呂悅廣 白 樺 李文濤 楊鏡奎 何裕建* 馬 強(qiáng)*

1(中國(guó)檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院，北京 100176) 2(中國(guó)科學(xué)院大學(xué)化學(xué)科學(xué)學(xué)院，北京 100049)

1 引 言

質(zhì)譜(Mass spectrometry, MS)技術(shù)具有靈敏度高、特異性好、分析速度快、專(zhuān)屬性強(qiáng)等特點(diǎn)，成為近年來(lái)發(fā)展最為迅速的分析技術(shù)之一。從本質(zhì)上說(shuō)，質(zhì)譜是一門(mén)制備、操控和檢測(cè)氣態(tài)離子的科學(xué)，如何便捷、高效地產(chǎn)生氣態(tài)離子是質(zhì)譜學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵之一。在質(zhì)譜發(fā)展歷程中，每一次離子化技術(shù)的突破性進(jìn)展都極大拓展了質(zhì)譜的應(yīng)用范圍。在過(guò)去長(zhǎng)達(dá)一個(gè)世紀(jì)的時(shí)間里，人們?cè)毡檎J(rèn)為氣態(tài)離子只能從氣態(tài)分子中得到，而不能直接從溶液中轉(zhuǎn)移和生成氣態(tài)離子?；|(zhì)輔助激光解吸電離(Matrix assisted laser desorption/ionization, MALDI)和電噴霧電離(Electrospray ionization, ESI)這兩種軟電離技術(shù)的出現(xiàn)，打破了人們傳統(tǒng)的認(rèn)知，可實(shí)現(xiàn)直接從溶液中得到氣態(tài)離子，使蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的質(zhì)譜分析成為可能，并逐漸成為質(zhì)譜領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的兩種離子化技術(shù)。

液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(Liquid chromatography-mass spectrometry, LC-MS)很好地融合了液相色譜的分離能力和質(zhì)譜的組分鑒別能力，是分離分析復(fù)雜有機(jī)混合物的有效工具。在該技術(shù)發(fā)展之初，液相色譜和質(zhì)譜之間的常壓離子源接口一直是人們研究的重點(diǎn)。大氣壓化學(xué)電離(Atmospheric pressure chemical ionization, APCI)[1]、熱噴霧(Thermo spray, TS)[2]、電噴霧[3]、大氣壓噴霧(Atmospheric pressure spray, APS)[4]等離子化技術(shù)都被成功應(yīng)用為液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的離子源接口。聲波噴霧離子化(Sonic-spray ionization, SSI)也是一種常壓軟電離技術(shù)，該技術(shù)無(wú)需施加高壓或加熱，在常溫常壓條件下即可產(chǎn)生帶電小液滴，被認(rèn)為是最簡(jiǎn)單的離子化技術(shù)。在與離子源毛細(xì)管同軸氣流的作用下，毛細(xì)管中的溶液被噴霧帶出，當(dāng)氣體速度達(dá)到一定值時(shí)，噴霧中便產(chǎn)生了帶電小液滴和氣態(tài)離子，通常氣體在氣體流速接近聲速時(shí)離子化效率最高[5]。在聲波噴霧離子化技術(shù)發(fā)展之初，主要作為液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的一種新型常壓離子源接口被應(yīng)用于多肽[6]、蛋白質(zhì)[7]、藥物[8]等各個(gè)分析領(lǐng)域。同時(shí)，還有研究對(duì)比了聲波噴霧離子化與大氣壓化學(xué)電離[9]、電噴霧電離[10, 11]等傳統(tǒng)離子源作為液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用接口對(duì)于分析結(jié)果的影響。由于離子化過(guò)程不需要加熱，聲波噴霧離子化技術(shù)在分析多肽、神經(jīng)傳導(dǎo)介質(zhì)等熱不穩(wěn)定物質(zhì)時(shí)顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

另一方面，敞開(kāi)式離子化質(zhì)譜(Ambient ionization mass spectrometry, AIMS)是近年來(lái)質(zhì)譜技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。顧名思義，敞開(kāi)式離子化質(zhì)譜是在不需要或者僅需要簡(jiǎn)單樣品前處理，且在常壓開(kāi)放的環(huán)境中便可實(shí)現(xiàn)樣品離子化，然后進(jìn)行質(zhì)譜分析的技術(shù)。該技術(shù)在早期剛被提出時(shí)常被叫做常壓離子化，考慮到電噴霧電離和大氣壓化學(xué)電離的電離環(huán)境亦為常壓，故取名為敞開(kāi)式或開(kāi)放式離子化，以強(qiáng)調(diào)電離環(huán)境不只是常壓，同時(shí)也是開(kāi)放環(huán)境[12]。2004年，Takts等[13]提出了第一種具有里程碑意義的敞開(kāi)式離子化技術(shù)——解吸電噴霧電離(Desorption electrospray ionization, DESI)，這被認(rèn)為是敞開(kāi)式離子化質(zhì)譜研究的開(kāi)端。2005年，Cody等[14]提出了另一種基于等離子體的敞開(kāi)式離子化技術(shù)——實(shí)時(shí)直接分析(Direct analysis in real time, DART)。這兩種離子化技術(shù)是發(fā)明最早，同時(shí)也是應(yīng)用最為廣泛的敞開(kāi)式離子化技術(shù)。在此之后，又陸續(xù)發(fā)展了幾十種敞開(kāi)式離子化技術(shù)。2006年，Haddad 等[15]基于聲波噴霧離子化的原理，受解吸電噴霧電離技術(shù)的啟發(fā)，提出了解吸聲波噴霧離子化(Desorption sonic-spray ionization, DeSSI)技術(shù)，也是應(yīng)用較為廣泛的敞開(kāi)式離子化技術(shù)之一。實(shí)際上，聲波噴霧離子化技術(shù)真正被人們熟知并且廣泛應(yīng)用是始于此?？紤]到其簡(jiǎn)單、方便的特性，Haddad 等[16,17]后來(lái)將其更名為簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化(Easy ambient sonic-spray ionization, EASI)。在眾多敞開(kāi)式離子化技術(shù)中，簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化無(wú)需電壓、加熱、激光、電暈放電等輔助方式，只需要高速氣流作用便可實(shí)現(xiàn)樣品溶液離子化，是最簡(jiǎn)單、最溫和且最容易搭建實(shí)施的離子化技術(shù)。

本文介紹了聲波噴霧離子化技術(shù)的原理、特點(diǎn)及其作為液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)接口的應(yīng)用研究，綜述了基于聲波噴霧離子化技術(shù)發(fā)展起來(lái)的簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化等衍生敞開(kāi)式離子化技術(shù)在各相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

2 聲波噴霧離子化的原理及特點(diǎn)

Hirabayashi等[5]首次提出了聲波噴霧離子化這種新型離子化技術(shù)。實(shí)驗(yàn)中甲醇-水溶液通過(guò)蠕動(dòng)泵以30 μL/min的流速輸送至石英毛細(xì)管(內(nèi)徑0.1 mm、外徑0.2 mm)，石英毛細(xì)管被安裝在一段起到固定支撐作用的不銹鋼管(內(nèi)徑0.25 mm、外徑1.7 mm)中。石英毛細(xì)管尖端插入金屬鋁板正中的小孔(直徑0.4 mm)，并伸出小孔0.6 mm，二者水平同軸，毛細(xì)管?chē)婌F尖端距質(zhì)譜進(jìn)樣口距離為5 mm。高速氮?dú)庖矎拇诵】字辛鞒觯獨(dú)庠跇?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(20℃、1 atm)下的流速通過(guò)質(zhì)量流量控制器控制。聲波噴霧離子源裝置剖面圖如圖1所示。

圖1 聲波噴霧離子化裝置示意圖[5]Fig.1 Schematic diagram of sonic-spray ionization (SSI) source dvice[5]

聲波噴霧離子化無(wú)需施加高電壓、無(wú)需加熱，只要在毛細(xì)管同軸方向通入高速氮?dú)?，即可?shí)現(xiàn)樣品溶液離子化，被認(rèn)為是最簡(jiǎn)單的離子化技術(shù)。實(shí)驗(yàn)通過(guò)該方法得到了賴氨酸、多巴胺、短桿菌肽S的質(zhì)譜圖，檢測(cè)到了單電荷和雙電荷的分子離子峰和豐度較低的碎片離子峰。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，氣相離子信號(hào)響應(yīng)強(qiáng)度與同軸氮?dú)饬魉儆兄苯雨P(guān)系，作者測(cè)試了雙電荷短桿菌肽S的離子信號(hào)強(qiáng)度與氮?dú)饬魉僦g的關(guān)系，如圖2所示，實(shí)驗(yàn)表明：(1)在氮?dú)饬魉龠_(dá)到1.3 L/min時(shí)，開(kāi)始有短桿菌肽S離子信號(hào)被檢測(cè)到；(2)離子信號(hào)強(qiáng)度隨著氮?dú)饬魉俚脑黾佣龃?，?.0 L/min時(shí)達(dá)到最大值；(3)氮?dú)饬魉俅笥?.0 L/min后，隨著氮?dú)饬魉俚脑黾臃炊鴮?dǎo)致離子信號(hào)強(qiáng)度減弱。同時(shí)，隨著氮?dú)饬魉僭黾?，氣流的馬赫數(shù)也不斷增加。作者采用紋影法拍攝了氮?dú)庠诓煌|(zhì)量流速時(shí)流動(dòng)狀態(tài)的照片，在流速2.2 L/min時(shí)，氣流為亞聲速流動(dòng)狀態(tài)，在流速為4.0 L/min時(shí)，為超聲速流動(dòng)狀態(tài)，據(jù)此推斷，在跨聲速流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，該方法有最大的離子化效率。此時(shí)氣流的馬赫數(shù)≈1，即氮?dú)饩€速度接近聲速，因此將其命名為聲波噴霧離子化技術(shù)。

圖2 離子電流和雙電荷的短桿菌肽S離子信號(hào)強(qiáng)度與氮?dú)饬魉僦g的關(guān)系[18]Fig.2 Ion current and ion intensity of doubly charged gramicidin-S molecule as a function of gas flow rate[18]

圖2中的離子電流代表實(shí)驗(yàn)過(guò)程中帶電小液滴和氣相離子帶電量的總和，離子電流與離子響應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度一樣，均是在氮?dú)饬魉贋?.0 L/min時(shí)達(dá)到最大值。然而，值得注意的是，在氮?dú)饬魉贋?.0 L/min時(shí)，帶電小液滴已經(jīng)產(chǎn)生，但此時(shí)并沒(méi)有氣相離子被檢測(cè)到； 在氮?dú)饬魉俚陀?.8 L/min時(shí)，噴霧產(chǎn)生的小液滴還沒(méi)有帶上電。說(shuō)明帶電小液滴以及氣相離子的產(chǎn)生與小液滴的大小有直接關(guān)系，在亞聲速流動(dòng)狀態(tài)，隨著氮?dú)饬魉僭黾樱瑖婌F產(chǎn)生小液滴的直徑不斷減小。Hirabayashi等[18]還對(duì)比了腎上腺素、去甲基腎上腺素、多巴胺等物質(zhì)分別以聲波噴霧離子化和傳統(tǒng)電噴霧電離方式得到的質(zhì)譜圖，發(fā)現(xiàn)兩種途徑得到的質(zhì)譜圖十分相似。同時(shí)，在聲波噴霧離子化模式下，待測(cè)物質(zhì)表現(xiàn)出更容易帶多電荷的傾向[19]。傳統(tǒng)電噴霧電離方式[3]是在高電場(chǎng)作用下溶液在毛細(xì)管尖端形成泰勒錐(Taylor cone)，當(dāng)泰勒錐尖端的溶液達(dá)到瑞麗極限(Rayleigh limit)，即表面電荷的庫(kù)侖斥力與溶液表面張力相當(dāng)?shù)呐R界點(diǎn)時(shí)，便會(huì)有帶電小液滴從泰勒錐尖端噴射出來(lái)[20]，在輔助霧化氣作用下，溶劑不斷蒸發(fā)并發(fā)生庫(kù)倫爆炸，最終形成氣態(tài)離子[3]。值得注意的是，電噴霧過(guò)程的霧化氣流速較低，遠(yuǎn)低于聲波噴霧離子化模式下的氣體流速，當(dāng)流速達(dá)到或超過(guò)100 m/s時(shí)，便不能形成穩(wěn)定的泰勒錐。

對(duì)于聲波噴霧離子化這一新型離子化技術(shù)，其機(jī)理研究顯得尤為重要。Hirabayashi等[19]對(duì)比研究了3種帶電模型(摩擦帶電、電雙層帶電和統(tǒng)計(jì)學(xué)帶電)，以探究聲波噴霧離子化的機(jī)理。對(duì)于摩擦帶電模型，不同的毛細(xì)管材料理論上有不同的電化學(xué)電勢(shì)，作者對(duì)比了幾何形狀相同、材質(zhì)不同的玻璃毛細(xì)管和不銹鋼毛細(xì)管的噴霧離子化效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果并沒(méi)有差別，因此該方法不是摩擦帶電的離子化機(jī)理。另一方面，在接近毛細(xì)管壁表面的溶液中會(huì)形成電雙層，在電雙層中離子濃度不均一，且毛細(xì)管壁帶負(fù)電，因此靠近壁面的質(zhì)子濃度比較高[21]，從而在溶劑快速蒸發(fā)的過(guò)程中產(chǎn)生帶電小液滴?；谶@個(gè)模型，鈍化的石英玻璃毛細(xì)管會(huì)嚴(yán)重減小電雙層效應(yīng)，作者對(duì)比研究了裸露的和鈍化過(guò)的幾何尺寸相同的兩種玻璃毛細(xì)管，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并沒(méi)有差異，因此也否定了電雙層帶電機(jī)理。Dodd[22]提出的統(tǒng)計(jì)學(xué)帶電模型常被用于解釋熱噴霧離子化技術(shù)[23]的帶電過(guò)程。溶液在很短時(shí)間內(nèi)快速蒸發(fā)變成等體積的小液滴，對(duì)于大部分小液滴，其正、負(fù)離子數(shù)量是相等的，整體表現(xiàn)為電中性。然而在另一些小液滴中，其正離子數(shù)量大于負(fù)離子數(shù)量，整體表現(xiàn)為帶正電，反之則帶負(fù)電。這是由于溶液中離子濃度的微觀波動(dòng)而導(dǎo)致的帶電過(guò)程，按照這個(gè)模型，小液滴的平均帶電量〈|q|〉與溶液中離子濃度N的平方根成正比，即：

基于這個(gè)模型和關(guān)系式，檢測(cè)到的離子電流應(yīng)該隨著溶液中離子濃度的增大而增大，然而實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著溶液中乙酸銨濃度的增大，檢測(cè)到的離子電流反而減小，使用三氟乙酸也得到了相同的結(jié)果，所以聲波噴霧離子化也不是統(tǒng)計(jì)學(xué)帶電機(jī)理。

Hirabayashi等[18,19]的研究發(fā)現(xiàn)，檢測(cè)到的離子電流不僅與氣體流速有關(guān)，還與氣體介質(zhì)有直接關(guān)系，在氣體流速為3.0 L/min時(shí)，氮?dú)夂脱鯕饨橘|(zhì)時(shí)的離子電流是氬氣介質(zhì)時(shí)的3倍。這是因?yàn)椴煌臍怏w介質(zhì)導(dǎo)致氣液界面有不同的表面電勢(shì)，受表面電勢(shì)的影響，正、負(fù)離子在溶液表面的分布是不均衡的，如pH=5的水溶液，在溶液表面會(huì)形成厚約100 nm的電雙層，負(fù)電荷在外表面，正電荷位于內(nèi)層。在聲波噴霧過(guò)程中，氣體介質(zhì)和溶液的界面受表面電勢(shì)影響也存在電雙層。受高速氣流強(qiáng)力沖擊作用，微小液滴將從溶液表面被“剝離”，進(jìn)而由于靜態(tài)電荷分布不平衡而有機(jī)會(huì)帶電。當(dāng)正電荷數(shù)量大于負(fù)電荷時(shí)，小液滴帶正電，相應(yīng)地會(huì)有其它小液滴帶負(fù)電。上述提到的溶液中乙酸銨、三氟乙酸等濃度越大，檢測(cè)到的離子電流反而越小的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也很好地印證了這一機(jī)理。隨著溶液中離子濃度的增加，離子對(duì)的濃度也逐漸增加，因此導(dǎo)致在溶液表面形成的電雙層的厚度減小，也就是說(shuō)，擴(kuò)散電雙層的厚度與溶液中離子濃度的平方根成反比[24]。因此在小液滴中，隨著離子濃度的增大，正、負(fù)離子濃度的變化值反而減小。綜上所述，在表面電勢(shì)的作用下, 氣液界面使小液滴中的離子對(duì)產(chǎn)生電荷分離，高速氣流作用使電荷濃度發(fā)生波動(dòng), 電荷靜態(tài)分布不平衡, 從而使小液滴帶電, 這是聲波噴霧離子化帶電最有可能的機(jī)理。后續(xù)在氣體流動(dòng)作用下，帶電小液滴經(jīng)過(guò)與傳統(tǒng)電噴霧類(lèi)似的溶劑揮發(fā)、庫(kù)倫爆炸等過(guò)程，最終通過(guò)電荷殘余模型形成氣態(tài)離子而被質(zhì)譜檢測(cè)。

基于上述聲波噴霧離子化裝置和帶電機(jī)理，氣體壓力、溶液流速和裝置的物理尺寸是影響該技術(shù)離子化效率的主要因素[25]，優(yōu)化這些參數(shù)可以顯著提高聲波噴霧離子化的靈敏度和適用范圍。聲波噴霧離子化的機(jī)理使其可以同時(shí)產(chǎn)生正、負(fù)離子，這對(duì)于正、負(fù)模式同時(shí)進(jìn)行質(zhì)譜高通量快速檢測(cè)大有裨益。聲波噴霧離子化技術(shù)與其它離子化技術(shù)的異同和優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1，聲波噴霧離子化是最簡(jiǎn)單、普適的離子化技術(shù)。同時(shí)，由于未施加高電壓/電流和加熱，聲波噴霧產(chǎn)生的氣態(tài)離子內(nèi)能較低，可以保留分子間弱的非共價(jià)作用, 因此該離子化技術(shù)可用于研究分子內(nèi)和分子間的弱相互作用，為生物分子的離子化和分析提供了新方向。此外，對(duì)于生物大分子分析，相比傳統(tǒng)的電噴霧電離，聲波噴霧離子化可以提供更寬的電荷分布范圍。

表1 聲波噴霧離子化技術(shù)與其它離子化技術(shù)對(duì)比

Table 1 Comparison between sonic-spray ionization (SSI) and other ionization techniques

離子源Ion source軟電離Soft ionization多電荷Multi charge極性Polarity氣Gas電壓/電流Voltage/Current熱Heat參考文獻(xiàn)Reference電噴霧電離Electrospray ionization (ESI)是Yes是Yes中等極性/強(qiáng)極性Moderate/strong polarity是Yes是Yes是Yes[3]大氣壓化學(xué)電離Atmospheric pressurechemical ionization (APCI)是Yes否No弱極性Weak polarity是Yes是Yes是Yes[1]大氣壓噴霧Atmospheric pressurespray (APS)是Yes否No中等極性/強(qiáng)極性Moderate/strong polarity是Yes是Yes是Yes[4]熱噴霧Thermo spray(TS)是Yes是Yes中等極性/強(qiáng)極性Moderate/strong polarity否No是Yes是Yes[2]聲波噴霧離子化 SSI是Yes是Yes中等極性/強(qiáng)極性Moderate/strong polarity是Yes否No否No[5]

3 聲波噴霧離子化衍生技術(shù)

3.1 簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化

圖3 解吸聲波噴霧離子化分析藥片中藥物成分示意圖[15]Fig.3 Schematic of desorption sonic-spray ionization(DSSI) analysis for drugs in tablets[15]

鑒于解吸聲波噴霧離子化無(wú)需加熱、電壓、激光、紫外光或特殊氣體等輔助措施，是裝置最簡(jiǎn)單、操作最簡(jiǎn)便的離子化技術(shù)[26]，Haddad 等將解吸聲波噴霧離子化更名為簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化(Easy ambient sonic-spray ionization, EASI)[16]，以突出該技術(shù)在敞開(kāi)式環(huán)境下實(shí)施和簡(jiǎn)單的特點(diǎn)(easy與EASI同音)。整個(gè)分析過(guò)程大概分為三步：(1) 聲波噴霧將溶劑離子化；(2) 雙極性(帶正、負(fù)電荷)的小液滴束轟擊樣品表面，將待測(cè)物解吸附出來(lái)；(3) 經(jīng)過(guò)質(zhì)子或者陽(yáng)離子(通常為Na+、K+)轉(zhuǎn)移反應(yīng)使待測(cè)物離子化，最終變成氣態(tài)離子被質(zhì)譜檢測(cè)。

3.2 文丘里-簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化

為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化離子化裝置，2011年，Santos等[27]在簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化的基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，去除了蠕動(dòng)泵等流體控制裝置，提出了文丘里-簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化(Venturi-easy ambient sonic-spray ionization, V-EASI)。該技術(shù)在簡(jiǎn)易聲波噴霧離子化的基礎(chǔ)上，利用毛細(xì)管周?chē)鬟^(guò)的高速氣流產(chǎn)生的文丘里效應(yīng)將噴霧溶液帶出毛細(xì)管并形成噴霧離子化。與之前技術(shù)相比，文丘里-簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化產(chǎn)生的雙極性帶電液滴攜帶的平均電量較低，提高了離子化選擇性和檢測(cè)靈敏度。裝置主體部分包含一個(gè)套管尺寸合適的三通，霧化氣流經(jīng)一根53 mm長(zhǎng)的不銹鋼針筒(內(nèi)徑400 μm、外徑728 μm)，其內(nèi)部同軸的石英毛細(xì)管(內(nèi)徑100 μm、外徑125 μm)用于吸取溶液和尖端噴霧。經(jīng)過(guò)條件優(yōu)化，最終確定霧化氣氮?dú)鈿鈮簽?0 bar，流速為3.5 L/min，對(duì)于純甲醇溶液流速為20 μL/min，純水溶液約為5～10 μL/min ，酸性甲醇溶液中可卡因的檢出限為0.2 ng/mL。文丘里-簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化同樣是一種軟電離技術(shù)，基本沒(méi)有碎片離子峰。雖然與傳統(tǒng)電噴霧電離技術(shù)相比，其待測(cè)物的絕對(duì)響應(yīng)強(qiáng)度有所降低，但是同樣背景噪音也很低，總體而言信噪比較高。聲波噴霧離子化的機(jī)理使文丘里-簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化技術(shù)可以同時(shí)產(chǎn)生正、負(fù)離子，該技術(shù)可以直接對(duì)溶液和固體表面進(jìn)行分析，拓寬了其應(yīng)用范圍。對(duì)純水溶液中生物分子檢測(cè)的優(yōu)異表現(xiàn)，表明該技術(shù)適用于生理溶液和生物流體中蛋白質(zhì)和多肽的分析。

3.3 精簡(jiǎn)型-簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化

為了真正做到簡(jiǎn)易和便攜，Schwab等[28]發(fā)展了精簡(jiǎn)型-簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化(Spartan-easy ambient sonic-spray ionization, S-EASI)。該技術(shù)僅需要一個(gè)便攜式壓縮空氣罐即可實(shí)現(xiàn)文丘里自吸效應(yīng)和聲波噴霧離子化。便攜式壓縮空氣罐替代了傳統(tǒng)氮?dú)怃撈考跋嚓P(guān)氣體調(diào)節(jié)器，其它組件也均廉價(jià)易得，如外科兩通導(dǎo)管代替了三通組件、皮下注射針代替了不銹鋼套管，真正實(shí)現(xiàn)了自組裝、便攜化的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了可卡因、草甘膦、聚乙二醇600及多肽分析，證明其保留了文丘里-簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化的所有優(yōu)點(diǎn)。這種簡(jiǎn)易自組裝的離子源被認(rèn)為是已報(bào)道的適用于液體和固體表面直接分析的最簡(jiǎn)單、廉價(jià)的敞開(kāi)式離子源。簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化系列技術(shù)的迭代發(fā)展過(guò)程見(jiàn)圖4。

圖4 簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化到文丘里-簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化、精簡(jiǎn)型-簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化的迭代發(fā)展過(guò)程[29]Fig.4 Schematic of easy ambient sonic-spray ionization (EASI), Venturi-easy ambient sonic-spray ionization (V-EASI) and spartan-easy ambient sonic-spray ionization (S-EASI) [29]

4 聲波噴霧離子化及其衍生化技術(shù)與其它技術(shù)聯(lián)用

4.1 聲波噴霧離子化與液相色譜技術(shù)聯(lián)用

圖5 聲波噴霧離子源作為液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用接口示意圖[30]Fig.5 Schematic of sonic-spray ionization interface for liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS)[30]

在聲波噴霧離子化剛被提出時(shí)，作為一種新型常壓離子化方式，研究者致力于將其作為液相色譜-質(zhì)譜串接分析的離子源接口。Hirabayashi等[6]在1996年首次將半微量液相色譜與聲波噴霧離子化質(zhì)譜聯(lián)用進(jìn)行農(nóng)藥殘留分析。實(shí)驗(yàn)研究了取樣錐孔溫度、氮?dú)饬魉俚扰c質(zhì)譜信號(hào)響應(yīng)之間的關(guān)系，通過(guò)提高錐孔溫度到120℃以及控制流動(dòng)相流速為100 μL/min，可以將半微量液相色譜與聲波噴霧離子化質(zhì)譜直接串接起來(lái)。西瑪津在1 pmol～1 nmol的范圍內(nèi)線性良好，檢出限為300 fmol。Bj?rkman等[30]對(duì)液相色譜-聲波噴霧離子化質(zhì)譜聯(lián)用條件進(jìn)行了優(yōu)化。 如圖5所示，通過(guò)析因設(shè)計(jì)對(duì)各個(gè)設(shè)置參數(shù)進(jìn)行了評(píng)估，用于分析模型藥物托特羅定。研究者還對(duì)比了聲波噴霧離子化和電噴霧電離對(duì)托洛丁、托洛丁代謝物及一系列類(lèi)固醇的分析效果。結(jié)果表明，聲波噴霧離子化由于流速較大，導(dǎo)致托洛丁分析的重現(xiàn)性稍差、峰形較寬，但是靈敏度是電噴霧電離的兩倍。對(duì)孕烯醇酮的分析表明，聲波噴霧離子化有較小的水分損失，因?yàn)樵撾x子化過(guò)程中轉(zhuǎn)移到待測(cè)物的能量較少。類(lèi)似地，Dams等[31]也對(duì)比研究了這種新型離子源與傳統(tǒng)電噴霧離子源作為液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用接口時(shí)分析效果的異同。實(shí)驗(yàn)涉及流動(dòng)相中的有機(jī)改性劑、揮發(fā)性緩沖鹽等對(duì)兩種離子化方式的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，有機(jī)改性劑可以提高電噴霧和聲波噴霧的離子化效率，然而揮發(fā)性緩沖鹽有明顯的離子抑制效應(yīng)。研究者將聲波噴霧離子源作為液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用接口，鑒定了7種海洛因雜質(zhì)中的生物堿。采用硅膠整體柱，以5.0 mL/min的流速梯度洗脫，7種物質(zhì)在5 min內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)良好分離，設(shè)置柱后1∶20的分流比，實(shí)現(xiàn)了快速液相分離和聲波噴霧離子化質(zhì)譜的串接。

4.2 聲波噴霧離子化與微流控芯片技術(shù)聯(lián)用

圖6 微流體芯片聲波噴霧離子化裝置示意圖 ：(A)聲波噴霧相對(duì)于質(zhì)譜入口不同角度：0°、45°和90°；(B)裝置俯視圖[32]Fig.6 Schematic of the microchip sonic-spray ionization arrangement: (A) Different angles of the sonic spray versus MS orifice plate were tested: 0°, 45° and 90°; (B) Top view of the microchip SSI arrangement[32]

2007年，Pól等[32]首次提出將集成在微流控芯片中的聲波噴霧離子源作為質(zhì)譜分析的一種常壓離子化方式，如圖6所示，僅對(duì)微流控芯片施加高速霧化氣即可實(shí)現(xiàn)正、負(fù)離子模式下對(duì)極性化合物的溫和、高效離子化。微流控芯片由刻蝕的霧化氣入口、石英毛細(xì)管腔體、蒸發(fā)通道和出口噴嘴構(gòu)成，霧化氣進(jìn)入蒸發(fā)通道, 與石英毛細(xì)管引入的樣品混合，將其噴霧離子化。結(jié)果表明，芯片相對(duì)于質(zhì)譜入口的位置、氣體和樣品流速對(duì)檢測(cè)結(jié)果有很大影響。實(shí)驗(yàn)分析了叔丁基銨、維拉帕米、睪酮、血管緊張素Ⅰ等物質(zhì)，離子信號(hào)穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)線性范圍與電噴霧電離相當(dāng)，重現(xiàn)性良好，檢出限為15 nmol/L～4 μmol/L。2016年，Yu等[33]制備了一種新型自吸式聲波噴霧離子化芯片，該離子化芯片采用3D打印技術(shù)，不需要額外制造噴霧尖端，首先通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬優(yōu)化芯片結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該技術(shù)在霧化氣壓力大大低于傳統(tǒng)聲波噴霧離子化所需壓力的情況下便可實(shí)現(xiàn)樣品溶液離子化。同時(shí), 研究者還發(fā)展了一種雙通道自吸式聲波噴霧離子化芯片，當(dāng)兩個(gè)通道中均為相同樣品溶液時(shí)，信號(hào)明顯增強(qiáng)；當(dāng)通道中為不同溶液時(shí)，則有效降低了離子抑制效應(yīng)，該技術(shù)有效提高了芯片集成度, 并簡(jiǎn)化了操作流程。

4.3 聲波噴霧離子化與薄層色譜技術(shù)聯(lián)用

圖7 薄層色譜-簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化質(zhì)譜分析示意圖[16]Fig.7 Schematic diagram of thin layer chromatography (TLC)-EASI-MS analysis[16]

簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化是最簡(jiǎn)單、最溫和的離子化技術(shù)，而薄層色譜(Thin-layer chromatography, TLC)是最便捷、最快速的色譜分離技術(shù)。2008年，Haddad等[16]首次將簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化與薄層色譜技術(shù)聯(lián)用。薄層色譜板上面分開(kāi)的點(diǎn)可以直接通過(guò)簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化分析采集質(zhì)譜信息。實(shí)驗(yàn)中，噴霧溶劑為0.01%甲酸-甲醇(1∶1,V/V)溶液，流速20 μL/min，霧化氣氣壓30 bar，門(mén)簾氣氣壓5 bar，去簇電壓100 V，噴霧尖端到薄層色譜板的距離約2 mm，毛細(xì)管-薄層色譜板-質(zhì)譜入口之間夾角約為30°(實(shí)驗(yàn)裝置示意圖見(jiàn)圖7)。實(shí)驗(yàn)分析了半極性含氮化合物、藥物和蔬菜油，同時(shí)還將該技術(shù)用于有機(jī)反應(yīng)監(jiān)測(cè)。薄層色譜板和簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化技術(shù)聯(lián)用整合了色譜高效分離和質(zhì)譜高靈敏檢測(cè)的優(yōu)勢(shì), 拓展了簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化技術(shù)的應(yīng)用范圍。Eberlin等[34]采用薄層色譜-簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析鑒定了生物柴油(B100)和生物柴油-礦物柴油混合物(BX)中的主要成份。高效薄層色譜板可以實(shí)現(xiàn)油品組分的分離，簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化可以原位對(duì)薄層色譜板上分開(kāi)的點(diǎn)逐點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)譜檢測(cè)。結(jié)果表明，在B100和BX樣品中都檢測(cè)到了脂肪酸甲酯的鈉離子加合特征峰，可用于鑒別生物柴油。對(duì)于礦物柴油組分，其質(zhì)譜圖含有一系列烷基吡啶的分子離子峰，可作為礦物柴油的特征性定性鑒別標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于混合柴油，其特征峰則是甘油三酯的加鈉峰。該方法適用于生物柴油和礦物柴油的定性鑒別和質(zhì)量控制。

4.4 聲波噴霧離子化與其它技術(shù)聯(lián)用

Haddad等[17]還將纖維素透析膜應(yīng)用到簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化技術(shù)中，纖維素透析膜雖為固體，但具有良好的滲透性和柔韌性。這種結(jié)合有助于帶電小液滴對(duì)纖維素膜表面的待分析物進(jìn)行解吸附，同時(shí)待測(cè)物在膜表面的選擇性滲透有利于質(zhì)譜定性定量分析。實(shí)驗(yàn)表明，纖維素膜可以作為接口界面用于簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化直接分析溶液中成分。纖維素膜界面由一個(gè)聚四氟乙烯容器與兩根硅膠管構(gòu)成，開(kāi)口處封上纖維素膜即可。藥物溶液通過(guò)蠕動(dòng)泵控制流速為20 mL/min循環(huán)通過(guò)膜系統(tǒng)，噴霧溶劑為0.01%甲酸-甲醇(1∶1,V/V)溶液，噴霧尖端與膜之間的夾角為30°，產(chǎn)生的帶電小液滴不斷轟擊膜表面將滲透好的待測(cè)物解吸附并離子化, 進(jìn)行質(zhì)譜分析。該方法也可應(yīng)用于連續(xù)原位監(jiān)測(cè)分析環(huán)境流體中的極性和半極性化合物，由于膜可以阻擋固體顆粒還被用于在線監(jiān)測(cè)發(fā)酵和生物轉(zhuǎn)化，透析膜也可以用于監(jiān)測(cè)血液透析過(guò)程，進(jìn)行體內(nèi)血液分析。Figueiredo等[33]發(fā)展了一種分子印跡聚合物作為待測(cè)物選擇和富集界面，應(yīng)用于簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化質(zhì)譜分析。實(shí)驗(yàn)中首先用分子印跡聚合物在萃取/清洗池中吸附尿液中的氯丙嗪、三氟丙嗪等化合物，清洗除去其它雜質(zhì)后，轉(zhuǎn)移分子印跡聚合物探針到簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子源的合適位置。噴霧溶劑為0.01%乙酸-甲醇 (1∶9,V/V)溶液，在檢測(cè)過(guò)程中，通過(guò)人為移動(dòng)探針保證所有的探針面積(約40 mm2)暴露在噴霧范圍內(nèi)并持續(xù)1 min，每種化合物分子離子峰作為定量分析的依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該分子印跡聚合物可作為尿液中氯丙嗪類(lèi)藥物的化學(xué)選擇界面，用于簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化質(zhì)譜分析。該方法具有靈敏度高、選擇性好、分析時(shí)間短等特點(diǎn)，同時(shí)分子印跡聚合物還具有使用壽命長(zhǎng)、直接分析無(wú)需預(yù)處理和萃取/清洗簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。這些特性使得該方法可以大大降低基質(zhì)的離子抑制效應(yīng)，適用于生物樣品和環(huán)境流體等復(fù)雜基質(zhì)樣品的分析。

5 聲波噴霧離子化及其衍生技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展

作為一種簡(jiǎn)單、通用的常壓離子化技術(shù)，聲波噴霧離子化自20世紀(jì)90年代被提出以來(lái)，如今其應(yīng)用已遍布生命科學(xué)、食品安全、法庭化學(xué)和反應(yīng)監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域。表2列出了聲波噴霧離子化技術(shù)的研究和應(yīng)用情況，包括不同的研究對(duì)象、衍生化技術(shù)方法和檢出限等信息。

5.1 生命科學(xué)

生命科學(xué)是21世紀(jì)最為活躍的學(xué)科，生命體系大多是復(fù)雜體系，因此對(duì)分析技術(shù)也提出了越來(lái)越高的要求。聲波噴霧離子化及其衍生技術(shù)在生命科學(xué)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[36～40]。Arao等[41]通過(guò)配有聲波噴霧離子源接口的液相色譜-三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)，連續(xù)鑒定了血液中的歐夾竹桃苷及其3種衍生物(脫乙酰甘油三酯、夾竹桃苷元和鬼臼皂苷元)。歐夾竹桃苷、脫乙酰甘油三酯和夾竹桃苷元在5～100 ng/mL濃度范圍內(nèi)線性良好，血液中歐夾竹桃苷和脫乙酰甘油三酯的方法檢出限為2 ng/mL，鬼臼皂苷元為3 ng/mL。Mortier等[8]建立了鑒定生物基質(zhì)樣品中對(duì)甲氧基安非他明、3,4-亞甲基二氧基甲基苯丙胺和3,4-亞甲基二氧基苯丙胺的液相色譜-聲波噴霧離子化-離子阱質(zhì)譜聯(lián)用分析方法。該方法適用于全血、尿液、組織樣品的分析，方法日內(nèi)和日間精密度小于17.5%，精確度小于16.2%。實(shí)驗(yàn)還建立了不同基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)曲線，線性相關(guān)系數(shù)均大于0.995。Arinobu等[42]通過(guò)聲波噴霧離子源建立了人體血液中噴他佐辛的液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用快速鑒定方法，采用右美沙芬作為內(nèi)標(biāo)驗(yàn)證方法的可靠性，檢出限為19.5 ng/mL，該方法檢測(cè)一個(gè)人體血液樣品中的噴他佐辛僅需4 min。Alberici等[43]采用簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化技術(shù)直接分析脂質(zhì)復(fù)合物，探究患有高甘油三脂血癥小鼠和正常甘油三脂小鼠脂質(zhì)樣本的差異。該方法在正離子模式下觀察到了很強(qiáng)的磷脂酰膽堿和三酰甘油的離子信號(hào)，在負(fù)離子模式下可以觀察到磷脂酰乙醇胺和磷脂酰肌醇的信號(hào)。實(shí)驗(yàn)分析了脂質(zhì)中游離脂肪酸，發(fā)現(xiàn)對(duì)于患有高甘油三脂血癥的小鼠樣本，其磷脂酰膽堿和三酰甘油復(fù)合物中有更高比例的油酸，同時(shí)磷脂酰肌醇中花生四烯酸的豐度也更高，并且小鼠體內(nèi)整體有明顯的游離脂肪酸分布。

表2 聲波噴霧離子化的應(yīng)用情況

Table 2 Application of SSI

樣品Sample檢測(cè)物質(zhì)Analyte方法Method線性范圍Liner range檢出限LOD參考文獻(xiàn)Reference血液 Blood歐夾竹桃苷 OleandrinLC-SSI-MS5～100 ng/mL2 ng/mL[35]生物樣品Biological samples對(duì)甲氧基安非他明AmphetamineLC-SSI-MS10～1000 ng/mL5 ng/mL[8]藥片 Tablet地西泮 DiazepamDeSSI-MS[15]柴油 Diesel oil脂肪酸甲酯 FAMETLC-EASI-MS[29]蔬菜油 Vegetable oils三酰甘油酯 TAGEASI-MS[38]魚(yú)、肉 Fish and meat三酰甘油酯 TAGTI-EASI-MS[39]墨水 Ink堿性紫3 Basic violet 3EASI-MS[48]藥片 Tablet可卡因 CocaineV-EASI-MS[23]

5.2 食品安全

Simas等[44]通過(guò)簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化技術(shù)建立了一套快速、可靠的蔬菜油分析方法，可以在敞開(kāi)式環(huán)境對(duì)蔬菜油中的主要成分進(jìn)行高效解吸附和離子化。該方法裝置簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，分析時(shí)僅需要滴一滴蔬菜油在惰性表面即可，無(wú)需任何預(yù)處理。正離子模式下三酰甘油脂的離子形式為[TAG+Na]+，負(fù)離子模式下游離脂肪酸的離子形式為[FFA-H]-。簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化是一種軟電離技術(shù)，三酰甘油脂不會(huì)碎裂，因此可以測(cè)定二酰甘油脂和單酰甘油脂及其含量，據(jù)此可以對(duì)蔬菜油進(jìn)行認(rèn)證和質(zhì)量控制，探究蔬菜油的摻假、酸度、氧化、水解水平。Porcari等[45]將熱壓印(Thermal imprinting, TI)與簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化技術(shù)結(jié)合，僅使用極少量的溶劑便可將肉、脂肪、魚(yú)等食物中的三酰甘油脂化合物轉(zhuǎn)印在紙上，然后利用簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化實(shí)現(xiàn)甘油三脂的快速鑒定分析，整個(gè)分析過(guò)程僅需數(shù)分鐘和極少量的樣品和溶劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與氣相色譜以及基質(zhì)輔助激光解吸離子化質(zhì)譜分析的結(jié)果十分相似。該方法可以現(xiàn)場(chǎng)收集樣品的熱壓印紙，然后送至實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，已有報(bào)道將該技術(shù)應(yīng)用于俄羅斯魚(yú)子醬[46]和伊比利亞火腿[47]的質(zhì)量監(jiān)控中。Sawaya等[48]通過(guò)簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化技術(shù)收集了世界范圍內(nèi)49種蜂膠醇提物的一系列化學(xué)信息，對(duì)所得數(shù)據(jù)中樹(shù)脂的植物來(lái)源進(jìn)行主成分分析，可以推斷蜂膠的地理起源。

5.3 法庭化學(xué)

迄今，簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化最主要的應(yīng)用領(lǐng)域是法庭化學(xué)[49]，基于其操作簡(jiǎn)單、快速的特點(diǎn)，被廣泛用于樣品鑒別分析[44,48,50～53]。Lalli等[54]采用簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化技術(shù)建立了對(duì)圓珠筆書(shū)寫(xiě)紙張表面使用墨水的指紋鑒別以及書(shū)寫(xiě)時(shí)間推斷的方法。從墨水筆畫(huà)處得到的質(zhì)譜信息表明，不同品牌的墨水具有不同的特征化學(xué)信息，墨水中含有堿性紫3、堿性藍(lán)26、堿性藍(lán)7、堿性紫10、鎳鈦菁和1,3-二甲基-1,3-二硝基胍等染料，不同顏色的墨水含有的染料種類(lèi)不同，同種顏色、不同品牌的墨水中各種染料的含量比例也不同，因此可以根據(jù)得到的指紋圖譜信息推斷墨水品牌。同時(shí)，對(duì)于染料堿性紫3，隨著時(shí)間推移發(fā)生了一系列降解反應(yīng)，其降解產(chǎn)物的豐度呈線性變化，因此可以作為表示墨水年齡的“化學(xué)鐘表”，為法庭鑒定簽名是否為偽造提供了有力的技術(shù)手段。Carbral等[55]采用文丘里-簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化技術(shù)鑒別樹(shù)木種類(lèi)。桃花心木是一種瀕臨滅絕的珍貴熱帶植物，這種微紅色木質(zhì)中含有一種典型的植物化學(xué)標(biāo)記物蘆薈素類(lèi)化合物，通過(guò)文丘里-簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化可直接在木材表面或者細(xì)小木屑的甲醇提取液中檢測(cè)到該物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)比較桃花心木和其它木材的化學(xué)物質(zhì)特征圖譜，可以幫助控制桃花心木以及其它瀕危樹(shù)木的非法伐木交易，并且創(chuàng)建其認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。假冒偽劣香水是在世界范圍內(nèi)普遍存在的一種現(xiàn)象，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和潛在的消費(fèi)風(fēng)險(xiǎn)。 Haddad等[56]建立了一種幾乎可以瞬間完成的香水種類(lèi)和真?zhèn)蔚蔫b別方法。實(shí)驗(yàn)中將香水直接噴射到玻璃棒或者紙片上，樣品經(jīng)過(guò)幾秒鐘干燥，隨后進(jìn)行簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化質(zhì)譜檢測(cè)，在1 min內(nèi)便可得到香水中大部分極性化合物信息，這些信息提供了真品香水特殊的化學(xué)特征，且重復(fù)性良好，可對(duì)香水樣品進(jìn)行真?zhèn)舞b別。

5.4 反應(yīng)監(jiān)測(cè)

圖8 文丘里-簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化質(zhì)譜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自組裝反應(yīng)示意圖[63]Fig.8 Schematic view of Venturi-sonic-spray ionization-mass spectrometry set up used for real-time measurements of self-assemble reactions[63]

簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化可進(jìn)行原位、實(shí)時(shí)質(zhì)譜分析，因此在反應(yīng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域表現(xiàn)出很大優(yōu)勢(shì)[57～64]，對(duì)于優(yōu)化反應(yīng)物配比、控制反應(yīng)進(jìn)程以及推測(cè)反應(yīng)機(jī)理有著重要指導(dǎo)意義。Na等[63]利用文丘里-簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了核酸堿基的自組裝過(guò)程。K+通過(guò)注射器引入到反應(yīng)體系中，通過(guò)文丘里-簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化技術(shù)實(shí)時(shí)觀察核酸堿基自組裝產(chǎn)生的簇離子(反應(yīng)裝置如圖8所示)。監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了很多核酸堿基的簇峰，證明陽(yáng)離子在核酸堿基自組裝過(guò)程中發(fā)揮作用，同時(shí)說(shuō)明該方法作為一種軟電離技術(shù)，適用于自組裝過(guò)程中的非共價(jià)作用研究。Jansson等[65]發(fā)展了一種監(jiān)測(cè)狹窄空間的表面反應(yīng)的方法。實(shí)驗(yàn)將兩根石英毛細(xì)管浸入到溶液中，兩根毛細(xì)管與反應(yīng)表面之間彼此緊密靠近，形成了一個(gè)層流反應(yīng)區(qū), 體積約為5 pL, 通過(guò)蠕動(dòng)泵和其中一根石英毛細(xì)管向反應(yīng)表面提供反應(yīng)原料。另外一根毛細(xì)管跟離子源相連，相比于補(bǔ)液毛細(xì)管，該毛細(xì)管取樣流速稍快。補(bǔ)液和取樣的綜合效應(yīng)使溶液平流傳遞而不擴(kuò)散，維持了一個(gè)穩(wěn)定的化學(xué)微環(huán)境。實(shí)驗(yàn)首先將乙酰膽堿酯酶通過(guò)靜電相互作用固定在有機(jī)硅氧烷聚合物表面，隨后進(jìn)行了乙酰膽堿酯酶催化乙酰膽堿形成膽堿的實(shí)時(shí)反應(yīng)監(jiān)測(cè)，同時(shí)優(yōu)化了不同乙酰膽堿濃度、石英毛細(xì)管形狀以及流速等條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)化速率隨著乙酰膽堿濃度的提高而增大，表明該方法適用于實(shí)時(shí)反應(yīng)監(jiān)測(cè)。

6 總結(jié)與展望

聲波噴霧離子化技術(shù)從早期作為一種液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用的新型離子源接口，到后來(lái)發(fā)展的簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化，都被認(rèn)為是最簡(jiǎn)單、最便捷的常壓敞開(kāi)式離子化方式，并已經(jīng)成功應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。期間，離子化裝置不斷改進(jìn)、簡(jiǎn)化，展示了其簡(jiǎn)單、快速、便攜的特點(diǎn)。雖然尚未商業(yè)化，但聲波噴霧離子化已經(jīng)逐漸成為最熱門(mén)的敞開(kāi)式離子化技術(shù)之一。Teunissen等[66]綜述了簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化近十年的發(fā)展，從敞開(kāi)式離子化技術(shù)的角度重點(diǎn)闡述了裝置從簡(jiǎn)易敞開(kāi)式聲波噴霧離子化到文丘里-簡(jiǎn)易聲波噴霧離子化、再到精簡(jiǎn)型-簡(jiǎn)易聲波噴霧離子化的精簡(jiǎn)過(guò)程，以及這種敞開(kāi)式離子化技術(shù)在醫(yī)藥、食品、燃料、法庭化學(xué)和生物樣品等領(lǐng)域的應(yīng)用。本文從最初的聲波噴霧離子化技術(shù)開(kāi)始，闡述其基本原理和發(fā)展過(guò)程。在裝置發(fā)展和應(yīng)用方面，涵蓋了其最初作為液相色譜/毛細(xì)管電泳串聯(lián)質(zhì)譜的接口到后來(lái)發(fā)展成為敞開(kāi)式離子化技術(shù)，以及該方法與微流體芯片、薄層色譜板等技術(shù)聯(lián)用的情況。目前，該技術(shù)在質(zhì)譜成像等領(lǐng)域也嶄露頭角[67]，未來(lái)必將拓寬到更多應(yīng)用領(lǐng)域。