皮升样品的氢火焰离子化质谱分析

Based on the concept of ambient ionization mass spectrometry, an in-depth study of the flame desorption ionization based analytical technique is proposed in this project, It includes investigating the mechanism of hydrogen flame desorption ionization, developing a novel temperature-controlled flame ion source and evaluating the applicability. Finally, the new technique combined with probe sampling and ion-mobility mass spectrometry will be applied to the analysis of pico-liter samples and single-cells. The implementation of this project will provide an effective tool in the situ real-time analysis, mass spectrometry imaging, and disease diagnosis.

项目在敞开式离子化质谱技术的理念上，开展全面系统地火焰解吸离子化技术研究，阐明氢火焰解吸离子化的机理，开发控温式火焰离子源。研究中，通过对该技术涉及的影响因素、参数指标等进行考察，评估该离子化技术和离子源的特点。最终将该技术与探针取样、淌度质谱相结合，开发对pL级样品和单细胞的快速检测方法，应用于原位实时分析、质谱成像、疾病诊断等多个领域，为研究复杂的生命学现象提供一种有效的新技术手段。

本项目在氢火焰解吸离子化（HFDI）技术的基础上，通过在氢气中引入辅助气体，实现了对氢火焰温度的调节。该方法避免了较高火焰温度对样品分子造成氧化或降解，实现低温下对一些低极性或易挥发化合物的分析检测。多种采样模式的开发，使HFDI-MS在降低环境干扰，提高分析方法灵敏度以及重现性方面均得到显著提高，并且实现了与超临界流体色谱的联用，弥补了ESI-MS在分析低极性化合物时存在的缺陷。将压力辅助微取样探针与HFDI-MS技术相结合，采用尖端内径为2.5 μm的玻璃探针与微量注射泵连接，在显微镜操作下对单细胞内的代谢物进行取样，实现了pL级样品和单细胞水平上代谢物的直接定量分析。此外，利用电弧和火焰两种热等离子体，开发了新型的质谱离子源——电弧等离子体（APD）离子源和火焰辅助电喷雾（FAESI）离子源，实现了对目前大部分质谱离子源缺陷的弥补。APD-MS对各类小分子化合物都能实现指纹分析，包括管制类精神活性物质、兴奋剂类化合物、激素类药物以及ESI源响应差的黄酮类、萜类、酚类化合物，产生的一些特殊碎片离子被成功应用于同分异构体的区分。APD-MS使不受限于样品状态、无需前处理、适用性广、稳定性好、谱图规律性强易解析的高分子聚合物快速鉴定成为可能。整合火焰等离子体与ESI离子源装置构建了FAESI离子源。FAESI能有效屏蔽谱图中干扰性信号，包括小分子化合物多聚体、化合物加合碱金属离子、化合物加合酸根离子、溶剂簇离子等。