原位离子化固相微萃取探针的研制及其在微尺度环境分析的应用

In-situ microscale analysis of trace environmental pollutants in biological samples is a hot research topic in environmental science, and it provides significant insights in the investigation and evaluation of the bioaccumulation characteristics, toxic mechanism, and ecotoxicological effects of pollutants. In this project, we achieve in-situ microscale analysis of trace environmental pollutants in complex biological samples by development of novel ambient ionization solid-phase microextraction (SPME) proboes. Two novel ambient ionization SPME probes with high selectivity and high enrichment ability toward environmental hormones and polycyclic aromatic hydrocarbons are developed, respectively. The probes are designed with tip-end at 1-2 µm and coating at several dozens of nm, which can be inserted directly into the tissues and organs of small model organisms (such as Daphnia magna and zebrafish) for in-situ microscale sampling and extraction of target analytes. After extraction, analytes loaded on the probe surface are directly desorbed and ionized by both laser and plasma for direct mass spectrometric analysis under ambient condition. The developed ambient ionization SPME probes possess the advantages of high selectivity, high enrichment ability, excellent ionization efficiency, high stability, and microscale sampling, providing an effective and reliable approach for in-situ microscale analysis of trace environmental pollutants in biological media.

生物介质中痕量环境污染物的微尺度原位分析是环境分析科学领域研究的一个重要方向，其对于研究和评价污染物的生物累积特征、致毒机理和生态毒理效应等方面具有重要的意义。本项目拟采用原位离子化固相微萃取探针技术，解决微尺度条件下生物体内痕量环境污染物的原位分析这一技术难题。项目选择环境激素和多环芳烃两类典型的环境污染物为研究对象，分别研制出对这两类污染物具有高选择性和高富集能力的新型原位离子化固相微萃取探针。探针尖端在1-2微米水平，涂层厚度在纳米水平，可直接对大型蚤和斑马鱼等小型模式生物进行微尺度原位采样，萃取出目标污染物，然后在常压敞开的条件下，采用激光和等离子体对探针上富集的化合物进行解吸和原位离子化，实现直接质谱分析。项目所研制的原位离子化固相微萃取探针具有选择性高、富集能力强、离子化效率好、性能稳定和微尺度等优点，为生物介质中痕量环境污染物的微尺度原位分析提供了一种新型的有效可靠技术手段。

生物介质中痕量环境污染物的微尺度原位分析是环境分析科学领域研究的一个重要方向，其对于研究和评价污染物的生物累积特征、致毒机理和生态毒理效应等方面具有重要的意义。项目组以分析技术为切入点，开展原位离子化固相微萃取探针新技术研究。项目分别选择典型的极性环境污染物（全氟化合物、孔雀石绿及代谢物）、弱极性环境污染物（雌激素）和非极性环境污染（多环芳烃）为研究对象，设计合成出对以上目标化合物具有高选择性和高富集能力的新型原位离子化固相微萃取探针。项目研究了探针对小型环境模式生物（斑马鱼和大型蚤）体内目标污染物的微尺度原位采样技术，建立了斑马鱼和大型蚤体内痕量环境污染微尺度分析的原位离子化探针纳升电喷雾质谱方法和原位离子化探针激光等离子体共解吸质谱方法。并在所建立分析方法的基础上，研究了大型蚤和斑马鱼经污染物暴露后，体内污染物的累积特征、含量水平和成像分布。