高海燕，孟憲雙，付珺珺，王松瑩，馬 強*

(1.中國檢驗檢疫科學研究院，北京 100176；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070)

質(zhì)譜作為一種高選擇性和高靈敏度的定性定量分析技術(shù)，當前已成為許多學科的重要分析工具[1]。質(zhì)譜分析依靠各種電離技術(shù)將樣品分子轉(zhuǎn)化成帶電離子，并利用適當電場和磁場實現(xiàn)不同質(zhì)荷比離子的分離，進而檢測離子強度進行定量分析。其中，電離技術(shù)作為質(zhì)譜分析中的前端關(guān)鍵技術(shù)，直接關(guān)乎樣品的電離效率，對質(zhì)譜儀的性能提升和應用范圍具有至關(guān)重要的推動作用。目前，常規(guī)電離技術(shù)主要包括電噴霧電離(Electrospray ionization,ESI)、大氣壓化學電離(Atmospheric pressure chemical ionization,APCI)、基質(zhì)輔助激光解吸電離(Matrix-assisted laser desorption/ionization,MALDI)、電子轟擊(Electron ionization,EI)和化學電離(Chemical ionization,CI)等，它們均與質(zhì)譜儀在線耦合，對預處理過的樣品在一相對封閉的空間內(nèi)進行電離。

隨著社會經(jīng)濟和相關(guān)學科的發(fā)展，質(zhì)譜分析不斷面臨新的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)質(zhì)譜分析方法在應對復雜樣品檢測時逐漸表現(xiàn)出短板，繁雜而耗時的提取、分離、濃縮、凈化等樣品前處理過程往往降低和制約著分析效率。近年來，無需復雜樣品前處理的原位電離(Ambient ionization,AI)技術(shù)成為質(zhì)譜分析領(lǐng)域的研究熱點，AI具有操作簡便、分析速度快、機動性強(與便攜式質(zhì)譜聯(lián)用時)、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，在組織樣本原位分析、復雜樣品直接分析及表面分析等方面均取得了重大研究進展，大大拓展了質(zhì)譜分析的應用領(lǐng)域[2-11]。以2004年Cooks等[12]研發(fā)的解吸電噴霧電離(Desorption electrospray ionization,DESI)和2005年Cody等[13]研發(fā)的實時直接分析(Direct analysis in real time,DART)電離技術(shù)為代表，各種新型原位電離質(zhì)譜技術(shù)如雨后春筍般涌現(xiàn)，如紙噴霧電離(Paper spray ionization,PSI)[14-15]、探針電噴霧電離(Probe electrospray ionization,PESI)[16-17]、介質(zhì)阻擋放電電離(Dielectric barrier discharge ionization,DBDI)[18-19]、萃取電噴霧電離(Extractive electrospray ionization,EESI)[20-21]、牙簽噴霧電離(Wooden tip spray,WTS)[22]、涂層刀片噴霧電離(Coated blade spray,CBS)[23]、解吸聲波噴霧電離(Desorption sonic spray ionization,DeSSI)[24]、空氣動力輔助電離(Air flow assisted ionization,AFAI)[25]、熔滴電噴霧萃取電離(Fused droplet electrospray ionization,FDESI)[26]、組織噴霧電離(Tissue spray ionization,TSI)[27]等，這些原位電離技術(shù)除本身具備的實時、在線、活體分析等特性外，與小型裝置的智能耦聯(lián)將使現(xiàn)場快速分析變得前景廣闊。

2009年，Takáts等[28]基于電外科和激光外科手術(shù)方式使生物組織快速熱蒸發(fā)，產(chǎn)生大量組織源性信息的氣體分子，從而提出利用快速蒸發(fā)電離質(zhì)譜(Rapid evaporative ionization mass spectrometry,REIMS)技術(shù)進行體內(nèi)、原位組織分析。REIMS技術(shù)采用一種創(chuàng)新性手持式采樣技術(shù)，通過電離切割組織樣本釋放氣溶膠，然后經(jīng)導管將氣溶膠直接吸入質(zhì)譜儀檢測。從樣品切割到生成數(shù)據(jù)僅需幾秒，可實現(xiàn)對標志性差異成分的鑒定。它消除了與樣品制備相關(guān)的諸多限制，可在數(shù)秒內(nèi)為分析人員提供具有樣品高度特征性的精確分子輪廓圖，可用作鑒定關(guān)鍵屬性的“指紋”，反映樣品的真實性、物種、質(zhì)量或表型特征。本文綜述了REIMS技術(shù)的發(fā)展歷程、工作流程、電離機制以及近年來在醫(yī)學、微生物鑒定、食品真?zhèn)舞b別、代謝物研究、藥用植物成分鑒定等領(lǐng)域的應用研究進展，并對其前景進行了展望。

圖1 早期REIMS組織分析實驗裝置的示意圖[28]Fig.1 Schematic diagram of experimental setup of early REIMS for tissue analysis[28]

1 發(fā)展歷程

組織樣本中生物分子的質(zhì)譜分析通常采用解吸附電離，如二次離子質(zhì)譜(Secondary ion mass spectrometry,SIMS)[29-35]、MALDI[36-42]和DESI[12,43]。然而，解吸附電離技術(shù)對重要的活體組織分析并不能完全勝任?；铙w組織的快速加熱過程使分子蒸發(fā)速率與分解速率相當，從而可形成大量氣態(tài)分子或分子離子[28]，因此具備組織成分原位、體內(nèi)快速蒸發(fā)電離的可能性。最初，Holland等[44]提出在傳熱過程中，凝聚相樣品可能形成有機離子，后來通過實驗得到了證明[45-47]。因此，對高效熱蒸發(fā)技術(shù)的探索研究直接推動了各種熱輔助電離技術(shù)的發(fā)展，包括熱噴霧電離(Thermospray ionization,TSI)[48]等。大氣壓下的熱蒸發(fā)有望抑制熱分解，并已被證明是組織樣本中有機陽離子解吸附最低的熱降解條件[49]?；谏锝M織快速熱蒸發(fā)能夠產(chǎn)生含有組織成分(如磷脂)的氣態(tài)分子離子以及電外科和激光手術(shù)在剝蝕或解剖組織時會產(chǎn)生具有生物特征煙霧的現(xiàn)象，2009年，Takáts等[28]首次將手術(shù)工具與質(zhì)譜儀結(jié)合(圖1)，對豬腎臟組織進行分析，采用質(zhì)譜庫和主成分分析(Principal component analysis,PCA)開發(fā)了一套組織識別系統(tǒng)，為手術(shù)中組織的原位分析提供了可能，并將該技術(shù)命名為REIMS。在隨后的十余年里該技術(shù)得到了迅速發(fā)展，并于2014年被Waters公司收購實現(xiàn)商業(yè)化。商業(yè)化的REIMS設備增加了輔助溶劑注射泵和源箱內(nèi)通電流的高溫發(fā)熱體，有效提高了電離效率和穩(wěn)定性，進一步提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量。目前，該設備以“僅供研究”的形式銷售，應用范圍越來越廣，涉及醫(yī)學組織鑒定、微生物鑒定、食品真?zhèn)舞b定、代謝物研究、藥用植物成分鑒定等多個領(lǐng)域。

2 整機設備及工作流程

2.1 整機設備

由于組織的熱蒸發(fā)現(xiàn)象在外科手術(shù)(如電外科和激光手術(shù))過程中較為常見，最初的REIMS實驗裝置以外科手術(shù)器械作為離子源與質(zhì)譜儀遠程結(jié)合(圖2A)。利用改進的外科手術(shù)器械作為樣品處理探頭直接向生物組織施加高頻電流或激光照射，使組織快速受熱，沿著手術(shù)器械的接觸面快速蒸發(fā)，產(chǎn)生含有正負離子及中性粒子的氣溶膠。借助文丘里泵和一根長2米、直徑1/8英寸的聚四氟乙烯管(圖2B)，將氣溶膠輸送到質(zhì)譜儀入口。文丘里泵被安裝在源箱中，由400 kPa額定壓力的氮氣驅(qū)動，與質(zhì)譜儀的加熱毛細管入口垂直，以減少對大氣界面的污染(圖2C)。市面上用于排出有毒外科煙霧的裝置，由于死體積大和樣品被稀釋等原因不適合離子的轉(zhuǎn)移,而聚四氟乙烯(PTFE)管可在1～3米距離內(nèi)傳輸離子，同時還能保留足夠的離子數(shù)量用于質(zhì)譜分析。選擇2米聚四氟乙烯管遠程分析，可實現(xiàn)較短的傳輸時間，同時避免實時實驗之間的交叉污染。早期的REIMS研究采用高分辨質(zhì)譜儀分析，通過精確質(zhì)量測定來識別未知物的質(zhì)譜特征，使用離子阱質(zhì)譜儀和四極桿-飛行時間質(zhì)譜儀進行菌株的盲樣識別均可達到97%以上的正確率，而且快速蒸發(fā)電離與不同質(zhì)譜儀結(jié)合得到的質(zhì)譜輪廓也具有較高的重現(xiàn)性[50]。

圖2 早期REIMS設備裝置示意圖[51]Fig.2 Schematic diagram of the early REIMS device[51]

圖3 iKnife集成快速蒸發(fā)電離質(zhì)譜裝置示意圖Fig.3 Schematic diagram of the iKnife-REIMS system

隨著REIMS技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)的發(fā)明者帝國理工學院Takáts教授和Waters公司合作開發(fā)的商業(yè)化REIMS設備得到了進一步完善(圖3)，該裝置使用VIO 50C型高頻發(fā)生器(可通過設置功率調(diào)節(jié)電流)，集成iKnife手持式采樣探頭，在分析物氣溶膠中引入2-丙醇作為輔助溶劑，提高了方法的檢測靈敏度。通過去除儀器毛細管入口處的固體沉淀物，減少了質(zhì)譜儀的污染，同時允許使用內(nèi)標進行精確的實時質(zhì)量校正[52]。此外，在質(zhì)譜儀部分，使用了改進的大氣壓界面，使液滴與一個恒定電流的高溫(～900 ℃)發(fā)熱體碰撞后進入四極桿-飛行時間質(zhì)譜儀，整個過程僅需數(shù)秒鐘，結(jié)合統(tǒng)計學軟件即可實現(xiàn)樣品的實時鑒定分析。

2.2 加熱方式

一般而言，快速蒸發(fā)電離質(zhì)譜法涵蓋了所有使凝聚相樣品快速熱誘導分解產(chǎn)生氣態(tài)離子的方法。從這個角度上來看，加熱方法有焦耳加熱、接觸加熱和輻射加熱等許多不同的實現(xiàn)方式。

2.2.1 焦耳加熱電外科加熱技術(shù)是一組利用高頻電流焦耳加熱進行組織剝蝕切割的操作方法。iKnife采用單極或雙極透熱手持探頭(圖4)對樣品直接施加高頻電流(在電極和樣品之間能夠觀察到，不適用于非導電樣品)。焦耳加熱過程中因生物組織內(nèi)存在一定的阻抗而引起電能的耗散從而造成了組織的熱損傷，其主要的組織蒸發(fā)機制包含水分的迅速沸騰、蛋白質(zhì)的變性/沉淀、細胞膜的崩解和飽含細胞碎片的水滴的形成[53-54]。在使用單極手持探頭切割樣品時，將整個樣品置于返回電極(導電材料)之上，高頻電流在一個閉合回路中流動，即從發(fā)電設備到單極切割電極，通過樣品后到達返回電極，再從返回電極回到發(fā)電裝置。在切割過程中，電極作用的樣品局部為高密度電流，能夠使樣品快速蒸發(fā)，而其他接觸到返回電極的樣品表面為低密度電流，幾乎不受熱，因此，單極手持探頭的優(yōu)勢主要在于操作簡便；雙極手持探頭多采用一對手持式雙電極，多為鑷子形狀，有兩個電極尖端，不需要返回電極。雙極探頭在切割樣品時，電流只在兩電極尖端之間的組織區(qū)域流動而不流經(jīng)整個樣品，電流分布更均勻，離子生成率較單極探頭方式低，在分析少量生物樣本時，較單極裝置更具優(yōu)勢(圖5)。

圖4 REIMS采樣裝置示意圖Fig.4 Schematic diagram of the sampling device of the REIMS equipment

圖6 激光探針-快速蒸發(fā)電離質(zhì)譜設備示意圖[58]Fig.6 Schematic diagram of laser-assisted REIMS equipment[58]

2.2.2 輻射加熱輻射加熱包括均勻的紅外激光剝蝕和激光解吸電離。激光手術(shù)是激光技術(shù)最早的應用之一，早在1960年已有相關(guān)報道[55-57]。在REIMS技術(shù)的早期研究中，使用激光照射(圖6)使生物組織細胞內(nèi)部分子吸收激光能量[58]，實現(xiàn)局部加熱，從而產(chǎn)生大量的組織源性氣態(tài)離子。激光解吸電離可獲得與電外科焦耳加熱電離方式高度相似的質(zhì)譜圖[51](圖7)。

2.2.3 接觸加熱對于不導電的樣品可采用電烙鐵設備實現(xiàn)樣品的快速蒸發(fā)。目前REIMS方法中使用的電烙鐵設備通常由控制臺、電烙鐵、烙鐵架構(gòu)成。取樣時，高溫的電烙鐵探針與樣品直接接觸，約0.5 s即可產(chǎn)生一股氣溶膠，同時將連接質(zhì)譜儀的聚四氟乙烯管置于電加熱探針與樣品接觸位置上方，使含有豐富化合物信息的氣溶膠直接吸入質(zhì)譜儀進行分析[59-60](圖8)。

圖8 REIMS工作流程示意圖[60]Fig.8 Workflow diagram of REIMS[60]

2.3 工作流程

REIMS的一般工作流程為研究人員根據(jù)樣品性質(zhì)選擇適合的采樣裝置進行切割，產(chǎn)生的氣溶膠被吸入REIMS源，經(jīng)充分電離后進入質(zhì)譜儀獲得特異性的質(zhì)譜數(shù)據(jù)。實驗過程中需優(yōu)化儀器參數(shù)，選擇最優(yōu)儀器條件對樣品進行數(shù)據(jù)采集，利用統(tǒng)計學軟件分析質(zhì)譜數(shù)據(jù)，根據(jù)樣品屬性及特異性指紋譜圖數(shù)據(jù)建立分類模型，再對盲樣進行檢測獲得實時的樣品屬性鑒定結(jié)果(圖8)。

圖9 不同的加熱方式所得質(zhì)譜圖(A)及快速蒸發(fā)電離質(zhì)譜實驗源區(qū)的示意圖(B)和(C)[52]Fig.9 Mass spectrometric characteristics of different heating methods(A) and a simplified illustration of the source region of REIMS experiment(B and C)[52]

3 電離機制

2009年，Takáts等[28]闡述了快速蒸發(fā)電離技術(shù)的離子形成機制。電外科設備進行組織剝蝕的機理是通過電流對導電組織進行焦耳加熱，導致水分的蒸發(fā)和電離、蛋白分子的變性、沉淀及膜的溶解，最后由于強烈的空化作用和氣泡的爆破使組織碎裂，形成霧化現(xiàn)象。在這種情況下，離子的生成可能遵循兩種不同的機制：第一種機制是在電外科切割組織的過程中，中性分子解吸出來后通過與電離的水分子反應進行氣相電離，因此大量電離水分子的存在是維持剝蝕過程的必要條件；這種機理與大氣壓化學電離機理非常相似。另一種機制是熱誘導機理，這種機理認為在組織材料的快速熱蒸發(fā)過程中會生成富含磷脂的液滴。與聲波噴霧的氣泡實驗類似，既能生成中性液滴，也會生成帶電液滴。液滴通過蒸發(fā)進一步分裂和濃縮，產(chǎn)生帶電荷的磷脂團簇，磷脂團簇可進一步解離形成單個磷脂分子離子。同時，由于切割過程中蒸發(fā)和熱降解同時發(fā)生，因此在質(zhì)譜中能夠同時觀察到樣品中磷脂成分的完整分子離子及其降解產(chǎn)物的離子信息。這種電離機理類似于燈絲關(guān)閉模式下的熱噴霧電離[48,61]。2010年，Takáts等[51]為進一步闡明離子形成機理，研究了無放電過程中的組織蒸發(fā)方法，利用激光剝蝕和接觸加熱的單純加熱方式，得到了與電外科設備焦耳加熱過程相似的質(zhì)譜圖(圖9)，表明這兩種快速蒸發(fā)方式與電外科設備切割樣品的離子形成過程遵循相似的機理，在電極與組織表面之間所觀察到的射頻電弧對離子形成的貢獻較小，進一步支持了熱誘導離子形成機制的假設。

此外，與其它將樣品引入質(zhì)譜儀的方式一樣，只有當液滴(或團簇)在離子源區(qū)域內(nèi)被充分蒸發(fā)釋放出單個分子離子時，才能在質(zhì)譜中看到分子離子信號。隨著快速蒸發(fā)電離技術(shù)的發(fā)展，目前商品化的REIMS采用iKnife或電烙鐵等設備切割或接觸樣品，迅速產(chǎn)生了含有豐富化合物分子或離子信息的氣溶膠，并將其引入REIMS源中與霧化的輔助溶劑混合，隨后與通電流的高溫發(fā)熱體表面發(fā)生碰撞(圖9)。該設計使氣溶膠中的分析物在有機溶劑中適當溶解，有助于混合物中超分子團簇撞擊、去溶劑化、充分釋放單個分子離子，同時促進樣品氣溶膠中性粒子的熱電離，進而提高離子產(chǎn)率[52]。

4 應用研究進展

REIMS技術(shù)憑借無需任何萃取或凈化程序即可快速對不同樣品進行表征的優(yōu)異性能，目前已在許多領(lǐng)域得到了廣泛應用，其中部分典型應用實例見表1。

表1 快速蒸發(fā)電離質(zhì)譜技術(shù)典型應用實例Table 1 Typical applications of REIMS

(續(xù)表1)

4.1 醫(yī)學組織鑒定

電外科手術(shù)器械和質(zhì)譜技術(shù)的結(jié)合為手術(shù)中組織的原位化學分析提供了可能，REIMS技術(shù)興起之初就在醫(yī)學外科領(lǐng)域展現(xiàn)出應用潛力。Takáts等[62]采用電外科設備結(jié)合質(zhì)譜，分析了302名患者的多種組織樣本，得到1 624個惡性和1 309個非惡性樣本數(shù)據(jù)。這項技術(shù)隨后被應用于手術(shù)室，與現(xiàn)有的電外科設備相連接，在81次手術(shù)中進行數(shù)據(jù)采集。采用多元統(tǒng)計方法分析質(zhì)譜數(shù)據(jù)，精確區(qū)分了不同的組織和組織病理類型。術(shù)中REIMS的組織鑒定結(jié)果與術(shù)后組織學診斷符合率達100%；質(zhì)譜圖反映了不同組織學腫瘤類型以及原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性腫瘤之間的脂質(zhì)體特征，疑似惡性的組織特征均被檢出，可立即做出切除決定，為進一步發(fā)展質(zhì)譜技術(shù)指導下的外科手術(shù)方法奠定了基礎(chǔ)。該方法已成功應用于腫瘤切除術(shù)中惡性組織(包括轉(zhuǎn)移瘤)的定位。Takáts等[63-64]利用REIMS與內(nèi)鏡下的息肉切除圈套相結(jié)合，在體內(nèi)測試了這種新的內(nèi)窺鏡結(jié)合REIMS技術(shù)的分類性能。根據(jù)體內(nèi)每種組織的REIMS指紋圖譜，該技術(shù)能夠準確區(qū)分腸壁的健康層、癌癥和腫瘤淋巴結(jié)。Takáts等[65]采用REIMS技術(shù)對癌細胞系進行了快速質(zhì)譜分析，發(fā)現(xiàn)了類間差異和類內(nèi)差異的程度。隨后，對NCI60細胞系組進行REIMS分析，并對所得數(shù)據(jù)集進行研究，以區(qū)分單個細胞系和不同的組織來源類型，最終證明REIMS可檢測因支原體感染引起的細胞系脂質(zhì)含量的變化，是一種極具潛力的細胞系研究方法。John等[66]基于脂質(zhì)代謝的細微變化，對異質(zhì)性乳腺組織進行實時iKnife-REIMS分析，理論驗證數(shù)據(jù)顯示該方法能夠在術(shù)中在線收集和分析數(shù)據(jù)，但仍需進一步的驗證研究來確定術(shù)中REIMS用于腫瘤邊緣評估的準確性。Phelps等[67]對198名患者提供的335份組織樣本進行REIMS分析，經(jīng)交叉驗證，卵巢癌組織與正常組織的分類敏感性和特異性可分別達到97.4%和100%，卵巢腫瘤與卵巢癌組織的分類敏感性和特異性分別可達90.5%和89.7%。Mason等[68]使用REIMS對直腸組織中的脂類進行化學分析，根據(jù)潛在的脂質(zhì)生物學差異來區(qū)分直腸組織類型，對提高早期直腸癌切除術(shù)的療效以及直腸癌組織切除的質(zhì)量有一定的作用，有望為外科手術(shù)提供有效臨床數(shù)據(jù)。

4.2 微生物鑒定

Takáts等[69]將細菌樣本置于射頻電流下，直接從完整的細菌細胞中獲得REIMS指紋圖譜。微生物樣本因其非零阻抗而迅速升溫，熱誘導的細胞分裂導致產(chǎn)生含有代謝物和結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的氣溶膠，氣溶膠可直接引入質(zhì)譜儀進行在線化學分析。實驗中對單極和雙極采樣裝置的適用性進行了測試。兩種裝置均能產(chǎn)生完整細菌細胞的指紋圖譜。根據(jù)9種細菌在不同生長介質(zhì)上的質(zhì)譜指紋圖譜，建立分類模型，并對9種細菌進行了科、屬和種的鑒定。Takáts等[50]利用雙極鉗子作為取樣探針結(jié)合REIMS對28株臨床相關(guān)菌株進行負離子模式分析，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進行了多元統(tǒng)計分析。對分類模型進行交叉驗證，在物種、屬和革蘭染色水平上分別獲得了95.9%、97.8%和100%的正確率。對在不同培養(yǎng)基上培養(yǎng)的菌株進行盲樣鑒定實驗，并使用不同儀器平臺進行了分析，鑒定正確率為97.8%～100%。對7株不同的大腸桿菌在不同培養(yǎng)條件下進行鑒定，準確率為88%。此外，在不改變實驗流程的情況下，該技術(shù)可用于5種致病念珠菌的鑒別，準確率為98.8%。以上實驗結(jié)果均證明了REIMS特異性強，可作為一種有效的微生物鑒定工具。該團隊隨后開發(fā)了一種自動化、高通量的適合臨床微生物實驗室使用的REIMS平臺，通過分析從不同患者樣本中收集的25種微生物的375個不同臨床分離菌株，測試了該平臺對臨床重要微生物種類的鑒別能力，其中手持式雙極探針和高通量探針的精度分別達到96.3%和93.9%。因此，該技術(shù)可在實驗室中快速準確鑒定臨床重要微生物，而無需任何分析前的準備步驟[70-71]。該團隊繼續(xù)對尖電極和圓形電極進行了優(yōu)化，開發(fā)了圓管形電極，以增加與微生物生物量的接觸面，從而最大限度地提高氣溶膠產(chǎn)量進而提高物種級別的分類精度。優(yōu)化后的REIMS電極在兩種極性檢測模式下物種級別的識別精度均得到了顯著提高。Bardin等[72]對來自囊性纖維化患者的45株銅綠假單胞菌進行了代謝組分分析，并與80株非囊性纖維化患者銅綠假單胞菌進行比較。其中磷脂的信號強度最高，檢出17種鼠李糖脂和18種群體感應分子，表明REIMS在研究細菌毒性相關(guān)代謝物方面具有潛力。

4.3 食品品質(zhì)分析及真?zhèn)舞b別

化學成分篩選對于確保食品安全至關(guān)重要，雖然REIMS技術(shù)最初是為生物醫(yī)學應用而開發(fā)，但后來也被證明是一種有價值的食品分析工具。Black等[73]將REIMS技術(shù)應用于5種基因相似的白魚，對99份實際樣品的鑒定準確性可達98.99%，而且速度極快(約2 s)，可與任何其它形式的食品鑒別分析技術(shù)相媲美。Verplanken等[74]采用REIMS進行豬頸部脂肪中異味的快速檢測。對150例樣本進行非靶標篩查，基于采集的REIMS數(shù)據(jù)所建立的模型對母豬和公豬樣本的分類準確率為99%，首次實現(xiàn)了有異味和無異味野豬樣品的快速、高精度、高通量分類。Guitton等[75]采用REIMS與非靶向代謝組學結(jié)合，基于間接代謝物脂質(zhì)圖譜的改變，對β-激動劑處理的家畜肉樣進行了直接分析和識別，分類準確率大于95%，完全符合篩選策略的要求，可準確、快速地測定動物在繁殖過程中接觸萊克多巴胺的狀況。Balog等[76]使用REIMS裝置在不到5 s時間內(nèi)采集了肉制品(鹿肉、馬肉、牛肉)樣本的指紋圖譜并識別出不同品種和不同物種的動物組織，物種識別準確率為100%，品種識別準確率為97%。后經(jīng)實驗證明，該技術(shù)對其它物種的肉類的識別也具有較高的準確性。Song等[77]開發(fā)了一種使用iKnife和基于脂質(zhì)組學的REIMS方法來實時鑒別三文魚和虹鱒魚。研究中共鑒定出12種脂肪酸和37種磷脂，利用統(tǒng)計分析建立了原位和實時識別模型，有助于揭示魚肉種類的特性。隨后，采用iKnife-REIMS技術(shù)結(jié)合脂質(zhì)組學對金槍魚品種進行了原位實時鑒定，并采用電烙鐵集成REIMS技術(shù)對魚油、南極磷蝦油貯藏過程中的氧化特性進行了原位監(jiān)測[59-60，78]，為魚品種識別及市場上的摻假評價提供了重要依據(jù)。Gredell等[79]根據(jù)美國農(nóng)業(yè)部對牛肉質(zhì)量等級、生產(chǎn)背景、品種類型和肌肉嫩度的要求，比較了8種不同的統(tǒng)計算法并生成預測模型，利用REIMS數(shù)據(jù)對牛肉品質(zhì)屬性進行分類。結(jié)果表明，最優(yōu)統(tǒng)計學計算方法根據(jù)分類問題的不同而不同，用一刀切的方法評價REIMS數(shù)據(jù)預測模型是不合適的。Rigano等[80]利用REIMS技術(shù)建立了18種來自墨西拿海峽一塊很小區(qū)域海洋物種的數(shù)據(jù)庫，每個物種均獲得了可靠的鑒定，置信度大于99%。并通過主成分分析和線性判別分析，建立了一個大模型和3個子模型，對每個類(如頭足類)、目(如鱸形目)或科(如鯽科)的關(guān)鍵變量進行了準確識別。綜上，REIMS技術(shù)為食品安全及真假鑒別的快速鑒定提供了一種可靠且相對簡單的解決方案。

4.4 代謝物研究

目前，REIMS研究對象大多為生物個體、組織或代謝物，Cameron等[81]建立了一個自動化、高通量的REIMS平臺用于人類糞便的直接分析并優(yōu)化了分析參數(shù)。通過對5名健康男性受試者糞便樣品的分析，鑒定出膽汁酸和磷脂標志物，并利用優(yōu)化的REIMS參數(shù)對減肥手術(shù)患者的糞便樣本進行了分析，表明REIMS具有檢測臨床干預引起的生物變化的分析敏感性。Davidson等[82]基于REIMS分析了5種不同嚙齒類動物的糞便顆粒，然后利用質(zhì)譜數(shù)據(jù)建立分類模型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無論糞便來自于標準實驗室飼養(yǎng)的動物還是捕獲的野生動物，采用該方法均可以較高的準確率對物種進行分類，為糞便樣品的快速分析提供了一種全新方法。Lin等[83]建立了一種快速REIMS方法，人工模擬口腔、胃和腸道消化，在體外追蹤草魚多階段消化過程中的脂質(zhì)體。結(jié)果表明，在粗消化和多階段消化樣品中以磷脂為主，酶對磷脂的影響因磷脂種類而不同，磷脂的水解速率隨著?；湶伙柡统潭鹊脑黾佣黾?。該方法在人體胃腸道消化吸收特征的快速脂質(zhì)組學分析領(lǐng)域顯示出巨大的潛力。Wijnant等[84]提出了唾液代謝組學的超高效液相色譜-高分辨質(zhì)譜(Ultra-high-performance liquid chromatography-high-resolution mass spectrometry,UHPLC-HRMS)分析方法。在青少年超重的臨床背景下，該方法能夠定義唾液中生物學相關(guān)代謝物譜(鑒定出129種代謝物，其中45種被認為與肥胖有關(guān))和指紋譜(檢出6 500種代謝物)，具有發(fā)現(xiàn)生物標志物和闡明途徑的潛力。唾液可作為醫(yī)療領(lǐng)域中一種有價值的研究基質(zhì)。該研究提出的唾液代謝組學激光輔助-快速蒸發(fā)電離質(zhì)譜(Laser-assisted rapid evaporative ionization mass spectrometry,LA-REIMS)概念，與UHPLC-HRMS代謝物的覆蓋范圍相當，且LA-REIMS可根據(jù)體重狀況實現(xiàn)分化。因此，該研究為唾液代謝組學提供了一個有效的UHPLC-HRMS和LA-REIMS的互補平臺，為深入進行唾液代謝機理研究和快速鑒別指紋提供了技術(shù)參考。

4.5 藥用植物成分鑒定

市面上約60%的抗腫瘤和抗感染藥物來自天然產(chǎn)物[85]。Arena等[86]采用REIMS結(jié)合iKnife技術(shù)，未經(jīng)任何萃取和凈化過程即獲得了非洲吊燈樹果的代謝圖譜，從而將該技術(shù)應用于植物化學成分研究。通過利用四極桿-飛行時間質(zhì)譜與iKnife結(jié)合的優(yōu)勢，對這種植物物種進行了全面分析，結(jié)果鑒定出酚類、脂肪酸類、磷脂類等78種生物分子。過去這種水果因其類似藥物的特性引起人們的特別關(guān)注，例如，可用于治療不育、糖尿病及炎癥、抗腫瘤、抗真菌和細菌感染等，這些特性均與酚類化合物相關(guān)。其中天然脂質(zhì)成分為首次報道，為活性化合物的檢測提供了新方向。

5 總結(jié)及展望

REIMS技術(shù)作為一種新型原位電離技術(shù)最初主要被用于醫(yī)學組織的原位、實時、快速鑒定。近年來，隨著REIMS裝置“電離技術(shù)”的精細化設計與商品化，該技術(shù)逐漸廣泛應用于微生物分析、食品真?zhèn)舞b定、代謝物鑒定、藥用植物成分鑒定等領(lǐng)域，大大拓展了REIMS技術(shù)的應用范圍。相信隨著REIMS采樣裝置的多樣化和精細化以及多元統(tǒng)計學分析軟件的配套，該技術(shù)有望為更多領(lǐng)域研究提供新的解決方案。目前關(guān)于REIMS技術(shù)的文獻報道中多為定性檢測，在定量或半定量檢測方面鮮見報道，如何采用REIMS技術(shù)進行精準定量分析也是未來重點研究的方向之一。