基于机器学习的直接电离质谱爆炸物检测方法

直接电离质谱系统在现场快速检测中的应用日益广泛,主要用于爆炸物、毒品、食品添加剂等的检测。然而,直接电离质谱系统中质谱信号波动大且同一浓度样品峰强呈现对数正态分布,严重影响了检出限附近低浓度样品的检测准确性。该研究将乙酰水杨酸(115个样品)作为爆炸物模拟物,利用介质阻挡放电离子源与质谱系统,研究了基于机器学习的直接电离质谱数据预处理和分类算法,以提高低浓度样品的检测准确率。对两种浓度为1 ng/mL的常见爆炸物样本(三硝基甲苯和硝酸铵分别为110、90个)及空白对照样本(366个)开展了应用实验。结果表明,与传统提取离子流方法和高斯混合模型方法相比,采用随机森林算法可将F_score从0.74、0.89提升至0.96,显著提高了检测准确率,且单个样本数据分析时间远少于0.1 s,满足实时检测需求。     

热辅助解吸-介质阻挡放电离子化质谱快速检测磺胺类药物

磺胺类药物在家禽养殖行业中的滥用是一个极其严重的问题。该文采用一种热辅助解吸介质阻挡放电离子化质谱技术（HAD-DBDI-MS）,通过对其加热温度等参数的优化,建立了对磺胺吡啶、磺胺间甲氧嘧啶、磺胺喹噁啉、磺胺胍及磺胺甲噁唑等磺胺类药物的快速检测方法,并通过二级质谱进行结构鉴定;与单独使用DBDI-MS相比,HAD-DBDI-MS的检出限降低了1~2个数量级。对鸡肉模拟加标进行了直接快速检测应用,实现了鸡肉中模拟添加磺胺吡啶的检出;通过在加热时引入甲醇辅助挥发,实现了对饲料模拟加标压片样品中磺胺胍、磺胺甲噁唑的检出。结果表明,HAD-DBDI-MS为禽类肉制品和饲料中磺胺类药物的快速检测提供了一种新的方法。     

基于模糊PID参数自整定的细胞培养箱温度控制算法

针对细胞培养箱温度控制具有非线性、时滞性、易受干扰且难以建立精确的数学模型的特点,传统的PID控制方法对于快速维持系统箱内温度稳定存在一定的局限性。提出了以温度误差和误差变化率为控制输入,培养箱内温度为控制量的模糊PID参数自整定的温度控制算法,实现了对PID参数的实时在线修正。实验表明,该模糊PID参数自整定温度控制算法,温度从26℃上升到目标温度37℃,建立稳态的时间为2890s,温度超调极小。系统温度控制精度为±0.05℃,并在相同型号的细胞培养箱上同样得到验证。在控制稳定性方面获得了比传统PID控制更好的控温效果,稳定快,极小超调,温度控制精度高,能满足细胞培养箱温度控制的要求。     

单电极介质阻挡放电离子源的消电子技术研究

基于电场绝缘屏蔽技术的单电极介质阻挡放电离子源(DBDI),具有放电均匀、稳定、离子化能量高等优点,可实现对更大极性范围样品的快速检测。较高的离子化能量也增大了质谱图的背景噪声水平,对部分弱极性、低沸点样品的检测信噪比不高。本研究发展了基于单电极DBDI体系的外置电极消电子技术,探讨了外置针电极和外置金属网的消电子机理及其检测效果。结果表明,外置金属网消电子技术显著提高了部分弱极性样品的检测信噪比,异丙威、全氟辛酸、苏丹红Ⅲ的信噪比提升了5~6倍。基于该技术测定辣椒粉中苏丹红Ⅲ,回收率为83.7%~94.6%,相对标准偏差(RSD)为5.6%~9.0%,检出限为23 mg/kg,满足辣椒粉中苏丹红Ⅲ添加剂检测分析的要求。外置金属网消电子技术进一步提高了单电极DBDI对弱极性、低沸点、复杂样品的检测能力。     

基于敞开式直接电离质谱技术的尿液中毒品检测北大核心CSCD

尿液作为一种易于获取的体内毒品检材,在吸毒人员快速筛查中被广泛应用。针对传统快速筛查技术存在假阳性率高、定量能力不足以及实验室质谱技术在快速检测中存在前处理复杂、检测耗时长、使用环境苛刻等问题,该文提出了一种基于敞开式直接电离质谱技术的生物样本快速检测方法。该研究采用探针式电喷雾离子源与便携式质谱仪联用快速检测平台,优化了喷雾电压和质谱入口毛细管温度,开发了高效快速的前处理技术。基于该平台和前处理技术,5种常规毒品(甲基苯丙胺、氯胺酮、可卡因、O^(6)-单乙酰吗啡和3,4-亚甲双氧甲基苯丙胺)的尿液加标溶液的检出限为0.5~30 ng/mL,且其中4种毒品定量检测的线性相关系数大于0.99。除此之外,5种常规毒品在3个不同水平下的加标回收率为56.1%~103.7%,多次检测结果的相对标准偏差为9.0%~27.8%,说明联用检测平台与前处理方法结合可以达到良好的准确度。为了进一步检验该联用仪器的实战能力,测试了某社区戒毒康复中心40份阳性和110份阴性实际尿液样本,总体检测的准确率接近99%,且通过一次进样在20 s内可同时检测多种毒品。该研究成果有利于推动快速检测技术的发展,促进敞开式直接电离质谱仪技术的推广应用,提升一线执法服务水平。     

基于新型介质阻挡放电离子源的药物快速检测方法研究

本研究将单电极放电技术的DBDI与质谱(MS)联用,快速检测了4种低极性的合成药物,结果表明,4种合成药物主要生成[M+H]+分子离子.此外还利用DBDI-MS对草乌、制草乌切片进行快速分析,在草乌中检测到乌头碱、中乌头碱、脱氧乌头碱的[M+H]+离子,以及[M+H-60]+碎片离子;在制草乌中只检测到乌头碱、中乌头碱、脱氧乌头碱的[M+H-60]+碎片离子.所测草乌中的标志性药效成分主要为双酯类生物碱,制草乌中的标志性药效成分主要为单酯类生物碱.新型DBDI为药物研究提供了一种新的、快速检测方法,具有十分重要的理论和实际应用意义,在药物研究领域具有极大的应用潜力.     

纳米金辅助介质阻挡放电离子化质谱分析法在兽药饲料快检中的应用

介质阻挡放电离子化质谱分析法具有无需复杂样品前处理、分析速度快等优点,可实现样品原位、高效检测,成为质谱分析领域的热点技术。本研究提出了一种基于纳米金辅助纸基进样方式的介质阻挡放电离子源-质谱(DBDI-MS)联用技术,实现了氟甲喹、二甲氧苄啶、替硝唑、地美硝唑共4种兽药的快速检测。结果表明,在氦气流量为2.5 L/min、离子源温度为200℃等最优实验条件下,4种兽药检测信号强度均比无纳米金辅助时提高了8~31倍。4种兽药样品在各自的浓度范围内有较好的线性关系,相关系数(r)为0.952~0.996,且在饲料基质中的加标回收率为79.4%~96.5%。本方法能快速检测兽药饲料,具有灵敏度高、检测费用低、实用性好等优点,所得结果基本满足农业部限定标准要求,适合现场检测,在饲料质量控制方面具有较好的应用前景。     

单电极介质阻挡放电离子源研究

介质阻挡放电离子源是一种常压敞开式离子源,由于免试剂、适用范围广、易于小型化等特点而备受关注.该类离子源多采用表面双电极或针-环电极设计方式.表面双电极的接地电极会减弱氦气在强电场中电离形成的流注崩头能量,缩短等离子束喷射距离.针-环电极的电场主要集中在针电极尖端,流注崩头能量小,等离子束喷射距离比表面双电极还短.本研究对放电影响因素进行分析,通过改变电极形状和增加绝缘介质部件进行电场调整,使强电场区域集中于电极一侧,解决了单电极回流放电问题,从而获得稳定、高效的等离子束,其最大长度可达8 cm以上.基于电场调整技术,研制出单电极介质阻挡放电离子源,它主要由惰性载气、高压电极、绝缘介质管、气控以及温控部分组成.使用新型离子源对咖啡因液态样品和扑热息痛固体药片进行了质谱分析,前者的定量曲线R2值为99.66％,100 μg/L的信噪比为23;后者的主要成分对乙酰氨基酚可在质谱中快速检出,响应强度为1.26×106.上述结果表明,新型离子源可以实现样品的定量和快速原位分析.     

基于单细胞质谱分析的膀胱癌细胞分型研究

单细胞质谱分析能够获得单个细胞的代谢图谱,揭示细胞之间的异质性,在肿瘤学研究中具有重要价值。该文采用单细胞质谱和机器学习技术,建立了膀胱癌细胞亚型的鉴别方法。基于所采集的单细胞代谢数据,分别使用线性判别分析、随机森林、支持向量机、逻辑回归建立了机器学习分类模型,并进行了模型的性能评估。结果表明,各机器学习模型均具有良好的膀胱癌细胞分型能力,分类准确率≥94.9%,灵敏度≥88.6%,特异度≥93.3%。其中,随机森林算法的分类准确率达100%,模型的受试者工作特征曲线下面积达1。该方法实现了膀胱癌单细胞的代谢物检测及细胞亚型区分,也为更广泛的单细胞代谢组学研究提供了参考。     

基于脉冲直流电喷雾离子化的自动化原位质谱分析系统及其应用

脉冲直流电喷雾离子化质谱（PDESI-MS）分析具有原位、实时、快速和可分析微量样品等优点。然而，目前的PDESI-MS系统需手动操作进行样品处理和质谱进样，存在操作繁琐、步骤多、误差大和准确度低等问题。本工作研制了一套高通量、全自动化和一体化的PDESI-MS系统，探索了其在真核生物（单个膀胱癌细胞）和原核生物（细菌单菌落）中小分子代谢物原位检测分析中的应用。结果表明，本自动化PDESI-MS系统可有效检测不同菌种代谢物，实现了不同类型大肠杆菌的分类定型；同时，皮升级液滴产生技术使其可应用于单细胞检测。自动化PDESI-MS系统可实现高精度、高密度、高重复度和高自动化的原位样品萃取，特别是微量小体积样品的分析，在食品安全、再生医学、药物筛选和临床治疗等领域具有极大的应用潜力和良好的发展前景。