响应值为指标,考察了不同实验条件对鳃组织中代谢物提取覆盖率、稳定性的影响。结果表明,采用加入样品－试剂比（mg∶μL）为1∶16的预冷甲醇－水（4∶1）低温研磨,并在-20 ℃下低温静置30 min后离心提取的方法时,鳃组织样本可获得最佳的提取效果。对数据采集过程中的色谱、质谱参数进行优化,进一步提高了代谢物的分离效果和信号强度,并利用质量控制（QC）样品进行了方法学考察。该方法具有较好的仪器精密度、方法精密度和样品稳定性,6种不同极性代表性代谢物的相对峰面积RSD均小于10%,可以满足鱼类鳃靶器官代谢组学研究的要求。研究结果为鱼类鳃靶器官的代谢组学研究提供了技术支撑。     

基于高效液相色谱-三重四极杆质谱技术测定荔枝和香蕉中的草铵膦及3种代谢物

采用高效液相色谱-三重四极杆质谱技术，建立了荔枝和香蕉中草铵膦及3种代谢物的检测分析方法。样品加水超声提取，离心沉淀后进样分析，分析物经Extend-C18色谱柱分离，以0.1%氨水-甲醇（9：1，v/v）作为流动相等度洗脱，在电喷雾负离子扫描、多反应监测模式下，外标法定量分析，同时探讨了前处理和仪器分析条件对草铵膦及代谢物的影响效果。结果表明，草铵膦及3种代谢物在1~1000 μg/L范围内，峰面积与质量浓度的线性关系良好；当添加浓度水平在50、100、1000 μg/kg时，草铵膦及代谢物在荔枝和香蕉中的平均回收率为82.9%~98.6%，相对标准偏差（RSD）为2.6%~6.3%，检出限（LOD）为5~10 μg/kg。本方法简化了样品前处理步骤，具有良好的可靠性和灵敏度，适于荔枝和香蕉中草铵膦及其代谢物的快速分析。     

基于在线富集与原位衍生技术的植物组织中内源性油菜素甾醇的超高效液相色谱-串联质谱分析方法

油菜素甾醇是一类重要的植物激素,对植物的生长发育过程起显著调节作用。已报道的油菜素甾醇分析方法存在样品前处理过程复杂和灵敏度低等问题。本研究采用C18 PEEK管填充柱为富集柱,以4-N,N-二甲氨基苯硼酸为衍生试剂,搭建了基于双泵-双六通阀的在线管内固相微萃取-超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）联用系统,对油菜素甾醇进行在线富集和原位衍生,实现植物组织中内源性油菜素甾醇的自动化分析。该系统程序化地控制了油菜素甾醇的进样、萃取、衍生、分离和检测过程,有效简化前处理过程,节省人力;在线富集步骤实现了样品溶液大体积进样,提高样品利用率;原位衍生改善了油菜素甾醇电喷雾的离子化效率,使油菜素甾醇的电喷雾质谱检出限降低至pg/mL。该系统可在300 mg鲜重植物组织中检测到内源性油菜素甾醇,已成功用于水稻、油菜中多种油菜素甾醇的定量分析。     

纳流液相分离与电感耦合等离子体质谱联用技术研究新进展

高效微纳液相分离技术如纳流液相色谱、毛细管电泳、微芯片色谱/电泳等与电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）检测技术联用，既具有前端分离技术高选择性、高灵敏度、快速、低样品消耗的特点，又结合了后端ICP-MS检测分辨率高、动态范围宽、可绝对定量等优势，正在发展成为一种重要的高内涵联用分析手段。该文对近年来纳流液相分离与ICP-MS联用装置的发展作一系统介绍，对其在化学与生物化学分析等领域的应用予以综述，并展望了该联用技术的发展前景。     

复杂样品的固相微萃取-直接质谱分析技术研究进展

常压离子化质谱分析技术由于具有无需样品预处理、操作简单、分析效率高等特点,现已在复杂样品的快速分析方面发挥了重要作用。但是,该技术在质谱分析时将样品基质和待测化合物同时进行电离,样品基质对目标化合物的质谱分析造成了严重干扰。为了解决这一问题,在质谱直接分析前先采用固相微萃取技术对复杂样品中的目标化合物进行富集或基质去除,可极大地提高待测化合物的质谱分析灵敏度。该文着重综述了近几年发展起来可直接与常压电离源相联用或可原位电离目标化合物的固相微萃取技术,介绍了它们的原理及在复杂样品分析领域的应用,展望了固相微萃取-直接质谱分析技术的发展趋势。     

基于超高效液相色谱-高分辨质谱的非衍生化法测定面粉和燕麦中草甘膦及氨甲基膦酸残留

建立了固相萃取-超高效液相色谱-高分辨质谱（UPLC-HRMS）快速准确测定面粉和燕麦中残留草甘膦（GLY）及其代谢物氨甲基膦酸（AMPA）的分析方法。面粉和燕麦样品经水涡旋和超声提取,用混合阳离子交换固相萃取（MCX）小柱净化与乙腈沉淀蛋白质后,以5 mmol/L乙酸铵水溶液（pH=10.5）和乙腈溶液作为流动相在Dikma Polyamino HILIC色谱柱（150 mm×2.0 mm,5 μm）上进行梯度洗脱与分离,采用电喷雾电离源、负离子模式和平行反应监测（PRM）模式下,内标法定量分析。系统优化了液相色谱与高分辨质谱等仪器条件和样品前处理条件对GLY及其代谢物AMPA测定的影响,并比对了不同分析方法的基质效应,研究了进样系统残留。实验结果表明,GLY和AMPA在5.0~100.0 μg/L范围内呈现良好的线性关系（线性相关系数R²>0.999）,检出限分别为0.005和0.05 mg/kg;低（0.1 mg/kg）、中（0.5 mg/kg）、高（2.0 mg/kg）3个添加水平下,GLY和AMPA的加标回收率分别为93.8%~115%和89.8%~110%,相对标准偏差均小于10%。基质效应实验结果表明,利用同位素内标物能有效降低方法的基质抑制效应（基质效应参数|η|<3%）;进样系统的残留率小于1.0%。本方法与文献报道的衍生化法方法进行比对,结果表明,两种检测方法与靶值的相对偏差分别为2.19%和3.07%。将该方法用于弗帕斯（FAPAS）能力验证样品的测定（编号为09122,燕麦中GLY的测定）,结果满意,测定值与真值之间的偏离程度（z值）=0.2。FAPAS质控样品（编号为T09119QC,面粉中GLY的测定）检测结果显示本方法的准确度为102.2%。该方法具有快速、简便、灵敏和准确等优点,适合面粉与燕麦样品中GLY及其代谢物AMPA的日常监测。     

基于空气动力辅助离子化-超高分辨质谱成像技术的大鼠肾脏组织中多种类代谢物的分布研究

质谱成像是近年来发展迅速的新型分子成像技术,在生物医药领域受到越来越广泛的关注。本研究采用敞开式的空气动力辅助离子化-高分辨质谱技术,建立了大鼠肾脏组织中内源性代谢物的质谱成像分析方法(AFAI-MSI)。大鼠肾脏组织经冷冻处理后制备冷冻组织切片,以乙腈-异丙醇-水(4∶4∶2,V/V)为喷雾溶剂,流速为5μL/min,喷雾气(N_2)压力为0.6 MPa,空气辅助气流速为45 L/min,质谱扫描范围为70~1000 Da,质量分辨率为70000。采用正离子检测模式的AFAI-MSI方法对大鼠肾脏组织切片进行了成像分析,结果发现有机胺、糖、神经递质、维生素、多肽、有机酸、甘油磷脂、鞘脂、甘油脂、固醇酯等38种不同类型、其含量差异达4个数量级的内源性代谢物,并观察到这些代谢物在肾脏中呈组织特异性分布,直观地呈现了与肾脏渗透压梯度形成有关的胆碱、乙酰胆碱、甜菜碱、磷酸胆碱和甘油磷酸胆碱等多种小分子代谢物的皮质-髓质轴向分布特征。上述结果表明,基于超高分辨质谱的AFAI-MSI分析方法无需样品预处理,灵敏度高,代谢物覆盖范围宽,可同时获取多种小分子代谢物的结构、含量及其空间分布信息,有望为肾脏中内源性代谢物的原位表征和代谢调控机制研究提供一种新的分析方法。     

大肠杆菌代谢物组测定中抽提方法的比较分析

代谢物组学作为一种重要的功能基因组学工具,已经在微生物性状改良等方面得到了应用。实施代谢物组学研究需要定性和定量分析细胞内的全部代谢物。所以,必须有一种能够提供良好的重复性和相对抽提效率较高的细胞内代谢物抽提方法。本研究以特定厌氧条件下培养的大肠杆菌为研究对象,以电喷雾质谱直接进样测定为评价标准,比较并分析了冰甲醇、热乙醇和碱抽提3种抽提方法。结果显示,冰甲醇抽提的样品在电喷雾质谱实验中表现出良好的重复性和最高的峰强度,并能够同时检测到超过20种不同的胞内代谢物。     

二十六种滥用药物的气相色谱及气相色谱－质谱系统分析方法的研究

建立了二十六种滥用药物的分离和分析方法。利用气相色谱（ＧＣ）分离和质谱（ＭＳ）差谱技术，二十六种药物都得到有效地分离和检测。此法被证明对中毒者的生物样品进行滥用药物及其代谢物的检测和鉴定是重要的和有效的。     

激光剥蚀高分辨电感耦合等离子体质谱的表面成像技术在钢板线状缺陷分析中的应用探讨

采用激光剥蚀高分辨电感耦合等离子体质谱(LA-HR-ICPMS)技术得到与钢铁材料表面线状缺陷及缺陷周围正常部位的上万个元素质谱信号,与实际样品位置信息比对,各信号与样品表面原始位置相对应,反映样品表面各成分的二维统计分布信息。用该表面成像技术获得的钢板表面线状缺陷区域元素分布结果与电子探针X射线显微分析（EPMA）、激光剥蚀飞行时间质谱（LA-TOF-MS）分析结果一致。该方法具有激发斑点适中、微损、原位分析、检测限低、二维成像直观显示的特点,解决了传统表面微区分析技术检测限偏高、激发斑点过小的问题,可作为表面线状缺陷异常元素甄别的有力工具,为寻找缺陷成因、改进工艺提供依据。     

二十六种滥用药物的气相色谱及气相色谱－质谱系统分析方法的研究

 建立了二十六种滥用药物的分离和分析方法。利用气相色谱（ＧＣ）分离和质谱（ＭＳ）差谱技术，二十六种药物都得到有效地分离和检测。此法被证明对中毒者的生物样品进行滥用药物及其代谢物的检测和鉴定是重要的和有效的。     

大学分析化学实验:磷化铟荧光纳米探针检测镉离子含量

利用磷化铟（InP）纳米探针遇镉离子发射绿色荧光的原理，将磷化铟有机溶液直接加入到待测的样品中，根据有无荧光产生即可判断样品中是否含有镉离子，并可借助荧光分光光度计定量检测镉离子的含量。本实验提供了一种可在水相和有机相中定性和定量检测镉离子的方法，具有操作简便、应用广泛、灵敏度高、选择性强等特点。通过本实验，使学生能够了解纳米探针这一前沿科学技术的实际应用，激发学生对科学研究的兴趣，培养学生的动手操作能力和善于思考的科学精神。     

液相色谱-串联质谱法筛查原多甲藻酸毒素及其代谢产物

建立了原多甲藻酸毒素(azaspiracids,AZAs)及其代谢产物的液相色谱-串联质谱检测方法,考察了目标代谢产物检测方法和非目标多离子检测方法,将二级质谱图与标准品谱库进行比对,从而获得高精准定性。通过对产毒藻、蓄积代谢实验样品和实际阳性样品综合分析,共检出11种AZAs,其中包括AZA-2,3,6,11,12,16,17,28和36,以及AZAs的谷胱甘肽结合型代谢产物。结果发现,目标代谢产物检测法可无偏差地筛出常规代谢物,而且对低浓度代谢产物表现出更佳的响应。本方法重现性好,数据分析简单,对操作人员的专业要求不高,更适合AZAs的监控要求。     

亲水作用色谱/质谱联用方法用于大肠杆菌代谢组分析

建立了两性离子亲水作用色谱/质谱联用方法用于大肠杆菌胞内极性代谢物的分离分析。选取52个代表性极性物质对方法进行考察,发现此方法有较好的线性范围,且大部分物质最低检测限均在ng/mL数量级。平行制备6份样品进行分析,结果显示85%以上代谢物峰面积的RSD值小于30%。6个内标物质在低、中、高3个浓度下的日内精密度（RSD）均小于20%,大部分物质的相对回收率都在可接受的范围内（70%~130%）。把此方法用于yfcC基因改造的3株大肠杆菌代谢组分析,发现一些小肽、氨基酸、核苷、有机酸、磷脂等物质在基因改造后发生明显变化。此研究结果表明,建立的两性离子亲水作用色谱/质谱方法检测到的物质化学性质分布广,跨越了极性磷脂到小肽的各个范围,且具有良好的重复性、稳定性和适用性。     

基于磁固相萃取-自动前处理分离和富集动物肝脏中的β-受体激动剂

基于磁固相萃取-自动前处理分离和富集动物肝脏中的β-受体激动剂,建立了动物肝脏中3种β-受体激动剂（沙丁胺醇、克伦特罗和莱克多巴胺）残留的液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）分析方法。样品溶液经提取后,采用磁性阳离子吸附剂（M-MCX）结合自动前处理装置进行净化,使用LC-MS/MS检测,同位素内标法进行定量。结果显示,M-MCX较传统混合阳离子固相萃取（MCX）柱的吸附容量高34%,而且节约了吸附材料。结合自动磁固相萃取装置,30 min内可完成8个样品的净化,方法检出限为0.01～0.1μg/kg,平均回收率为88.2%～110.5%,相对标准偏差为2.9%～10.3%。与传统柱填充式固相萃取法相比,本方法具有操作简单、快速、高效等优点,能够满足动物组织样品前处理的批量、自动化处理的需求。