质谱的发展过程小史

1 电喷雾解吸电离技术（Desorption Electrospray Ionization）

2004 年，Cooks 等报道了基于电喷雾解吸电离（DESI）对固体表面进行非破坏性检测的新型质谱分析方法。

电喷雾产生的带电液滴及离子直接打到被分析物的表面，吸附在表面的待测物

受到带电离子的撞击从表面解吸出来并被电离，然后通过质谱仪的采样锥进入质量分析器，获得的质谱图与常规电喷雾质谱图十分相似，可以得到单个或多个电荷的分子离子。电喷雾解吸电离技术可视为电喷雾技术与解吸技术的结合，而又类似于二次离子质谱。不同的是，解吸电离技术和二次离子质谱技术都是在真空条件下完成，而电喷雾解吸电离过程是在大气压环境下完成。由于该方法无须样品预处理，能够对吸附在固体表面的爆炸物、色素、蛋白质等在大气压下进行离子化，甚至能够对薄层色谱表面的分析物进行直接检测，从而实现了利用质谱方法进行快速灵敏的测定。DESI 是一种新兴的离子源，其最大的优点是能够在大气压下对物质分子进行离子化，从而实现了对待测物的灵敏、快速、高选择性在线监测。电喷雾解吸电离方法应用广泛，可用于极性化合物、非极性化合物、高分子量化合物、低分子量化合物的测定。DESI-MS 可用于植物组织的天然产物分析，无需萃取等样品预处理过程；另外，该技术还已被用于蛋白质组学、代谢组学和诊断学、毒品检测等领域，均取得了很好的结果。值得一提的是，Cooks 课题组将DESI 与便携式质谱仪联用，并实现了对药物、植物组织、爆炸物、生化战剂模拟物、农用化学品的分析。

2 电晕放电实时直接分析电离技术（Corona Direct Analysis in Real Time， CDART）

2003年，美国科学家发明了电晕放电实时直接分析（Corona Direct Analysis in Real Time， CDART）离子化技术并成功地与带常压接口的飞行时间质谱相结合构成了新的质谱仪。采用这种质谱仪对各种气、液体和固体样品表面不作任何处理就可在大气压下直接进行实时分析，几秒钟内就可以得出结果，正好能使质谱技术满足科技领域对这些方面的迫切需求，因而被学术界认为是质谱技术发展方面的“下一次量子飞跃（next quantum leap）”和“革命性的离子源（revolutionary ion source）”。

质谱仪

将其与离子淌度谱仪（IMS）结合则有望发展出可用于现场检测的便携式专用仪器。 实时直接分析离子化源采用常压电晕放电办法使氦形成亚稳态的氦原子，或者使氮气形成振动激发态的氮分子（活化氮），这些高能组分在与样品分子接触时就可通过非弹性碰撞使后者离子化，将其引入质量分析器作进一步分析，即可获得所需要的被分析样品的质谱信息。CDART 技术最初（2003年春）由美国的JEOL 公司开发成功并将其用于该公司带常压接口的 AccuTOF 质谱仪。同年（2003 年）夏美国陆军设在马里兰州的 Edgewood 化学生物武器中心即开始对其作为化学武器检测器的能力进行评估。两者（JEOL 公司和 Edgewood 中心）的研究很快证明，这一新技术可用于数百种化学物质的鉴定，其中包括化学生物武器制剂及其相关化合物（包括其前体、添加剂、反应和降解产物及解毒副产物）、药品、代谢产物、氨基酸、多肽、寡糖、合成有机化合物和金属有机化合物、毒品、爆炸品及有毒工业化学品等。样品类型则遍及多孔混凝土、沥青、人体肌肤、钱币、航班登机卡、名片、水果、蔬菜、调味品、饮料、生物体液、树木和花草叶片、酒杯、常用实验室设备及服饰等。最近的研究更已经扩展到了像蛋白质的测定、聚合物的鉴别、橡胶中抗氧化剂的快速分析、食用油中脂肪的快速分析、粘结剂、水泥、树脂的快速分析、泥水中爆炸物的检测、西红柿表面番茄红素的测定、单个罂粟籽中鸦片的检测、辣椒中辣椒素的分布测定、葱片所释放出的不稳定化合物的检测、除草剂中痕量化合物的快速检测、桔子皮中

杀菌剂的检测等等。

3 电喷雾萃取电离技术（Extractive Electrospray Ionization）

陈焕文等在进行DESI-MS研究的基础上，创造性地提出了电喷雾萃取电离（EESI）技术。EESI技术最早用于液体样品的测定，由电喷雾产生的带电液滴及离子与雾化产生的样品液滴碰撞，样品溶液中的待测物被萃取出来并电离，待测物离子由毛细管接口引入质谱仪。

随后，陈焕文等成功地开展了基于 EESI-TOF-MS 方法和活体呼吸气体为样品的代谢组学方面的研究，研究结果被 Angew. Chem.杂志选中为VIP热点文章、并以封面配图的形式加速发表。实验在商品化ESI离子源上进行，气体样品由鞘气入口引入，与电喷雾产生的带电液滴及离子碰撞，待测物分子被萃取并离子化后，由毛细管引入质谱仪。因其别具匠心的设计和优异的性能，使得 EESI-MS 不仅具有质谱特有的高灵敏度和高特异性，而且能够承受各种形态的样品，而且不需要进行样品收集和分离，能够对生物样品进行活体、实时、在线分析。因此，给临床样品的快速质谱分析这一问题的解决提供了可能。从已经发表的结果来看，EESI-MS 不但能够检测呼吸气体中含有的极性分子和非极性分子，而且还能够检测挥发性和非挥发性分子。通过呼吸气体的活体在线的质谱分析，在1秒钟内即可以获得样品中所有这些分子的指纹谱图，而且可以对任何感兴趣的组分进行结构鉴定，确保了测量结果的可靠性。他们的研究结果表明，人体在极端饥饿或病理条件下将能够在呼出气体中检测到超乎寻常的大量尿素，这与体内采用蛋白质、脂肪来代替糖类供能的结果吻合，也给许多疾病的诊断提供了依据；当服用甜点后能够在呼出气体中检测到葡萄糖，为糖尿病等的诊断和研究提供了新的途径；数据也清楚地显示了健康亚洲人和欧洲人身体对啤酒的不同反应；并且展示了通过选择性分子-离子反应来进行某一类化合物的快速测定，比如口臭患者病因的检测等。实际上，EESI-M 可看作是分子水平上的闻诊。根据科学家的评价，该项研究结果清楚地展示了如果应用质谱仪来进行活体代谢组学研究，对人类多种疾病的诊断、治疗以及对生命活动的分子细胞学机制的研究提供前所未有的有效工具。2002年诺贝尔化学奖得主、ESI技术发明人John B. Fenn 教授认为这一技术（EESI）将被广泛应用，尤其是分析化学家将满怀感激，对此，毫不怀疑。Cooks 教授认为EESI开辟了临床诊断分析化学研究的新领域，对质谱学在临床医学方面的应用具有划时代的意义。该研究成果发表后，瑞士化学会会刊CHIMIA立即决定对其进行转载，欧美各国的众多学术期刊，包括英国Chemistry World，美国C&EN，德国科技在线，Medical News Today，Medilexicon，Hospitalsworldwide，Lab on a chip等媒体都以多种文字对此成果进行了报道，意在迅速引起各国相关行业人员的关注。