小质谱创新应用 | 木质尖端直接采样电离实现复杂样本现场分钟级分析
在环境监测、食品安全与药物检测等领域，传统质谱技术虽具有高精度，却受限于固定的实验室环境与复杂的样品前处理流程，难以实现真正意义上的现场快速分析。质谱仪器的小型化是推动其走向现场应用的关键进展，而环境电离技术与微型质谱的成功结合，进一步推动了现场直接分析技术的进步。
近日，暨南大学胡斌团队及合作者在 Rapid Communications in Mass Spectrometry 上发表题为 “Onsite Analysis of Complex Samples Using Miniature Mass Spectrometry With Direct Sampling and Ionization” 的研究。该研究开发了一种基于木质尖端或植物组织的直接采样/电离方法，可与清谱科技微型质谱联用，实现对液体、粉末、粘稠样品及生物组织等多种复杂样品的现场快速分析。
操作流程
首先，将木质尖端（或植物组织）依次经甲醇和水清洗，随后切割至尖端直径约0.1 mm，以制备电喷雾发射体。将其安装至PCS试剂盒（清谱科技）中，替代原有纸毛细管，并与高压金属球相连。
采样时，根据样品形态采用相应方法：液态或粘性样品通过尖端浸入加载；粉末样品可通过预润湿的尖端进行接触式采集；对于块状样本（如发芽马铃薯、生物组织），可将尖端直接插入特定部位以吸附内含物。
采样后，向尖端表面精确加入5.0 μL甲醇/水溶液；分析肌红蛋白时改用含0.1%甲酸的甲醇/水溶液。随后将试剂盒插入微型质谱仪（清谱科技）。在1.8–3.0 kV的喷雾电压下，于50–1200 Da的质量范围内进行分析。该方法支持单次样品分析，木质尖端为一次性使用，塑料试剂盒可清洗后重复使用。
图1. 基于不同基底尖端的微型质谱直接电喷雾电离示意图：(a) 木质尖端；(b) 植物组织尖端
实验结果
本研究系统验证了木质尖端电喷雾电离与微型质谱联用技术的分析性能与应用效果，主要实验结果如下：
方法可行性与通用性验证
实验证实，木质尖端电喷雾电离能够实现对多种标准品的有效电离与检测。在正离子模式下，成功检测到质子化可卡因（[M+H]⁺, m/z 304.0）和质子化氯胺酮（[M+H]⁺, m/z 238.1/240.0）；在负离子模式下，检测到去质子化布洛芬（[M-H]⁻, m/z 205.0）。通过碰撞诱导解离实验获得的特征碎片离子与标准品谱图一致，证实了该方法具备可靠的定性能力。值得注意的是，实验成功检测到变性肌红蛋白，观察到血红素特征峰及脱辅基肌红蛋白的多电荷离子系列，证明该方法对生物大分子具有一定的分析能力。
图2. 采用木质尖端电喷雾电离微型质谱法直接检测标准品：(a) 可卡因；(b) 氯胺酮；(c) 布洛芬；(d) 变性肌红蛋白
复杂实际样品的直接分析
该方法无需样品前处理即可直接分析多种形态的原始样品：
中药提取物：从黄连提取物中直接检测到多种质子化生物碱（[M+H]⁺, m/z 320.0、336.0、352.0）；
粘稠药膏：在林可霉素药膏中同时鉴定出活性成分质子化林可霉素（[M+H]⁺, m/z 407.2）和质子化利多卡因（[M+H]⁺, m/z 235.2）；
植物组织：通过插入发芽马铃薯，直接检测到糖苷生物碱毒素质子化α-茄碱（[M+H]⁺, m/z 852.1）和质子化α-查茄碱（[M+H]⁺, m/z 868.0）；
复杂基质：在加标20 ng/mL毒品标准品的人体唾液及加标20 ng/mL农药的果汁中，该方法均能有效检出目标物。
定量分析性能评估
以果汁中的农药（福美双、乐果）为分析物评估方法定量性能：
线性范围：10-1000 ng/mL浓度范围内呈现良好线性（R² > 0.95）；
检测限：两种农药的检测限均为1.0 ng/mL（S/N = 3）；
精密度：使用一次性木质尖端进行平行检测（n = 6），10 ng/mL福美双和乐果的峰强度相对标准偏差分别为4.8%和12.8%。
图3. 采用木质尖端电喷雾电离微型质谱法直接检测样品：（a）黄连提取物；（b）黏性林可霉素软膏；（c）苦参粉末；（d）发芽马铃薯；（e）福美双的定量检测；（f）乐果的定量检测
植物组织直接电离的应用研究
创新性地使用长春花的各器官组织直接作为电喷雾发射体，实现生物碱原位分析：
在花、叶、茎中均检测到质子化文多灵（[M+H]⁺, m/z 457.0）、质子化长春质碱（[M+H]⁺, m/z 337.0）及其二聚体脱水长春碱（[M+H]⁺, m/z 793.4），同时检测到质子化蛇根碱（[M+H]⁺, m/z 349.5）。根组织中仅检测到长春质碱，未发现文多灵及脱水长春碱，该分布规律与文献报道的该化合物生物合成途径一致。
图4. 采用微型质谱直接分析不同部位长春花：(a) 花；(b) 叶；(c) 茎；(d) 根
结论
本研究通过将木质尖端或植物组织作为电喷雾电离源与微型质谱仪联用，在不进行复杂硬件改造的前提下，实现了多种原始样品的现场直接分析。该方法操作简便，利用木材的多孔特性实现高效样品负载与稳定电离，其细硬结构支持对块状生物组织的定点采样，可直接分析液体、粉末、粘稠物及生物组织等各类样品，在食品安全和药物分析等现场应用中展现出重要潜力。