常压电喷雾离子化的机理及应用

李瑜玲; 赵君博; 郭寅龙

doi:10.7536/PC180506

化学进展 ›› 2019, Vol. 31 ›› Issue (1) :94-109 DOI: 10.7536/PC180506

综述

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常压电喷雾离子化的机理及应用

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The Principles and Applications of Electrospray-Based Ambient Ionization

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摘要

作为最有前景的分析仪器之一,质谱技术已在药物、食品、环境、人类健康、国家安全及相关领域展现出广阔的应用前景。不同种类的分析物具有多种特征,这为直接离子化及质谱分析增加了难度。常压敞开式离子源是近年来新兴的一种离子源,这类离子源具有无需复杂的样品前处理、操作方便、快速、非破坏性、灵敏度及特异性好、能实现实时原位、高通量分析等特点。本文综述了基于电喷雾离子化(ESI)原理的各种离子源的电离机理、特征及应用,展望了常压敞开式离子源的发展趋势。

Abstract

As one of the most promising analytical instruments, mass spectrometry(MS) technology has shown a broad application prospect in medicine, food, environment, human health, national security and other related fields. While the different types of analytes have diverse characteristics and largely add the difficulties of direct ionization and mass spectrometric analysis. Ambient mass spectrometry(AMS) is a kind of newly emerging technology performed under ambient conditions that allows the direct analysis of sample or sample surfaces with little or no sample pretreatment. The development and applications of ambient ionization mass spectrometry(AI-MS) that realized ionization under ambient conditions without sample pretreatment have become a frontier field in mass spectrometry and deserved much attention over the last few years. Ambient ionization has high sensitivity and specificity. It also can rapidly analysis real-time in situ and achieve high-throughput analysis without destructing the sample. As a soft ionization method, ESI offers unique advantages for proteomics by allowing the direct analysis of thermolabile compounds and forming multiply charged ions. The developments and applications of mass spectrometry imaging(MSI) have become a frontier field in mass spectrometry and molecular imaging. Some recent contributions on the development of ambient ionization can be applied to mass spectrometry imaging. This review focuses on the development of ionization mechanism, characteristics and applications of various ion sources, which are based on electrospray ionization (ESI) principle.

Graphical abstract

关键词

质谱 / 电喷雾离子化 / 敞开式离子化 / 离子化机理 / 质谱成像

Key words

mass spectrometry / electrospray ionization / ambient ionization / ionization mechanism / mass spectrometry imaging

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李瑜玲, 赵君博, 郭寅龙. 常压电喷雾离子化的机理及应用[J]. 化学进展, 2019, 31(1): 94-109 DOI:10.7536/PC180506

Yuling Li, Junbo Zhao, Yinlong Guo. The Principles and Applications of Electrospray-Based Ambient Ionization[J]. Progress in Chemistry, 2019, 31(1): 94-109 DOI:10.7536/PC180506

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1 Introduction

2 The development of ion source

3 Principle of electrospray ionization

3.1 Principle of operation

3.2 Influence factor of electrospray ionization

4 Development of new type of ambient ionization

4.1 Electric field induced ionization

4.2 Temperature induced ionization

5 Application of ambient ionization in mass spectrometry imaging

5.1 Desorption electrospray ionization in mass spectrometry imaging

5.2 Probe electrospray ionization in mass spectrometry imaging

5.3 Air flow assisted ionization in mass spectrometry imaging

5.4 Electrostatic spray ionization in mass spectrometry imaging

6 Conclusion

1 引言

作为目前应用最为广泛的分析仪器之一,质谱技术的研究一直在食品、药品、环境、公共安全、人类健康以及其他与分析相关的领域有着广阔的应用前景^{[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17]}。离子源作为质谱仪的“心脏”,其技术及产品的发展不断推动着质谱仪器的进步和应用领域的拓展,其对质谱的各项性能及其分析结果有着非常重大的影响。离子源的离子化机理影响着质谱分析对象的类型,离子源的离子化效率影响着质谱检测的灵敏度,而且离子源的通量影响着质谱分析速度。而面对自然界以及人类生活中理化性质各异,种类庞大的化合物(无机物、有机物、材料聚合物、生物大分子等),很难有一种统一的离子化方法将世间万物“一网打尽”。正因于此,离子源的开发和改进一直是质谱学中一个重要且十分活跃的分支。

2 离子源的发展概况

离子源是一门古老而又不断迅猛发展的学科,是一门实验结合应用的学科,也是一门多学科的综合性科学技术。样品分子进入质量分析器之前,必须电离成气态离子,这个过程称为离子化,使样品发生离子化的装置称离子源^[18]。图1中展示了离子源的发展历程,最早出现的离子源是热电离离子源以及低压放电离子源,主要应用于无机物元素以及同位素的分析。1929年,电子离子化源(Electron Ionization, EI,之前也称为 Electron Impact,电子轰击式离子源)的提出为质谱向化学界进军奠定了基石。但大多数EI-MS是在70 eV的电子束直接轰击样品分子,其能量大大超过了绝大多数有机化合物的电离能(一般为713 eV),因此会产生很多碎片离子。此时,EI质谱不能获得化合物分子量和元素组成等重要的结构信息,这就决定了EI^[19]是一种较“硬”的离子化方式。1966年,在EI基础上进行改进的化学电离(Chemical Ionization, CI)^[20]的提出开始了质谱界“软电离”的革命。化学电离不是电子直接与样品分子作用,而是用具有较高能量的电子束先与反应气分子作用使反应气分子电离,然后样品分子和反应气离子发生分子-离子反应等反应,生成[M+H]⁺等准分子离子。CI比EI更易控制,通过合理选择反应气,既可控制产物离子的类型,又可控制产物离子的内能,从而控制裂解程度,得到更多化合物分子量的信息。20世纪80年代,电喷雾离子化 (Electrospray Ionization, ESI)技术^[21]和基质辅助激光解吸离子化 (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization, MALDI)技术^[22,23]的相继发明也将质谱离子化技术的发展推向了顶峰。由于它们软电离的特性,质谱可分析的化合物的种类进一步地得到大规模扩大,除了可以分析代谢产物、药物分子、天然产物、有机金属化合物等,还可以分析DNA、蛋白质、聚合物,甚至可以分析胶束和自组装膜等。

2004年,Cooks等开发的解吸电喷雾离子源(Desorption Electrospray Ionization, DESI)^[24]诞生,敞开式离子化质谱的概念随后被提出,质谱界又迎来了一场新的技术革命,敞开式离子化(Ambient Ionization, AI)方法开始进入分析科学家们的视线。我国质谱学家在常压敞开式离子源方面进行了深入研究,并取得了创新性成果。经过多年努力,新型常压敞开式离子源种类已有40余种。我们在这些工作的基础上,结合本课题组近年来在离子源开发与研制方面的经验和感悟,对基于电喷雾的有机质谱离子化技术的原理和进展进行探讨。

3 电喷雾离子化基本原理

3.1 工作原理

电喷雾离子化(Electrospray Ionization, ESI)^[25]就是一个在强电场作用下对高度带电液滴进行精细雾化的过程。待测样品能够成功地通过电喷雾实现离子化,关键是需要经历以下的三个过程:雾滴形成过程、雾滴变小过程和气相离子形成过程。

雾滴形成过程:毛细管中的溶液由极性溶剂组成,含有电解质溶质。在电场作用下,溶液中正、负离子移动,直至电荷分布产生的反电场与外电场可抗衡。如毛细管为正极,正离子移向毛细管尖端处的弯月面,负离子向相反的方向移动。在毛细管尖端累积起来的阳离子向阴极迁移的过程要受到溶液表面张力的制衡,这样溶液在毛细管的尖端就形成了一种名为Taylor锥的形状。在电场足够高的情况下,液体就以圆柱体的形态从尖端形成并破裂为细的带电雾滴。雾滴的电性取决于所采用的正、负离子模式,如果锥体及喷口表面有过量的正离子,雾滴就带正电。这种形成雾滴的机制,由于在电场下正、负离子向相反方向迁移,故称为“电泳机制”。

雾滴变小过程:电喷雾产生的带电雾滴随着溶剂的蒸发而缩小,但电荷保持恒定,导致表面上电荷的斥力增加,直至达到Rayleigh稳定限^[26],静电斥力等于表面张力,雾滴不再稳定,发生裂解,称为库仑爆炸^[27]。原雾滴形成细小的喷口,喷出许多小的雾滴,小雾滴继续蒸发至再次达到Rayleigh稳定限。

气相离子形成过程:目前,分析化学家们较为公认的气态离子的形成有两种可能的机理:一种为Dole 的“单一离子液滴理论”,也称带电残渣模型(Charge Residue Mode, CRM),即液滴经过不断地库仑爆炸,最终形成含有单一离子的液滴,随着溶剂的完全蒸发,形成气态离子;另一种则是Iribarne和Thomson的“离子蒸发理论”(Ion Evaporation Model, IEM), 这一理论则认为离子蒸发先于Rayleigh分裂,由于电荷间相互排斥的作用力,离子未达到Rayleigh稳定限就从雾滴中“发射”出,即带电离子会直接从高电荷的液滴中蒸发出^[28,29]。

3.2 电喷雾离子化的影响因素

3.2.1 样品的pK_a和溶液的pH值

测定正离子时往往需用醋酸或甲酸调节,溶液的pH值通常至少低于样品的pK_a值2个单位;在检测负离子时,溶液pH应较高,可用氨水调节,使溶液pH较样品的pK_b值高2个单位。

3.2.2 影响离子化的关键——溶剂

无论是传统的电喷雾离子化原理还是新型敞开式离子源,溶剂在离子化过程中均扮演着至关重要的角色。溶剂的介电常数影响着液滴中正负离子的分离,溶剂的沸点影响着液滴裂解。适用于ESI的溶剂应能使样品在溶液中形成离子;具较低的离子化能以利于离子蒸发;有较低的黏度和表面张力以利于雾化;热容量较低易于去溶剂化。

3.2.3 干燥气的温度与流速

去溶剂时干燥气体的温度与流速,应保持较高的温度(如350 ℃)及流速(如8 L/min)以利于去溶剂,但过高的温度可能会使样品分解。

熟悉电喷雾离子化的机理, 对于成功应用ESI、决定其ESI响应以及开发新型电喷雾离子源起到了至关重要的作用。下面将从电压、温度、雾化气等几个离子化的关键条件出发探讨几种新型离子源的机理、ESI响应及应用范围^[30]。

4 新型常压电喷雾离子源的开发

通过对常压敞开式离子化技术进行梳理不仅可以增强对质谱学知识的认知和理解,也能掌握有机质谱学在离子化方面不断前进的脉络,进而对未来的离子化技术的探索和开发有所帮助^{[31,32,33,34,35,36,37,38,39]}。

所谓AI技术是指在实验室开放环境中以及维持被分析物本身性质或状态的条件下,直接完成样品的进样以及离子化的方法。AI技术最大特点在于最大程度上简化了样品前处理过程,甚至无需前处理即可对样品进行在线原位的分析;其次它能快速直接分析大范围的化合物且能进行高通量分析。现有的常压离子化技术分为两类:一类是以电喷雾(ESI)原理主导的解吸和离子化机理(表1),其中包括激光和气体或液滴的动量(momentum)激发;另一类是以大气压化学电离(APCI)原理主导的解吸和离子化机理^[40]。

电喷雾离子源产生气相离子的关键条件是需要外力,如激光、高电压、高温或气体动量激发等。本文将近年来开发的新型常压电喷雾离子源以及影响离子化的外力因素进行综述。

4.1 电场激发离子化

4.1.1 气体辅助高电场激发离子化

外部施加高电压,并通过控制此电压以及有尖端的载样材料与质谱入口的距离,从而调节尖端处产生的强电场梯度,使液滴中的正负离子迁移、液滴离子化,在雾化气作用下脱溶剂化产生气相离子,如传统的ESI以及由ESI发展而来的DESI和PSI^[55]。

(1)解吸电喷雾离子化(DESI)

2004年美国普渡大学的Cooks等首先使用DESI技术进行了各种质谱分析的研究^[24]。解吸电喷雾电离(DESI)是ESI和解吸附作用的综合体现,主要由两部分构成(图2a):可调节角度的电喷雾喷针和可调节位置的载物台,其中电喷雾喷针上施加的高电压为离子化的重要条件。离子化机理可认为是“液滴提取”的机制:样品用适当溶剂溶解后被滴加在绝缘材料的表面上,并挥去溶剂,样品随即被沉积在载物表面。所用的喷雾溶剂先被加以一定的电压,并从雾化器的内套管中喷出,雾化器外套管喷出的高速氮气迅速将溶剂雾化并使其加速,使带电的液滴撞击到样品表面,并将待测物从样品中萃取解吸出。样品在被高速液滴撞击后发生溅射进入气相;同时由于氮气的吹扫和干燥作用,含有样品的次级带电液滴发生去溶剂化,在气流的作用下进入质谱前端的毛细管,然后被质谱仪的检测器检测^[56,57]。

DESI有两种电离机制,一种适用于低分子量分子,另一种适用于高分子量。高分子量分子如蛋白质和多肽谱图中可观察到类似电喷雾的多电荷离子,这表明分析物解吸附时喷雾液滴中的多电荷可以转移到分析物上。带电液滴撞击样品,分散范围大于液滴本身直径,溶解蛋白质并反射,液滴进入质谱仪入口并进一步去溶剂化,通常用于电喷雾的溶剂是甲醇和水的组合;对于低分子量分子,通过电子或质子的电荷转移发生离子化。电荷转移有三种可能性:首先,溶剂离子与表面上的分析物之间的电荷转移;其次,表面上的气相离子和分析物之间的电荷转移,在这种情况下,溶剂离子在到达样品表面之前被蒸发,当喷射到表面的距离很大时可以实现;第三,在样品具有高蒸气压时,气相离子和气相分析物分子之间的电荷转移。

目前,DESI的应用主要集中在研究各种化学反应和分析各种化合物上。如陈浩等提出了利用解吸电喷雾离子化在线测定酶反应动力学的新方法(图2b)^[58],实现了N,N-二甲基苯胺电氧化中短寿命自由基中间体的质谱检测^[59]。此外,DESI在分析测试领域也受到了广泛重视,其常压、微量、快速与无需样品前处理是其他分析技术无法比拟的。

(2)空气动力辅助离子化(AFAI)

从DESI中得到灵感,再帕尔·阿不力孜等开发的空气动力辅助离子源(Air flow assisted ionization, AFAI)^[51] 能实现敞开环境下离子的远距离传输。AFAI采用独特结构和抽气设备,通过传输管、反抽密封套管等系统产生高流速的空气动力,在传输管的前端采用ESI喷嘴产生带电微液滴,并作用于样品表面,解吸后的样品分子经流动空气高效采集进入传输管,实现远距离传输以及在质谱分析器采集锥的富集;同时高流速的空气可促进带电液滴脱溶剂化,辅助样品离子化(图3)。对AFAI离子化效果的系统研究表明,在敞开环境下,虽然AFAI离子源装置中的电场大小对带电液滴的离子化形成起初始化的作用,然而空气动力及其流速大小对带电液滴的远距离传输及其离子化过程起决定性作用,即对于带电液滴以及离子的远距离传输,空气流的作用远大于电场的作用。在AFAI的离子化过程中,其喷雾电压和喷雾气是产生初始带电液滴的重要参数,而空气动力在离子传输和脱溶剂过程中起着非常关键的作用。

(3)探针电喷雾离子化(PESI)

探针电喷雾离子化(Probe-electrospray ionization, PESI)技术对一次性不锈钢针进行化学改性以增强其表面积和亲水性。钢针插入真实样品后,生物流体可以附着在钢针表面,在钢针尖端施加高直流电压,蒸气加热器垂直于探针放置,在离子化过程中,利用注射泵使溶剂进入加热器以产生稳定的喷雾溶剂,被雾化的溶剂从熔融石英毛细管喷出,在探针表面冷凝并溶解分析物,在探针尖端产生的高电场以及旋转探针的过程中,产生电喷雾(图4)^[44,45]。

(4)气压中性再电离(APNR)^[60,61]

离子离解是串联质谱分析的通常依据,但有一个显著的限制:只有离子离解过程中的带电碎片能被检测到,而中性碎片却丢失了。Chen和Zare等研发的大气压中性再电离质谱(Atmospheric pressure neutral reionization mass spectrometry, APNR)可对离解后的中性碎片进行解析^{[62,63,64,65,66]},用于各种生物分子的结构分析,如肽、糖和核苷酸,以及阐明单分子离子解离机制。该方法的作用过程(图5):首先目标分子M在ESSI离子源的作用下电离,产生M⁺;然后M⁺在质谱仪外的连续加热管中进行热解离,产生碎片m₁和

m 2 +

。第二个ESSI离子源产生电荷液滴,并捕捉中性碎片m₁将其转化为

m 1 +

,被MS检测,

m 1 +

和

m 2 +

都能在传统ESI源的CID室中继续被碰撞解离,从而获得更多的结构信息^[52]。

(5)电喷雾萃取离子化(EESI)

EESI由两部分组成 (图6):电喷雾通道和样品通道,两通道之间的夹角和距离可以调节以达到最好的离子化效果。样品在样品通道雾化气的辅助下雾化,同时电喷雾通道喷射出溶剂的带电液滴,它们之间相互碰撞并发生萃取使得样品离子化^[42]。EESI的关键步骤在于液滴间的萃取。

与ESI相比,EESI有以下较明显的优势:(1)由于在喷雾过程中,样品中的待测物和对信号有抑制作用的盐等基质会分散在不同的样品液滴中,分别与带电液滴发生碰撞,这样最大程度上降低了盐等基质对电荷的竞争,一定程度上克服了基质效应;在分析复杂样本时减少了前处理步骤。(2)由于样品并非直接接触高压辐射,能够最大程度上保持样品的原貌,而改进的中性解吸-电喷雾萃取离子化技术 (ND-EESI), 更是可以直接对生物活体样本进行快速取样。(3)可以根据样品的特性,改变电喷雾通道中的溶剂,从而增加萃取离子化效率,样品即使溶于非ESI友好型的溶剂中也能被离子化^[17]。

(6)溶剂辅助电喷雾离子化(SAESI)^[50]

本课题组开发的SAESI离子源 (图7) 是在原有商品化的电喷雾离子源基础上,加上一路电喷雾喷针用以引入样品^[67],原有喷针用以引入辅助离子化的电喷雾溶剂,两根喷针之间呈一定夹角,且针间相互接触。辅助溶剂由于是电喷雾的良溶剂,在电场作用于喷针尖端时,电场将穿透喷针尖端的溶液,溶液中的正负离子将移动,直至电荷分布产生的对外电场的反作用在溶液中产生无场条件为止,帮助样品实现电荷分离,形成稳定的Taylor锥,从而实现样品的离子化。由于电喷雾溶剂和样本溶液只是在喷针尖端混合,接触时间短,因此可以最大程度地避免对待测物的干扰。另外,两根喷针针尖之间距离为零,使样本在雾化前就已达到电荷分离,避免了不必要的分子离子反应。

虽然SAESI的装置让人很容易联想到EESI的装置,但它们之间存在着一些关键性的区别。EESI中的样品通道是不带电的,而SAESI中的样品通道由于与电喷雾喷针相接触带上了与其等势的电压;EESI的离子化过程主要发生在带电液滴和中性样品液滴的碰撞萃取过程中,而SAESI的离子化过程主要发生在喷针针尖辅助溶剂和样品溶液雾化前混合的过程中。

SAESI相比ESI的优势之一是可以通过调节辅助溶剂或在辅助溶剂中添加适当的化合物,改善离子化效率。这些初步的结果表明溶剂的主要功能:⑴ 溶解分析物;⑵ 参与电荷分离;⑶ 溶剂蒸发以产生单个气相离子。

利用这种离子化方法成功实现了在低极性溶剂有机反应中间体的检测,如二氯甲烷中进行的金催化环化反应,Morita-Baylis-Hillman(MBH) 反应中间体及产物的直接监测 (图8a,b)。同时,还能够作为接口技术,实现与凝胶渗透色谱以及正向液相色谱的联用分析高聚物以及手性药物。另外,利用辅助溶液和样品溶液可以在Taylor锥内发生快速反应这一特点,可以在一定程度上降低三氟乙酸(液相色谱分离蛋白的常用添加剂)对蛋白的离子抑制, 实现在线H-D交换反应以及研究微秒反应时间内反应液中的活性物种。

(7)通过喷雾气动离子化的离子源的相关接口技术

基于介质阻挡放电离子源的毛细管电泳-质谱联用接口(CE-DBDI-MS)

毛细管电泳(Capillary electrophoresis, CE)是一种高分离效率、高分析速度、低样品消耗的分离分析技术。质谱在作为CE的检测器时^[68],可以发挥其同时具备高灵敏度、高普适性和结构分析能力的优势,大大拓展CE的分析范围,因此CE-MS联用的研究具有重要意义^[69]。由于CE分析中常常使用含有非挥发性盐的背景电解质,传统的喷雾型CE-MS接口将面临离子抑制和离子源污染等问题^[70]。为解决这一问题,刘虎威等开发了基于介质阻挡放电离子源(Dielectric barrier discharge ionization, DBDI)的CE-MS联用接口装置(图9),该接口使用商品化的CE-ESI鞘液型喷针,将CE样品和鞘液混合后在雾化气辅助下于常压下形成喷雾,再用DBDI源将雾化的样品电离,进而进行质谱分析^[71]。

基于实时直接分析的毛细管电泳-质谱联用接口(CE-DART-MS)^[72]

基于实时直接分析(DART)^[73,74]的毛细管电泳-质谱联用接口(图10)实现了同时检测与在线分离^[75]。刘虎威团队发现该技术比传统的CE-电喷雾电离(ESI)-MS能耐受更高浓度的缓冲盐,并且避免了收集CE流出物和清洁接口的困难,简化了实验程序并缩短了分析时间。电泳流出物与鞘液混合后在雾化气的作用下形成喷雾,由于喷针尖端没有高电压,因此不能形成电喷雾,需在DART源^[76]的参与下离子化,当喷针尖端与DART源出口以及MS入口处于同一高度时,离子化效率最高,信号最强。CE-DART-MS已成功应用于中国白茶内源性咖啡因的分析,有良好的重现性,可以加速CE-MS的开发并扩大其在各个领域的应用。

4.1.2 无气体辅助高电场激发离子化

对离子化过程中目标分子的解吸、离子化以及电荷分离过程进行仔细分析和研究,不仅能发现很多相似点,也会发现一些不同之处,比如从ESI发展而来的纸基电喷雾离子化^[41]、树叶电喷雾离子化^[77]等,它们对分析物的解吸、离子化仅需要高电压诱导产生强大的电场梯度即可,雾化气在这类离子源中不是必要条件。

(1)纸基电喷雾离子化(PSI)

为解决复杂样品直接检测过程中的样品前处理难题,林金明与Cooks等合作, 提出了一种称为纸基电喷雾的新型常压离子源(图11)^[41]。这一方法适用于大多数化合物,包括小分子有机物、肽和蛋白质。PSI还可以实现在喷雾纸上滴加体液样本,干燥后直接检测的方法,无需任何前处理就可以测定了血样和尿样,证明了PSI在生物体液分析方面相对于传统离子化方法的巨大优势。

将有尖端的纸替代传统的毛细管电喷雾喷针,其优势在于:⑴ 纸是一种多孔材料,通过毛细作用带动样品喷射,无需气动辅助系统,简化了离子化装置; ⑵ ESI的一个主要缺点是由于分析物沉淀造成的针尖堵塞。而PSI不会堵塞,因为即使分析物沉淀,仍有许多可用的纤维和纤维间隙供溶液通过,通过纸这种多孔材料喷射出的液滴更细小;⑶ 纸还能作为色谱的固定相,在离子化之前能够一定程度上对不同的化合物进行分离。

PSI的离子化机理可认为是:将有尖端的纸作为待测样品的载体,纸片尖端对准质谱毛细管入口,将待测样品置于纸片上或溶于溶剂滴加到纸片上,使含待测样品的纸片湿润,在润湿的纸片另一端上施加高电压,通过控制此电压以及纸片与质谱入口的距离,调节纸片尖端与质谱入口的电场强度,由于纸片尖端产生的强大的电场梯度,使纸片中的液体在纸片尖端处形成喷雾,在高电场及质谱入口的高温下溶剂蒸发,发生库仑爆炸,带电液滴不断变小直至产生单一离子。

(2)木尖电喷雾离子化(WT-ESI)

受到纸喷雾离子化的启发,之后也陆续有基于牙签尖端的电喷雾、植物叶片等进行直接的电喷雾,用于分析植物中的活性物质等报道。从原理上看,这些基于多孔材料的电喷雾有着一定的相似之处。

基于牙签尖端的电喷雾,陈焕文等报道的一种简单经济的基于电喷雾离子化的新型敞开式离子化技术。即使用一次性的木质尖头(木质牙签)来取样和在高电压下离子化样品,木质材料的亲水性和多孔本质可以有效地黏附样品溶液,并获得较长持续时间的离子信号。该尖头可连接到不同质谱仪器的nano-ESI离子源上(图12)^[46],通过在尖头上加上高电压,即可获得待测样品的质谱信息。他们用该技术分析了包括多肽蛋白、有机金属化合物、有机化合物以及一些传统ESI不能直接分析的样品,如浆状和粉末状的样品,均取得了较好的分析效果。

栾天罡等利用木尖表面的羟基对尖端进行修饰,如疏水(—C18)、碱性(—NH₂)和酸性(—SO₃H)官能团等^[78,79],从而增强检测灵敏度以及扩大分析范围。

(3)树叶电喷雾离子化(Leaf-ESI)

由Cooks和欧阳证等合作提出的基于树叶等天然物质尖端的电喷雾离子化(图13)^[77],该方法可提供有关糖、氨基酸、脂肪酸、脂质和生物碱的实时信息,适用于各种物种和各种植物部位。其工作原理是:将电压施加于带有尖端的植物上,由尖端产生的高电场使植物天然汁液或滴加的溶剂形成电喷雾,从而将内源性化学物质携带到邻近的台式或微型质谱仪中。此法可用于包括活植物在内的完整植物材料的化学成分的检测。

(4)碳纤维离子化(CFI)^{[54, 80]}

Knapp等发展了一种在传统ESI喷针尖端加上一束细小的碳纤维,制成独特的喷雾器用作质谱接口的方法。尖头的碳纤维发射器(图14)^[80]从金属的商品化ESI喷针孔中伸出,其尖端可缩小形成的Taylor锥尖端的大小,从而在尖点上形成更稳定的电喷雾,小的Taylor 锥尖端可以明显提高电喷雾效率从而降低检测限。主要目的在于利用直径更细的碳纤维限制Taylor锥尖端的大小,从而在尖端上生成更稳定的电喷雾。其基本原理仍然是ESI的电喷雾机理,无需气体辅助仅高电压即可激发离子化。

(5)诱导电喷雾离子化(Induced-ESI)^{[59, 81,82]}

ESI分析非共价蛋白复合物或蛋白配体加合物仍然是一个分析难题,因为这些配合物通常需要在含水缓冲溶液中分析,以避免在质量分析之前就已经在溶液中离解。这种偏离标准ESI的条件造成了两个问题:第一,从这种溶剂中产生稳定的喷雾;第二,完成有效的离子去溶。这些问题可以通过使用纳米电喷雾离子化(nano-ESI)得到解决^[83]。

Nano-ESI与传统的电喷雾源和其他微型电喷雾源不同的是:(1) 它的喷雾孔是通过将喷雾毛细管拉到一个很细的尖端实现的;(2) 它的流量很低,流量为20 nL/min,产生的液滴很小;(3) 没有溶剂泵和进口阀^[84]。其离子化机理与ESI类似,但nano-ESI可产生更细小稳定的喷雾液滴且去溶能力更强,因此在蛋白分析中应用广泛。对含有二硫键的肽或蛋白质的表征需要了解二硫键的序列和连接性,但通常情况下酰胺键比二硫键更易断裂,解决这个问题的一个普通策略是在诱导骨架碎裂之前选择性地切割二硫键,这种方法常需要繁琐的样品前处理过程。

瑕瑜和Cooks在nano-ESI的基础上开发了一种诱导电喷雾电离的方法(图15)^[82],原理可解释为:在与喷淋液接触的不锈钢线上施加约12 kV的喷雾电压,产生肽离子,基于介质阻挡放电的大气压氦低温等离子体在外壁连有两个电极T形玻璃管的侧臂上产生,T形玻璃管起反应器的作用,利用二硫键对亲电自由基的高反应性,使由nano-ESI产生的肽离子与从LTP源产生的自由基相互作用,在较高浓度羟基自由基存在下,选择性断裂肽离子中的二硫键^[82],从而进行分析。

(6)脉冲直流电喷雾离子化(Pulsed-dc-ESI)

nano-ESI是蛋白质组学和代谢组学等系统生物学研究中的一种流行的分析工具,但仅适用于体积大于纳米分子水平的样品。越来越多的生物研究关注小体积样品(μLnL),特别是具有微升体积的样品,如单细胞分析、细胞生态位分析和小体积生理流体分析^[85]等。改进于nano-ESI,张新荣课题组^[47]开发的脉冲直流电喷雾离子化 (Pulsed direct current electrospray ionization, Pulsed-dc-ESI) 适合于小体积样本的分析,仅需要极少量的样本体积就可获得几分钟的持续信号。脉冲喷雾的产生分为四个过程(图16),以正离子模式为例,包括:溶液极化、产生正电喷雾、液体-气体表面的电化学反应、气体与电极之间的放电。溶液极化与产生喷雾过程类似于ESI机理,当反射口尖端积累足够的正电荷后,达到Rayleigh稳定限,产生正电喷雾;同时为了保证电荷平衡,溶液和气体表面发生电化学反应,在溶液中生成正离子,在气相中生成负离子;气相中新生成的负电荷被气体电极放电中和。

(7)静电喷雾离子化(ESTASI)

静电喷雾离子化 (Electrostatic-Spray Ionization, ESTASI) 是一种环境大气压下的原位离子化方法,具有无破坏性、高通量、同时分析正负离子的优势和特点。离子化装置由高压电源、绝缘板、电极和质谱入口组成(图17)。样品处于电极和质谱入口之间,通过绝缘板与电极分离,通过空气与质谱入口分离。当在电极与质谱之间施加电压时,整个体系可以看作是对两个串联的电容器进行充电:电极-绝缘板-液滴(C1)、液滴-空气-质谱入口(C2)。充电的过程中液滴内部会发生正负电荷的分离,正电荷会积累在液滴顶端靠近质谱入口处,而负电荷会积累在液滴底部靠近电极处。当积累的电荷密度足够大时,静电压力超过拉普拉斯压力会引发正电荷喷雾离子化,而负电荷会继续保存在液滴内,阻止连续的电喷雾。这时,只需将电极和质谱入口同时接地,就能够诱发C1放电及其对C2的充电。当液滴顶端的负电荷密度足够大时就会发生负电荷喷雾离子化。重复上述过程就能够实现连续、交替的正负电荷喷雾离子化^[49]。该方法已用于离线联用毛细管电泳分离-质谱检测,还用于快速分析香水组分、食品饮料中的咖啡因含量,作为液滴微流控芯片-质谱的接口技术等。

4.2 温度激发离子化

4.2.1 高温激发离子化

电压是否是离子化的必要条件,对于一些电压敏感的化合物的质谱检测应该如何进行成为了质谱学家们的关注点。

(1)零电压纸喷雾离子化(ZV-PSI)

Cooks等开发的零电压纸喷雾离子化(ZV-PSI)^[86]在传统的PSI基础上,去掉高电压,当液滴通过真空系统的吸力进入质谱仪时,会感受到气动力,由MS入口处的真空负压使样品分子从纸基上解吸附,MS毛细管入口处的高温使解吸附的样品溶剂蒸发,未带电荷的液滴首先通过空气动力学裂解,裂解引起正负电荷分离,当裂解后液滴直径在14 μm时,发生库仑爆炸(图18a)。零电压纸喷雾离子化可分析的化合物范围与PSI和ESI基本相似,不同之处在于ZV-PSI得到的质谱信号强度低于其他两种方法获得的质谱,其离子化效率较低。尽管反应效率低,但该工艺本质上非常温和,对表面活性化合物更敏感。这个模型与其他零电压喷雾电离机制的关系尚不清楚,但对未来的研究很有意义,特别是在MS入口电离实验中,还可以用来研究需要避免外部电场影响的系统,如活生物体分析以及脆性过渡金属配合物离子[Cr(H₂O)₄Cl₂]⁺等(图18 b)^[87],在零电压条件下,配合物中的配位水不会丢失,这一发现在溶剂化效应的研究中至关重要。

(2)快速喷发解吸离子化(FEDI)

本课题组最近从火山喷发和瀑布等自然现象中得到启发,带电物质主要在高速和剧烈运动过程中产生,这激发我们探索新的电离技术,因为分析物的电荷形成是MS检测的先决条件,因此我们开发了一种快速喷发解吸离子化(FEDI)技术^[53],FEDI的工作原理简要概述为(图19):将样品引入样品管的底部,然后将通过鳄鱼夹固定的样品管放置在MS入口前面,加热源在样品管底部产生足够的能量,使得样品体积迅速膨胀,当狭窄空间中的样品喷射到大气中时,伴随着强烈的摩擦和碰撞从而引发分析物解吸和电离。该技术有三种分析模式:适合于大多数化合物的无辅助喷发、适合于非挥发性化合物的含能材料辅助喷发以及适合脆弱化合物如金属有机化合物等的溶剂辅助喷发。该技术无需样品前处理,污染与残留效应低、灵敏度高、适用范围广,是一种简单、快速、低耗的电离技术,可连接便携质谱仪,有望应用至实验室和现场分析中。

4.2.2 低温激发离子化

电喷雾离子化过程是以脱溶剂历程为主导的协同式离子化,如何实现目标物的解吸依然是区分这些技术的重要特点,也是特定类型离子源适用范围和灵敏度的重要决定因素。近年来国内外质谱学家们对离子化机理的研究对离子源的改进以及研发都有很大的促进作用,这些研究工作已经有较多综述和评论进行了介绍^[40]。

科研需要有一种健康的怀疑态度,但何时停止怀疑,并将得到的结果套入熟悉的公式十分重要。在上述各种常压新型电喷雾离子化的基础上,本课题组对激发离子化的条件提出了疑问,能使目标物质离子化产生单个气相离子的最“软”的条件是什么?我们首先考虑到了外界不供能即不加激光、电压等外力的情况,零电压纸喷雾离子化充分证明了这一观点——激光和电压不是离子化的必要条件。由于碳纤维束中任一单根碳纤维尖端可形成单独的Taylor锥,单根碳纤维由于本身很细的直径可大大缩小形成的Taylor锥尖端的大小,且一束碳纤维中可能有多根碳纤维尖端同时形成稳定的电喷雾,可以明显提高电喷雾效率从而降低检测限,因此,我们设计出了零电压碳纤维离子化的装置(图20),其机理与零电压纸喷雾离子化法类似:将一束长度一定的碳纤维通过嵌套的方式固定在2根PEEK管中,碳纤维在管的一段伸出约1 cm,在探针模式下直接将不同的样品溶液进样在碳纤维上,进行ZV-CFI-MS检测,碳纤维头距离质谱进口约2 mm。不加电压的情况下,通过质谱入口的真空负压使得目标物解吸进入离子传输管,离子传输管中高温 (约300 ℃) 使溶剂蒸发,未带电荷的液滴在空气动力学作用下裂解,正负离子不均匀分布使裂解后的液滴带电荷,往复循环直至产生单个气相离子进入质量分析器。该技术对药品、农药、生物体液成分分析和热不稳定性化合物都有良好的分析结果。

在此结果的激励下,本课题组再次提出创新观点,考虑到有机溶剂的沸点大多不超过100 ℃,上述装置能否在低温(约100 ℃)下实现离子化。因此我们仍采用上述装置,仅将离子传输管温度降至100 ℃,将甲醇为溶剂的药物托拉塞米等以探针模式置于碳纤维上暴露在质谱入口的真空下,检测得到了较好的结果 (图21),但灵敏度比高温检测时低12个数量级。

基于此结果,我们大胆提出一种假设:一般有机化合物价键电子的电离能为713 eV,其离子化程度随电子能量的增加 (1020 eV) 而迅速增大。电喷雾离子化在低电场甚至无电场时,液滴不能被电场穿透,正负离子较难迁移,不足以形成Taylor锥,此时的离子化机理不符合“电泳机制”,并且在没有干燥气辅助条件下溶剂蒸发受限,很难在进入离子传输管之前发生“库仑爆炸”产生单个气相离子。因此离子化是以一种新的方式,即通过质谱入口处真空系统产生的负压将喷针等载样材料尖端处的小液滴吸入离子传输管,凭借离子传输管中的空气动力与高于溶剂沸点的温度(温度提供的能量高于电子激发所需的电离能),液滴裂解且溶剂蒸发,裂解时电荷不均匀分布使得液滴带电,如此往复循环最终产生单个气相离子,进入质量分析器被检测。

5 常压电喷雾离子源在质谱成像中的应用

质谱成像 (Mass spectrometry imaging, MSI) 借助于质谱的方法,再配套上专门的质谱成像软件控制下,使用一台通过测定质荷比来分析生物分子的标准分子量的质谱仪来成像的方法。相对于传统的成像方法,质谱成像具有免荧光标记、不需要复杂样品前处理、可以提供丰富的被分析物空间分布信息等优点。与核磁共振或者正电子发射计算机断层显像相比,质谱成像有更高的空间分辨率;而相对于荧光成像,质谱成像所需的样品前处理步骤相对简单,而且不需要荧光标记,避免了可能引起的样品原始状态的改变。质谱技术可以根据被分析物的不同质荷比,分析从小分子到生物大分子等物质;结合成像技术,可以直观地给出较高分辨率的被分析物空间分布情况。因此,质谱成像技术越来越多地受到人们的关注,成为成像研究领域的一个新热点。SIMS 和MALDI-MS两种质谱成像技术的发展都较为成熟,且均有商品化仪器。它们的质谱扫描过程均需要在高真空条件下进行,无法进行实时原位的分析。随着2004年常压敞开式离子化质谱概念的提出,各种各样的常压敞开式离子化技术纷纷涌现,为质谱成像技术的进一步发展提供了新的技术支持^[88]。

5.1 解吸电喷雾电离质谱成像

解吸电喷雾电 (Desorption electrospray ionization, DESI) 是第一种被报道的常压敞开式离子化技术,也是目前常压敞开式离子化质谱成像领域研究最多的一种方法。DESI成像的分辨率受其喷雾空间分辨率的限制,一般约为200 μm。虽有报道可以通过优化实验条件将分辨率提高至40 μm左右,但与SIMS和MALDI-MS相比,分辨率仍较低。DESI在过去几年里在质谱成像领域已有诸多应用,如法医鉴定、组织成像、代谢物分析及三维组织成像分析等。

Cooks等^[90]利用该方法报道了小鼠脑中的脂质类化合物分布的三维质谱成像结果。首先选择一片组织切片,确定了小鼠脑中的两种特征离子(m/z 834.4为PS 18·0/22:6,m/z 888. 8为ST 24:1)。然后将小鼠大脑组织切成36片,对每个切片分别进行成像,再将结果叠加起来,得到完整的三维小鼠大脑质谱成像图,证明了DESI-MS 三维成像的可能性,并据此研究了小鼠大脑的特征物质分布情况。

5.2 探针电喷雾电离质谱成像

随后Hiraoka等^[44]报道了利用固体探针实现电喷雾的常压敞开式离子化方法——探针电喷雾电离(Probe electrospray ionization, PESI)。PESI离子化方法利用电动马达驱动可上下竖直移动的固体探针,探针首先下降并接触样品,样品表面或内部的物质(视下降深度而定)粘附到探头上,从而完成采样。当探针上升到固定位置,在其上加3 kV高压,从而在探针的尖端产生电喷雾,进而进入质量分析器进行检测。Chen等报道了利用PESI对液体被分析物进行分析,对小鼠大脑组织进行了磷脂的质谱成像研究等^[89]。由于PESI的分辨率取决于探针尖端的直径大小,因此,实验利用很细的探针达到了60 μm的高空间分辨率。

5.3 空气动力辅助电离质谱成像

再帕尔等研制出了新型常压敞开式空气动力辅助离子化(Air flow assisted ionization, AFAI)技术,AFAI提高了远距离敞开式离子化的灵敏度和稳定性,扩展了待测样品的空间和操作灵活性。他们采用该技术研发出整体动物体内分子成像分析 (Whole-body molecular imaging) 的AFAI-MSI新方法^[91],该成像技术可以高效率地同时获得药物及其代谢物在整体动物体内的分布特征及动态变化信息,为研究药物的靶向作用,预测候选新药的可能肿瘤谱、药效与毒性等提供了新颖直观的方法与手段^{[59, 92,93]}。此外,AFAI-MSI技术与现有的WBA、荧光物质标记成像或MALDI-MSI质谱成像技术等相比具有多种优势:无需同位素或荧光等化学标记和复杂的样品前处理,可同时对不同分子进行成像分析,可直观且相对定量地反映组织中分子的分布特征;无需真空操作、使用方便,尤其可方便进行大鼠等整体动物体内分子成像分析;无需使用基质, 可避免分子的扩散或移位,更适合小分子化合物高质量、高灵敏的质谱分子成像分析。AFAI-MSI成像方法可以直观地显示药物的组织分布特征,为药效评价、毒副作用及药物的作用机制研究提供直观的重要信息。

5.4 静电喷雾电离质谱成像

乔亮等开发的静电喷雾离子化方法(Electrostatic spray ionization, ESTASI)被发展用于环境条件气压下的质谱成像,并且实现了针对肽段、蛋白、有机物、细胞的无标记直接质谱成像,成像分辨率达到了100 μm以下^[49]。

该方法在质谱成像中的工作原理如下(图22),将离子传输管改为“L”形,使离子传输管开口垂直向下,便于水平安装样品的探测。装置可沉积来自Eppendorf吸管尖端或通过喷墨式递送到薄PI片或光泽相片纸上的液滴,样品在敞开环境或烘箱中干燥,随后进行质谱成像分析^[94]。

6 结论

目前,电喷雾离子源从理论和技术上已逐渐趋于成熟。我们认为实现离子化的三要素:真空、温度与溶剂,选择合适的溶剂在真空条件下目标分析物解吸,最终通过高于溶剂沸点的温度达到脱溶剂的目的。为提高离子化效率,各研究组始终追求有效的聚焦离子,提高电喷雾离子源分析灵敏度;发展可在确保灵敏度的情况下,满足不同基质、不同要求分析的电喷雾离子化方式。不仅要了解新的电离过程的机制,而且需要了解这些知识将教给我们关于已建立的电离过程以及如何用新的和更广阔的视野进行改进的知识。总之,作为目前提高仪器灵敏度的关键之一,电喷雾离子源仍值得深入研究发展。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

[1]	王昊阳 ( Wang H Y), 郭寅龙(Guo Y L), 张立(Zhang L), 安登魁(An D K . 有机化学( Chinese Journal of Organic Chemistry), 2002,22:974.

[2]	J A C . Nature, 1922,109:671.

[3]	Smith R D, Loo J A, Edmonds C G, Barinaga C J, Udseth H R . Anal. Chem., 1990,62:882.

[4]	Richardson S D. Anal. Chem., 2010,84:4742.

[5]	Franchetti V S, Solka B H, Baitinger W E, Amy J W, Cooks R G . Int. J. Mass Spectrom. Ion. Phys., 1977,23:29.

[6]	Domon B, Aebersold R . Science, 2006,312:212.

[7]	Burlnsky D J, Cooks R G, Chess E K, Gross M L . Anal. Chem., 1982,54:645.

[8]	Caprioli R M, Farmer T B, Gile J . Anal. Chem., 1997,69:4751.

[9]	Bell R J, Short R T, van Amerom F H W, Byrne R H . Environ. Sci. Technol., 2007,41:8123.

[10]	Wiseman J M, Ifa D R, Venter A, Cooks R G . Nat. Protoc., 2008,3(3):517.

[11]	Sinz A. Mass Spectrom Rev., 2006,25:663.

[12]	Ojanpera I, Kolmonen M, Pelander A . Anal. Bioanal. Chem., 2012,403:1203.

[13]	McPhail D S . J. Mater. Sci., 2006,41:873.

[14]	Koppenaal D W, Eiden G C, Barinaga C J . J. Anal. At. Spectrom., 2004,19:561.

[15]	Cuyckens F, Claeys M . J. Mass Spectrom., 2004,39(1):1.

[16]	Combariza M Y, Fahey A M, Milshteyn A, Vachet R W . Int. J. Mass Spectrom., 2005,244(2/3):109.

[17]	Badu-Tawiah A K, Li A, Jjunju F P, Cooks R G . Angew. Chem. Int. Ed., 2012,51(37):9417.

[18]	Budzikiewicz H, Grigsby R D . Mass Spectrom Rev., 2006,25(1):146.

[19]	Pitt J J. Clin. Biochem. Rev., 2009,30:19.

[20]	Fortner E C, Zhao J, Zhang R Y . Anal. Chem., 2004,76:5436.

[21]	Yamashitat M, Fenn J B . J. Phys. Chem., 1984,88:4611.

[22]	Trimpin S . J. Am. Soc. Mass Spectrom., 2016,27:4.

[23]	Chait B T, Beavis R C . Anal. Chem., 63, 1991,63(24):1193.

[24]	Takats Z, Wiseman J M, Gologan B, Cooks R G . Science, 2004,306(5695):471.

[25]	Michael S M, Chien B M, Lubman D M . Anal. Chem., 1993,65:2614.

[26]	Li K Y, Tu H H, Ray A K . Langmuir, 2005,21:3786.

[27]	Kebarle P, Verkerk U H . Mass Spectrom Rev., 2009,28(6):898.

[28]	Fenn J B, Nguyen S . Proc. Natl. Acad. Sci. U. S.A., 2007,104:1111.

[29]	Iribarne J V, Thomson B A . J. Chem. Phys., 1976,64(6):2287.

[30]	高方园 ( Gao F Y), 张维冰 (Zhang W B), 关亚风 (Guan Y F), 张玉奎 (Zhang Y K) . 中国科学( Scientia Sinica Chimica), 2014,44(7):1181.

[31]	Fung Y M E, Adams C M, Zubarev R A . J. Am. Chem. Soc., 2009,131:9977.

[32]	Zubarev R A, Kelleher N L, McLafferty F W . J. Am. Chem. Soc., 1998,120:3265.

[33]	Robb D B, Rogalski J C, Kast J, Blades M W . Anal. Chem., 2012,84:4221.

[34]	Schnier P D, Price W D, Jockusch R A, Williams E R . J. Am. Chem. Soc., 1996,118:7178.

[35]	Chen H, Eberlin L S, Cooks R G . J. Am. Chem. Soc., 2007,129:5880.

[36]	Ashworth D J, Baird W M, Chang C, Ciupek J D, Busch K L, Cooks R G . Biomed. Mass Spectrom., 1985,12(7):309.

[37]	Little D P, Speir J P, Senko M W, O’Connor P B, McLafferty F W . Anal. Chem., 1994,66:2809.

[38]	Nemes P, Vertes A . Anal. Chem., 2007,79:8098.

[39]	Chen H, Cotte-Rodriguez I, Cooks R G . Chem. Commun., 2006 ( 6):597.

[40]	王昊阳 ( Wang H Y), 刘小攀 (Liu X P), 郭寅龙 (Guo Y L) . 中国科学( Scientia Sinica Chimica), 2017,47(12):1424.

[41]	Liu J J, Wang H, Manicke N E, Lin J M, Cooks R G, Ou Y Z . Anal. Chem., 2010,82:2463.

[42]	Chen H, Venter A, Cooks R G . Chem. Commun., 2006 ( 19):2042.

[43]	Law W S, Wang R, Hu B, Berchtold C, Meier L, Chen H W, Zenobi R . Anal. Chem, 2010,82:4494.

[44]	Yu Z, Chen L C, Mandal M K, Yoshimura K, Takeda S, Hiraoka K . J. Am. Soc. Mass Spectrom., 2013,24(10):1612.

[45]	Chen F M, Lin L Y, Zhang J, He Z Y, Uchiyama K, Lin J M . Anal. Chem., 2016,88:4354.

[46]	Hu B, So P K, Chen H W, Yao Z P . Anal. Chem., 2011,83:8201.

[47]	Wei Z W, Xiong X C, Guo C A, Si X Y, Zhao Y Y, He M Y, Yang C D, Xu W, Tang F, Fang X, Zhang S C, Zhang X R . Anal. Chem., 2015,87:11242.

[48]	Chen Z Y, A . Phys. Rev. E. Stat. Nonlin. Soft. Matter. Phys., 2008,77(036316):1.

[49]	Qiao L, Sartor R, Gasilova N, Lu Y, Tobolkina E, Liu B H, Girault H H . Anal. Chem., 2012,84:7422.

[50]	Zhang J T, Wang H Y, Zhu W, Cai T T, Guo Y L . Anal. Chem., 2014,86:8937.

[51]	He J M, Tang F, Luo Z G, Chen Y, Xu J, Zhang R P, Wang X H, Abliz Z . Rapid Commun. Mass Spectrom., 2011,25(7):843.

[52]	Liu P Y, Zhao P Y, Cooks R G, Chen H . Chem.Sci, 2017,8(9):6499.

[53]	Liu X P, Wang H Y, Dong G Q, Li Z Q, Guo Y L . J. Am. Soc. Mass Spectrom., 2018,29(6):1319.

[54]	Wu M X, Wang H Y, Zhang J T, Guo Y L . Anal. Chem., 2016,88:9547.

[55]	Ho C S, Lam C W K, Chan M H M, Cheung R C K, Law L K, Lit L C W, Ng K F, Suen M W M, Tai H L . Clin. Biochem. Rev., 2003 ( 24):3.

[56]	Takats Z, Wiseman J M, Cooks R G . J. Mass Spectrom., 2005,40(10):1261.

[57]	Huang M Z, Cheng S C, Cho Y T, Shiea J . Anal. Chim. Acta., 2011,702(1):1.

[58]	Cheng S, Wu Q H, Xiao H, Chen H . Anal.Chem, 2017,89:2338.

[59]	Brown T A, Chen H, Zare R N . Angew. Chem. Int.Ed., 2015,54(38):11183.

[60]	Schwarz H, Terlouw J K . Angew. Chem. Int.Ed., 1987,26:805.

[61]	McLafferty F W . Science, 1990,247:925.

[62]	Schwarz H, Goldberg N . Acc. Chem. Res., 1994,27:347.

[63]	McLafferty F W, Wesdemiotis C . Chem. Rev., 1987,87:485.

[64]	Wesdemiotis C, Cordero M M . Anal. Chem., 1994,66:861.

[65]	Cordero M M, Houser J J, Wesdemiotis C . Anal. Chem. 1993,65:1594.

[66]	McLafferty F W, Todd P J, McGilvery D C, Baldwin M A . J. Am. Chem. Soc., 1980,102:3360.

[67]	Li Y F, Zhang N, Zhou Y M, Wang J N, Zhang Y M, Wang J Y, Xiong C Q, Chen S M, Nie Z X . J. Am. Soc. Mass Spectrom., 2013,24(9):1446.

[68]	Lindenburg P W, Haselberg R, Rozing G, Ramautar R . Chromatographia, 2014,78(5/6):367.

[69]	Kleparnik K . Electrophoresis, 2013,34(1):70.

[70]	Heemskerk A A, Deelder A M, Mayboroda O A . Mass Spectrom.Rev., 2016,35(2):259.

[71]	Zhang Y D, Ai W P, Bai Y, Zhou Y L, Wen L H, Zhang X X, Liu H W . Anal. Bioanal. Chem., 2016,408(30):8655.

[72]	Chang C C, Xu G G, Bai Y, Zhang C S, Li X J, Li M, Liu Y, Liu H W . Anal. Chem., 2013,85:170.

[73]	张佳玲 ( Zhang J L), 霍飞凤 (Huo F F), 周志贵 (Zhou Z G), 白玉 (Bai Y), 刘虎威 (Liu H W) , 化学进展( Progress in Chemistry), 2012,24(1):101

[74]	Gross J H. Anal. Bioanal. Chem., 2014,406(1):63.

[75]	Zhang Y D, Li X J, Nie H G, Yang L, Li Z, Bai Y, Niu L, Song D Q, Liu H W . Anal. Chem., 2015,87:6505.

[76]	Li Z, Zhang J L, Zhang Y W, Bai Y, Liu H W . J. Anal. Test., 2017,1(1):2.

[77]	Liu J J, Wang H, Cooks R G, Ou Y Z . Anal. Chem., 2011,83:7608.

[78]	Hu B, So P K, Yang Y Y, Deng J W, Choi Y C, Luan T G, Yao Z P . Anal. Chem., 2018,90:1759.

[79]	Deng J W, Yu T T, Yao Y, Peng Q, Luo L J, Chen B W, Wang X W, Yang Y Y, Luan T G . Anal. Chim. Acta, 2017,954:52.

[80]	Liu J, Ro K W, Busman M, Knapp D R, . Anal. Chim, 2004,76:3599.

[81]	Nyadong L, Galhena A S, Ferna’ndez F M . Anal. Chem., 2009,81:7788.

[82]	Xia Y, Cooks R G . Anal. Chem., 2010,82:2856.

[83]	Schmidt A, Bahr U, Karas M . Anal. Chem., 2001,73:6040.

[84]	Wilm M, Mann M . Anal. Chem., 1996,68:1.

[85]	Fu X, Liang H X, Xia B, Huang C Y, Ji B C, Zhou Y . J. Agric. Food. Chem., 2017,65(37):8256.

[86]	Wleklinski M, Li Y, Bag S, Sarkar D, Narayanan R, Pradeep T, Cooks R G . Anal. Chem., 2015,87:6786.

[87]	Narayanan R, Pradeep T . Anal. Chem., 2017,89:10696.

[88]	刘虎威 ( Liu H W), 冯鲍盛 (Feng B S), 白玉 (Bai Y) . 大学化学( University Chemistry), 2013,28(4):1.

[89]	Chen L C, Yoshimural K, Yu Z, Zwata R, Ito H, Suzuki H, Mori K, Ariyada O, Takeda S, Kubota T, Hiroka K . J. Mass.Spectrom., 2009,44:1469.

[90]	Campbell D Z, Ferrira C R, Eberlin L S, Cooks R G . Anal. Bioanal. Chem., 2012,404:389.

[91]	Luo Z G, He J M, Chen Y, He J J, Gong T, Tang F, Wang X H, Zhang R P, Huang L, Zhang L F, Lv H N, Ma S G, Fu Z D, Chen X G, Yu S S, Abliz Z . Anal.Chem, 2013,85:2977.

[92]	罗志刚 ( Luo Z G), 贺玖明 (He J M), 刘月英 (Liu Y Y), 李铁钢 (Li T G), 何菁菁 (He J J), 张四纯 (Zhang S C), 张新荣 (Zhang X R), 再帕尔·阿不力孜 (Abliz Z) . 中国科学( Scientia Sinica Chimica), 2014,44(5):795.

[93]	van Geenen F A, Franssen M C, Schotman A H, Zuilhof H, Nielen M W . Anal. Chem., 2017,89:4031.

[94]	Qiao L, Tobolkina E, Lesch A, Bondarenko A, Zhong X, Liu B, Pick H, Vogel H, Girault H H . Anal. Chem., 2014,86:2033.

[1]	王昊阳 ( Wang H Y), 郭寅龙(Guo Y L), 张立(Zhang L), 安登魁(An D K . 有机化学( Chinese Journal of Organic Chemistry), 2002,22:974.
[2]	J A C . Nature, 1922,109:671.
[3]	Smith R D, Loo J A, Edmonds C G, Barinaga C J, Udseth H R . Anal. Chem., 1990,62:882.
[4]	Richardson S D . Anal. Chem., 2010,84:4742.
[5]	Franchetti V S, Solka B H, Baitinger W E, Amy J W, Cooks R G . Int. J. Mass Spectrom. Ion. Phys., 1977,23:29.
[6]	Domon B, Aebersold R . Science, 2006,312:212.
[7]	Burlnsky D J, Cooks R G, Chess E K, Gross M L . Anal. Chem., 1982,54:645.
[8]	Caprioli R M, Farmer T B, Gile J . Anal. Chem., 1997,69:4751.
[9]	Bell R J, Short R T, van Amerom F H W, Byrne R H . Environ. Sci. Technol., 2007,41:8123.
[10]	Wiseman J M, Ifa D R, Venter A, Cooks R G . Nat. Protoc., 2008,3(3):517.
[11]	Sinz A . Mass Spectrom Rev., 2006,25:663.
[12]	Ojanpera I, Kolmonen M, Pelander A . Anal. Bioanal. Chem., 2012,403:1203.
[13]	McPhail D S . J. Mater. Sci., 2006,41:873.
[14]	Koppenaal D W, Eiden G C, Barinaga C J . J. Anal. At. Spectrom., 2004,19:561.
[15]	Cuyckens F, Claeys M . J. Mass Spectrom., 2004,39(1):1.
[16]	Combariza M Y, Fahey A M, Milshteyn A, Vachet R W . Int. J. Mass Spectrom., 2005,244(2/3):109.
[17]	Badu-Tawiah A K, Li A, Jjunju F P, Cooks R G . Angew. Chem. Int. Ed., 2012,51(37):9417.
[18]	Budzikiewicz H, Grigsby R D . Mass Spectrom Rev., 2006,25(1):146.
[19]	Pitt J J . Clin. Biochem. Rev., 2009,30:19.
[20]	Fortner E C, Zhao J, Zhang R Y . Anal. Chem., 2004,76:5436.
[21]	Yamashitat M, Fenn J B . J. Phys. Chem., 1984,88:4611.
[22]	Trimpin S . J. Am. Soc. Mass Spectrom., 2016,27:4.
[23]	Chait B T, Beavis R C . Anal. Chem., 63, 1991,63(24):1193.
[24]	Takats Z, Wiseman J M, Gologan B, Cooks R G . Science, 2004,306(5695):471.
[25]	Michael S M, Chien B M, Lubman D M . Anal. Chem., 1993,65:2614.
[26]	Li K Y, Tu H H, Ray A K . Langmuir, 2005,21:3786.
[27]	Kebarle P, Verkerk U H . Mass Spectrom Rev., 2009,28(6):898.
[28]	Fenn J B, Nguyen S . Proc. Natl. Acad. Sci. U. S.A., 2007,104:1111.
[29]	Iribarne J V, Thomson B A . J. Chem. Phys., 1976,64(6):2287.
[30]	高方园 ( Gao F Y), 张维冰 (Zhang W B), 关亚风 (Guan Y F), 张玉奎 (Zhang Y K) . 中国科学( Scientia Sinica Chimica), 2014,44(7):1181.
[31]	Fung Y M E, Adams C M, Zubarev R A . J. Am. Chem. Soc., 2009,131:9977.
[32]	Zubarev R A, Kelleher N L, McLafferty F W . J. Am. Chem. Soc., 1998,120:3265.
[33]	Robb D B, Rogalski J C, Kast J, Blades M W . Anal. Chem., 2012,84:4221.
[34]	Schnier P D, Price W D, Jockusch R A, Williams E R . J. Am. Chem. Soc., 1996,118:7178.
[35]	Chen H, Eberlin L S, Cooks R G . J. Am. Chem. Soc., 2007,129:5880.
[36]	Ashworth D J, Baird W M, Chang C, Ciupek J D, Busch K L, Cooks R G . Biomed. Mass Spectrom., 1985,12(7):309.
[37]	Little D P, Speir J P, Senko M W, O’Connor P B, McLafferty F W . Anal. Chem., 1994,66:2809.
[38]	Nemes P, Vertes A . Anal. Chem., 2007,79:8098.
[39]	Chen H, Cotte-Rodriguez I, Cooks R G . Chem. Commun., 2006 ( 6):597.
[40]	王昊阳 ( Wang H Y), 刘小攀 (Liu X P), 郭寅龙 (Guo Y L) . 中国科学( Scientia Sinica Chimica), 2017,47(12):1424.
[41]	Liu J J, Wang H, Manicke N E, Lin J M, Cooks R G, Ou Y Z . Anal. Chem., 2010,82:2463.
[42]	Chen H, Venter A, Cooks R G . Chem. Commun., 2006 ( 19):2042.
[43]	Law W S, Wang R, Hu B, Berchtold C, Meier L, Chen H W, Zenobi R . Anal. Chem, 2010,82:4494.
[44]	Yu Z, Chen L C, Mandal M K, Yoshimura K, Takeda S, Hiraoka K . J. Am. Soc. Mass Spectrom., 2013,24(10):1612.
[45]	Chen F M, Lin L Y, Zhang J, He Z Y, Uchiyama K, Lin J M . Anal. Chem., 2016,88:4354.
[46]	Hu B, So P K, Chen H W, Yao Z P . Anal. Chem., 2011,83:8201.
[47]	Wei Z W, Xiong X C, Guo C A, Si X Y, Zhao Y Y, He M Y, Yang C D, Xu W, Tang F, Fang X, Zhang S C, Zhang X R . Anal. Chem., 2015,87:11242.
[48]	Chen Z Y, A . Phys. Rev. E. Stat. Nonlin. Soft. Matter. Phys., 2008,77(036316):1.
[49]	Qiao L, Sartor R, Gasilova N, Lu Y, Tobolkina E, Liu B H, Girault H H . Anal. Chem., 2012,84:7422.
[50]	Zhang J T, Wang H Y, Zhu W, Cai T T, Guo Y L . Anal. Chem., 2014,86:8937.
[51]	He J M, Tang F, Luo Z G, Chen Y, Xu J, Zhang R P, Wang X H, Abliz Z . Rapid Commun. Mass Spectrom., 2011,25(7):843.
[52]	Liu P Y, Zhao P Y, Cooks R G, Chen H . Chem.Sci, 2017,8(9):6499.
[53]	Liu X P, Wang H Y, Dong G Q, Li Z Q, Guo Y L . J. Am. Soc. Mass Spectrom., 2018,29(6):1319.
[54]	Wu M X, Wang H Y, Zhang J T, Guo Y L . Anal. Chem., 2016,88:9547.
[55]	Ho C S, Lam C W K, Chan M H M, Cheung R C K, Law L K, Lit L C W, Ng K F, Suen M W M, Tai H L . Clin. Biochem. Rev., 2003 ( 24):3.
[56]	Takats Z, Wiseman J M, Cooks R G . J. Mass Spectrom., 2005,40(10):1261.
[57]	Huang M Z, Cheng S C, Cho Y T, Shiea J . Anal. Chim. Acta., 2011,702(1):1.
[58]	Cheng S, Wu Q H, Xiao H, Chen H . Anal.Chem, 2017,89:2338.
[59]	Brown T A, Chen H, Zare R N . Angew. Chem. Int.Ed., 2015,54(38):11183.
[60]	Schwarz H, Terlouw J K . Angew. Chem. Int.Ed., 1987,26:805.
[61]	McLafferty F W . Science, 1990,247:925.
[62]	Schwarz H, Goldberg N . Acc. Chem. Res., 1994,27:347.
[63]	McLafferty F W, Wesdemiotis C . Chem. Rev., 1987,87:485.
[64]	Wesdemiotis C, Cordero M M . Anal. Chem., 1994,66:861.
[65]	Cordero M M, Houser J J, Wesdemiotis C . Anal. Chem. 1993,65:1594.
[66]	McLafferty F W, Todd P J, McGilvery D C, Baldwin M A . J. Am. Chem. Soc., 1980,102:3360.
[67]	Li Y F, Zhang N, Zhou Y M, Wang J N, Zhang Y M, Wang J Y, Xiong C Q, Chen S M, Nie Z X . J. Am. Soc. Mass Spectrom., 2013,24(9):1446.
[68]	Lindenburg P W, Haselberg R, Rozing G, Ramautar R . Chromatographia, 2014,78(5/6):367.
[69]	Kleparnik K . Electrophoresis, 2013,34(1):70.
[70]	Heemskerk A A, Deelder A M, Mayboroda O A . Mass Spectrom.Rev., 2016,35(2):259.
[71]	Zhang Y D, Ai W P, Bai Y, Zhou Y L, Wen L H, Zhang X X, Liu H W . Anal. Bioanal. Chem., 2016,408(30):8655.
[72]	Chang C C, Xu G G, Bai Y, Zhang C S, Li X J, Li M, Liu Y, Liu H W . Anal. Chem., 2013,85:170.
[73]	张佳玲 ( Zhang J L), 霍飞凤 (Huo F F), 周志贵 (Zhou Z G), 白玉 (Bai Y), 刘虎威 (Liu H W) , 化学进展( Progress in Chemistry), 2012,24(1):101
[74]	Gross J H . Anal. Bioanal. Chem., 2014,406(1):63.
[75]	Zhang Y D, Li X J, Nie H G, Yang L, Li Z, Bai Y, Niu L, Song D Q, Liu H W . Anal. Chem., 2015,87:6505.
[76]	Li Z, Zhang J L, Zhang Y W, Bai Y, Liu H W . J. Anal. Test., 2017,1(1):2.
[77]	Liu J J, Wang H, Cooks R G, Ou Y Z . Anal. Chem., 2011,83:7608.
[78]	Hu B, So P K, Yang Y Y, Deng J W, Choi Y C, Luan T G, Yao Z P . Anal. Chem., 2018,90:1759.
[79]	Deng J W, Yu T T, Yao Y, Peng Q, Luo L J, Chen B W, Wang X W, Yang Y Y, Luan T G . Anal. Chim. Acta, 2017,954:52.
[80]	Liu J, Ro K W, Busman M, Knapp D R, . Anal. Chim, 2004,76:3599.
[81]	Nyadong L, Galhena A S, Ferna’ndez F M . Anal. Chem., 2009,81:7788.
[82]	Xia Y, Cooks R G . Anal. Chem., 2010,82:2856.
[83]	Schmidt A, Bahr U, Karas M . Anal. Chem., 2001,73:6040.
[84]	Wilm M, Mann M . Anal. Chem., 1996,68:1.
[85]	Fu X, Liang H X, Xia B, Huang C Y, Ji B C, Zhou Y . J. Agric. Food. Chem., 2017,65(37):8256.
[86]	Wleklinski M, Li Y, Bag S, Sarkar D, Narayanan R, Pradeep T, Cooks R G . Anal. Chem., 2015,87:6786.
[87]	Narayanan R, Pradeep T . Anal. Chem., 2017,89:10696.
[88]	刘虎威 ( Liu H W), 冯鲍盛 (Feng B S), 白玉 (Bai Y) . 大学化学( University Chemistry), 2013,28(4):1.
[89]	Chen L C, Yoshimural K, Yu Z, Zwata R, Ito H, Suzuki H, Mori K, Ariyada O, Takeda S, Kubota T, Hiroka K . J. Mass.Spectrom., 2009,44:1469.
[90]	Campbell D Z, Ferrira C R, Eberlin L S, Cooks R G . Anal. Bioanal. Chem., 2012,404:389.
[91]	Luo Z G, He J M, Chen Y, He J J, Gong T, Tang F, Wang X H, Zhang R P, Huang L, Zhang L F, Lv H N, Ma S G, Fu Z D, Chen X G, Yu S S, Abliz Z . Anal.Chem, 2013,85:2977.
[92]	罗志刚 ( Luo Z G), 贺玖明 (He J M), 刘月英 (Liu Y Y), 李铁钢 (Li T G), 何菁菁 (He J J), 张四纯 (Zhang S C), 张新荣 (Zhang X R), 再帕尔·阿不力孜 (Abliz Z) . 中国科学( Scientia Sinica Chimica), 2014,44(5):795.
[93]	van Geenen F A, Franssen M C, Schotman A H, Zuilhof H, Nielen M W . Anal. Chem., 2017,89:4031.
[94]	Qiao L, Tobolkina E, Lesch A, Bondarenko A, Zhong X, Liu B, Pick H, Vogel H, Girault H H . Anal. Chem., 2014,86:2033.

基金资助

国家自然科学基金项目(21532005)

国家自然科学基金项目(21472228)

国家自然科学基金项目(21874144)

国家科技支撑计划资助(2016YFC0800704)

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Received	Published	Revised
2018-05-11	2019-01-15	2018-09-30
Online Date
2018-12-07

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