小质谱创新应用 | analytical chemistry封面文章：便携式质谱仪用于复杂样品的现场分析

暨南大学胡斌团队联合江西妇幼杨必成团队在 Analytical chemistry发表封面文章《Portable Miniature Mass Spectrometry for Enhanced On-SiteDetection of Analytes in Complex Samples by Integrating SolidPhase Microextraction and Nano-Electrospray Ionization》。文章创新地将固相微萃取（SPME）、纳升电喷雾电离源（nESI）与便携式质谱（mMS）结合，设计了SPME-nESI-mMS工具，可用于现场对各种复杂样品进行分析，其应用范围包括但不限于食品安全、环境监测、法医调查和生物分析等。

研究背景与目的

分析化学中，现场、快速、可靠地检测微量化合物（如污染物、有毒物质、滥用药物和非法添加剂）越来越重要。与实验室相比，现场分析可以对有害物质的释放、扩散进行预警和监测，促进公共安全和健康，节省时间和资源，避免样品运输、预处理和制备过程中的样品丢失、变化和污染。

当前，各种分析工具，如手持光谱仪、传感器和便携式气质联用仪等设备已被用于现场分析。目前已经开发出针对非挥发性化合物的便携式质谱，可通过直接取样/电离技术对复杂的非挥发性样品进行现场分析。尽管其具备高便携性、高灵敏度和高特异性，但由于基质效应，nESI与mMS联用对于真实复杂样品中的微量分析物检测具有挑战。

本研究旨在开发一种基于mMS的方法，通过集成SPME和nESI试剂盒，实现对复杂样品中分析物的高灵敏度现场检测。SPME-nESI-mMS是一种很有前途的工具，可用于现场对各种复杂样品进行分析，其应用范围包括但不限于食品安全、环境监测、法医调查和生物分析。

图1. SPME-nESI-mMS示意图

图2. SPME-nESI-mMS实物图 a) SPME探针   b) 将SPME探针插入nESI进样器  c) SPME-nESI组件进样小质谱

研究方法

SPME萃取头用于从复杂液体样品和生物体中现场萃取分析物。

萃取后的SPME萃取头被插入nESI进样器中进行质谱分析。

通过组装成套件的形式简化了操作过程，提高了检测效率。

SPME-nESI-mMS系统

SPME萃取头：涂层为C18，厚度为45μm，长度为15mm，用于萃取分析物。

nESI毛细管：来自PURSPEC Technologies Inc.，用于进样。

试剂盒：由SPME萃取头和nESI毛细管组成，将SPME-nESI与便携式质谱联合使用。

便携式质谱：来自PURSPEC Technologies Inc.，用于质谱分析。

实验过程

用SPME-nESI-mMS技术做了以下实验：

a. 果汁中乐果的检测

b. 牛奶中环丙沙星的检测

c. 凉茶中的氯氮卓的检测

d. 废水中的咖啡因的检测

e. 唾液中的安非他明的检测

f. 蜂蜜中的甲硝唑的检测

g. 茶叶中的吡虫啉的检测

h. 海水中辣椒素的检测

i. 海水中的食用油的检测

j. 新鲜蔬菜毒死蜱检测的检测

k. 活鱼体内孔雀石绿(MG)和隐色孔雀石绿(LMG)、并绘制了活鱼体内MG和LMG的代谢动力学趋势图

实验结果

在复杂基质中各种分析物的检测限达到pg/mL水平。

图 3. 用于复杂样品的SPME-nESI-mMS现场分析：(a)牛奶中添加环丙沙星, (b)凉茶中氯氮卓, (c)人唾液安非他明, (d)废水中咖啡因。

图4. SPME-nESI-mMS用于生物样本现场分析：(a)检测海水中辣椒素，(b)海水中的食用油检测，(c)在新鲜蔬菜中进行毒死蜱的体内检测，(d)活鱼体内孔雀石绿的检测（MG）, (e)活鱼体内隐色孔雀石绿的检测（LMG）, (f)活鱼MG和LMG的代谢动力学；(n = 6)

图5. 现场取样和分析实景图

结论

本研究通过集成固相微萃取（SPME）和纳升电喷雾电离源（nESI）试剂盒，联合便携式质谱，实现了对复杂样品和生物体中分析物的高灵敏度现场检测。实验结果表明，该方法具有快速、高灵敏度和高特异性的优点，适用于食品安全、环境监测等领域的快速筛查。另外在生物体样本分析方面，该方法展现出独特的优势，为活体监测提供了有力的工具。