邱 鑫，賀木易，楊敏莉，張 峰

(中國檢驗檢疫科學研究院 食品安全研究所，北京 100176)

近年來，基于激光的敞開式離子源憑借其高效、原位、高空間分辨率和易于成像等優(yōu)勢，被廣泛應用于醫(yī)學檢驗、食品安全等領域，如常壓基質(zhì)輔助激光解吸電離技術(Atmospheric pressure matrix assisted laser desorption/ionization，AP-MALDI)、電噴霧輔助激光解吸電離技術(Electrospray-assisted laser desorption/ionization，ELDI)[1]、基質(zhì)輔助激光解吸電噴霧電離技術(Matrix-assisted laser desorption electrospray ionization，MALDESI)[2]、激光燒蝕電噴霧電離技術(Laser-ablation electrospray ionization，LAESI)[3]、激光輔助解吸電噴霧電離技術(Laser-assisted desorption electrospray ionization，LADESI)[4]、激光解吸電噴霧電離源(Laser-desorption electrospray ionization，LDESI)[5]、激光燒蝕大氣壓光電離技術(Laser-ablation atmospheric-pressure photoionization，LAAPPI)[6]、激光解吸常壓化學電離源(Laser-desorption atmospheric-pressure chemical ionization，LD-APCI)[7]等?；诩す獾碾婋x技術雖然極大地促進了質(zhì)譜分析向?qū)崟r、原位檢測技術的發(fā)展，但解離過程中存在分子結(jié)構破壞嚴重、激光能量轉(zhuǎn)化效率低等問題,常需要添加輔助基質(zhì)以提高對激光能量的吸收，改善特定波長激光的能量轉(zhuǎn)化效率。

AP-MALDI是一種在大氣壓條件下工作的軟電離技術，也是最常用的敞開式激光電離源，對于較難離子化的大分子物質(zhì)(102～106Da)，特別是蛋白質(zhì)類的生物大分子[8-10]，具有一定的離子化效果。AP-MALDI技術具有分析速度快、靈敏度高、實時原位檢測等特點，與另一種軟電離方法電噴霧離子源(ESI)相比，AP-MALDI對樣品的前處理要求更寬松，且更易得到單電荷離子峰?；谝陨蟽?yōu)點，AP-MALDI在醫(yī)學、藥學、食品等行業(yè)得到了廣泛應用[11]。最近的研究表明，AP-MALDI可與便攜質(zhì)譜(Portable mass spectrometry)相結(jié)合，極大地提高現(xiàn)場分析能力[12]。

AP-MALDI的工作原理是使用激光照射待測物質(zhì)與基質(zhì)形成的共結(jié)晶薄膜時，基質(zhì)從激光中吸收能量傳遞給待測分子，而電離過程中涉及到待測物質(zhì)電荷轉(zhuǎn)移和由固態(tài)至氣態(tài)的相轉(zhuǎn)變過程，最后待測物以氣態(tài)離子的形式進入質(zhì)量分析器[13](見圖1)。此外，基質(zhì)的加入還可起到分散分析物的作用，防止分析物之間發(fā)生相互作用或產(chǎn)生類似于二聚體的信號。在此過程中，基質(zhì)及其添加劑的性質(zhì)(如酸堿度、分子量，是否具有發(fā)色團)、基質(zhì)的使用方法等會直接影響共結(jié)晶的厚度和均勻程度，進而對電離的整體效果和分析結(jié)果的準確性、靈敏性和重復性造成巨大影響[8]。因此，選擇合適的基質(zhì)或基質(zhì)添加劑對于AP-MADLI的電離效果至關重要。

圖1 基質(zhì)輔助激光解吸電離的離子源原理及新型基質(zhì)研發(fā)策略[13]Fig.1 Mechanism of matrix assisted laser desorption/ionization and development strategy of new matrix[13]

1 AP-MALDI輔助基質(zhì)的研究進展

根據(jù)基質(zhì)的作用和既往研究，總結(jié)出輔助基質(zhì)的幾個基本特點。首先，基質(zhì)和待測樣品應具有較好的互溶性，或可溶于同一類溶劑中，使得基質(zhì)材料存在于溶劑蒸發(fā)后與分析物形成的共結(jié)晶中，此時可認為基質(zhì)材料是待測物的固體溶劑。其次，基質(zhì)必須具有較強的特征波長吸收性質(zhì)[14]。AP-MALDI中的待測物需要由基質(zhì)進行激光能量的吸收和轉(zhuǎn)移來實現(xiàn)軟電離，以避免樣品分子在激光中不必要的斷裂。除此之外，合格的基質(zhì)還應具有反應惰性，既不與待測物質(zhì)發(fā)生反應改變其結(jié)構和含量，又需有一定的吸附和解吸附能力。值得注意的是，揮發(fā)性的基質(zhì)一般需提前進行排除，以減少基質(zhì)對檢測結(jié)果的干擾。除了考慮以上特性外，基質(zhì)的選擇還需要結(jié)合待測物的分子質(zhì)量范圍和理化性質(zhì)進行評估。然而，現(xiàn)有基質(zhì)常具有局限性，例如基質(zhì)與樣品分子共結(jié)晶不均勻，基質(zhì)與樣品間能量轉(zhuǎn)移效果差，基質(zhì)自身的電離峰干擾樣品檢測[15]，這些問題阻礙著AP-MALDI的進一步應用。開發(fā)穩(wěn)定不易電離，能夠與樣品形成均勻而分散良好的共結(jié)晶的基質(zhì)是推動AP-MALDI進展的首要任務。

1.1 傳統(tǒng)基質(zhì)概述

自激光離子源(LDI)問世以來，最重要的突破莫過于使用基質(zhì)作為化學反應的媒介。傳統(tǒng)的基質(zhì)幾乎均為有機基質(zhì)，具有芳香環(huán)結(jié)構，在245～355 nm波長范圍內(nèi)具有明顯的紫外吸收，且分子量主要集中于200 Da左右，例如α-氰基-4-羥基肉桂酸(CHCA)、4-羥基-3，5-二甲氧基肉桂酸(SA)、9-氨基吖啶(9-AA)、2，4，6-三羥基苯乙酮(THAP)和2，5-二羥基苯甲酸(DHB)等。在這類基質(zhì)中，可離子化的羧基、羥基是檢測多肽、蛋白質(zhì)等極性物質(zhì)的基質(zhì)中常見的官能團，均能表現(xiàn)出一定的質(zhì)子親和力，可與分析物之間形成質(zhì)子交換。然而，傳統(tǒng)基質(zhì)在檢測樣品時易出現(xiàn)部分區(qū)域內(nèi)的信號強度明顯增大(稱之為“熱點”)，而其他區(qū)域信號強度降低的現(xiàn)象[16]?！盁狳c”出現(xiàn)的不均勻性、隨機性和難避免性導致每次檢測的信號強度會出現(xiàn)明顯差異，這對樣品的檢測重現(xiàn)性有著不利影響。此外，基質(zhì)自身電離產(chǎn)生的碎片離子峰會掩蓋、抑制或增強樣品的峰信號，干擾后續(xù)的質(zhì)譜分析。為此，對現(xiàn)有基質(zhì)進行加工修飾或開發(fā)新基質(zhì)等改善措施是刻不容緩的。

1.2 有機基質(zhì)的研究進展

目前有機基質(zhì)的使用最為廣泛，且適合多種目標物的分析，其中，尼克酸是最早應用于MALDI中的有機基質(zhì)。隨著人們對有機基質(zhì)不斷深入的研究和發(fā)展，更多的有機基質(zhì)因其在MALDI中良好的適用性而被發(fā)掘，如CHCA、9-AA、DHB等。雖然這些有機小分子在基質(zhì)輔助激光離子源中具有一定的通用性和穩(wěn)定性，但隨著檢測目標的擴大和檢測要求的增加，傳統(tǒng)基質(zhì)的局限性限制了其進一步應用。最初，由于小分子物質(zhì)的化學可塑性，人們著力于傳統(tǒng)基質(zhì)的優(yōu)化，這在一定程度上提高了對某些特定對象的分析表現(xiàn)，但其局限性未得到有效改善。而對傳統(tǒng)基質(zhì)進行修飾，或采用添加劑、混合基質(zhì)等方法，是目前比較主流的改善基質(zhì)輔助激光離子化效率的方法。

1.2.1 針對傳統(tǒng)基質(zhì)的修飾Fukuyama團隊[17]通過對傳統(tǒng)DHB基質(zhì)進行長鏈烷基化修飾，得到新基質(zhì)烷基化二羥基苯甲酸(ADHB)。由于疏水烷基鏈的引入，基質(zhì)和疏水性多肽的結(jié)合能力大大增強，從而改善了該疏水性物質(zhì)的檢測效果。將ADHB與傳統(tǒng)基質(zhì)CHCA進行比較，發(fā)現(xiàn)ADHB對疏水性肽鏈的結(jié)合效果顯著增強，檢測靈敏度提高了10～100倍，但“熱點”不均勻現(xiàn)象并未得到很好地改善，且ADHB因單獨作為基質(zhì)缺乏離子化能力而只能被用作添加劑。該團隊進行了進一步探索：引入烷烴鏈對傳統(tǒng)基質(zhì)THAP進行功能化修飾，產(chǎn)生新基質(zhì)烷基化三羥基苯乙酮(ATHAP)。與傳統(tǒng)基質(zhì)CHCA相比，該新基質(zhì)規(guī)避了“熱點”的產(chǎn)生，檢出限降低了1個數(shù)量級。除了功能化修飾外，新原子的引入對于基質(zhì)的質(zhì)子親和力也具有很大影響。Jaskolla團隊[18]以CHCA的結(jié)構為基礎引入了氯，產(chǎn)生的新基質(zhì)Cl-CHCA相對于傳統(tǒng)CHCA表現(xiàn)出更強的多肽親和力以及檢測靈敏度，同時重現(xiàn)性也得到改善。膜蛋白對于生物系統(tǒng)至關重要，但其特殊的性質(zhì)使分析和檢測成為難題，尤其是疏水性膜蛋白。Wang等[19]對CHCA的羧基烷基鏈進行酯化修飾，并合成了一系列衍生物，其中CHCA-C3對完整蛋白分子表現(xiàn)出極高的檢測靈敏度。這主要歸功于該新基質(zhì)的高激光消融能力以及分子間疏水親和力的提升?？傮w來說，針對某種特定目的進行傳統(tǒng)基質(zhì)的修飾是一種簡單、可行、有效的方法。

1.2.2 基于傳統(tǒng)基質(zhì)的混合基質(zhì)以傳統(tǒng)基質(zhì)的理化性質(zhì)為基礎，結(jié)合不同添加劑或不同性質(zhì)的基質(zhì)進行總體基質(zhì)的改變，是近年來研究人員探索的一種較簡易的方法。Abdelhamid等[20]將糠酸和甲芬那酸混合生成新基質(zhì)，用于檢測谷胱甘肽、三磷酸腺苷、磺胺噻唑等混合物。新基質(zhì)可有效吸收激光能量并進行能量轉(zhuǎn)移，減少了離子碎片峰的數(shù)量，并顯著提高離子化效率。將新基質(zhì)與傳統(tǒng)基質(zhì)DHB進行對比發(fā)現(xiàn)，新基質(zhì)在真空條件下呈現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性，推測是由于混合基質(zhì)中的甲芬那酸具有高于DHB基質(zhì)1.2倍的升華能力。Lu等[21]以喹諾酮類物質(zhì)為基質(zhì)添加劑，檢測血液中的痕量喹那普利。研究發(fā)現(xiàn)含氮化合物可以抑制血液中共存物對喹那普利分析的干擾，而傳統(tǒng)基質(zhì)CHCA即使經(jīng)過優(yōu)化、修飾也不能很好解決這一難題。同時比較了氧氟沙星、雙氟沙星等喹諾酮類物質(zhì)作為基質(zhì)添加劑的效果，證實使用該類物質(zhì)作為基質(zhì)添加劑對血液中痕量喹那普利的識別和定量具有很好的效果。

1.2.3 離子液體基質(zhì)由于傳統(tǒng)基質(zhì)中“熱點”不均勻問題的不可避免，在AP-MALDI檢測過程中信號處理往往需通過平均化全部光斑區(qū)域的光譜能量以獲得更可靠的結(jié)果，但經(jīng)過平均化的結(jié)果準確性和重復性較差，參考意義低，不能用于量化。因此，相關解決方法必須從基質(zhì)與分析物共結(jié)晶的均勻性入手，例如通過快速蒸發(fā)基質(zhì)溶液或添加改性劑，但這些改進往往需要復雜操作或額外設備，難以實現(xiàn)現(xiàn)場分析效果的改善。近年來，液體基質(zhì)的應用極大改善了輔助基質(zhì)中共結(jié)晶不均勻問題，尤其是離子液體，受到越來越多研究者的青睞。離子液體是指在室溫下呈液態(tài)，熔點低于100 ℃的鹽，于2001年首次出現(xiàn)在輔助基質(zhì)的報道中[22]，但當時所用的室溫離子液體因不具有顯著的紫外吸收性質(zhì)而未得到重視。隨著科技進步，研究人員在此基礎上進行了改進，通過等摩爾混合經(jīng)典的酸性輔助基質(zhì)(CHCA、DHB、SA)與不同的有機堿(吡啶、三丁胺、1-甲基咪唑)產(chǎn)生新的液體基質(zhì)。這些新基質(zhì)顯示出很好的兼容性與分析性能，很大程度上改善了固體基質(zhì)的“熱點”問題。Shrivas團隊[23]將CHCA-丁胺與DHB-丁胺進行等摩爾混合得到新的離子液體基質(zhì)，用于鑒別小鼠肝細胞和腦切片中的磷脂及其分布。采用質(zhì)譜成像技術對新基質(zhì)和普通基質(zhì)進行對比，結(jié)果證明離子液體基質(zhì)可有效改善共結(jié)晶不均勻問題，并且高重復性證實了此方法的有效性和可靠性。由于寡糖與傳統(tǒng)基質(zhì)中碎片離子的分子量較為接近，使用AP-MALDI區(qū)分和檢測寡糖較為困難。Pei等[24]分別考察了4種生物堿與DHB合成的離子液體基質(zhì)，選擇2，5-二羥基苯甲酸丁胺(DHB-BuN)作為基質(zhì)用于分析寡糖樣品，并證實該方法具有較好的靈敏度和重復性。在此基礎上，對大豆和大豆葉直接切片后進行基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜(MALDI-MS)成像分析，省去了繁瑣的前處理過程，且使用該基質(zhì)質(zhì)譜檢測背景干擾低，寡糖的分布清晰，重復性好。Ling等[25]開發(fā)了一種由四甲基胍和THAP以3∶1混合而成的離子液體基質(zhì)，優(yōu)化后的基質(zhì)表現(xiàn)出很好的重現(xiàn)性和耐鹽性，可在負離子模式下有效降低磷酸化肽的碎裂，選擇性地提升磷酸化肽的檢出率。這進一步說明離子液體基質(zhì)在基質(zhì)輔助激光離子源中具有很大的應用潛力。

1.2.4 新型有機基質(zhì)盡管采用不同的添加劑或修飾方法可在很大程度上對現(xiàn)有基質(zhì)進行改造，但開發(fā)新的有機化合物作為基質(zhì)仍是該領域的熱門方向，尤其是針對一些缺少質(zhì)子化基團、穩(wěn)定性差、極性大的目標物，因為這類目標物的質(zhì)譜分析往往需要冗長繁瑣的前處理程序。鹽類物質(zhì)在近年也被用作新基質(zhì)。Chen等[26]發(fā)現(xiàn)含氮物質(zhì)在負離子模式下的檢測性能更好，選擇N-(1-萘基)-乙二胺作為新輔助基質(zhì)在負離子模式下分析小分子化合物，結(jié)果表明與傳統(tǒng)基質(zhì)CHCA和DHB相比，新基質(zhì)的碎片離子峰更少，靈敏度更高。Wang等[27]使用香豆素類化合物作為基質(zhì)用于疏水性化合物的分析，并比較了5種常見香豆素以及傳統(tǒng)基質(zhì)CHCA和DHB在MALDI中的分析性能，其中6，7-二羥基香豆素-3-羧酸對于疏水性化合物表現(xiàn)出更好的檢測靈敏度、穩(wěn)定性以及重現(xiàn)性。由于糖苷鍵的不穩(wěn)定性，相應的分析檢測方法往往使用堿金屬添加劑來保持其結(jié)構穩(wěn)定。此外，一些生物特異性的識別分子也被用于基質(zhì)修飾，以提高方法選擇性，如核酸適配體修飾、分子印跡修飾等。

1.3 無機基質(zhì)的研究進展

為擴展基質(zhì)輔助激光離子源在分析領域的應用，研究者在基質(zhì)開發(fā)方面開展了大量工作。隨著有機基質(zhì)的不斷進展，基質(zhì)在激光照射中產(chǎn)生的干擾碎片逐漸減少，對分析檢測結(jié)果的影響也逐漸降低。然而，更低基質(zhì)干擾和更干凈基質(zhì)峰的實現(xiàn)卻稍顯困難。與有機基質(zhì)不同，以碳材料和多孔材料為代表的多數(shù)無機基質(zhì)在AP-MALDI條件下自身不易發(fā)生電離或信號低，不會形成較強的碎片離子峰，且更大的比表面積和多孔結(jié)構使樣品分子分散更均勻[28]。與傳統(tǒng)基質(zhì)相比，無機基質(zhì)的背景信號峰普遍更低，基本不會對分析物的檢測造成干擾。因此，對無機基質(zhì)材料的探索逐漸興起。

圖2 可用于輔助基質(zhì)的碳基材料及其常見修飾策略[30]Fig.2 Carbonaceous materials for auxiliary substrates and their modification strategies[30]

1.3.1 碳基納米材料在所有無機材料中，碳材料(包括石墨、石墨烯、碳納米管等)因具有良好的光吸收性和電荷轉(zhuǎn)移能力，不易發(fā)生電離和碎裂，且具有高度生物相容性而吸引了大量研究人員的關注[29]。碳材料的引入最早起源于石墨在MALDI中的應用，但這種三維層片狀結(jié)構并不能很好地分散于溶劑中。條狀碳納米管是二維結(jié)構，由于體積的縮小，該材料在溶液中的分散性得到了很大改善，但其與靶板的親和力較小，易在激光照射時脫離靶板而污染離子源。為改善新材料對靶板的吸附效果和在溶液中的分散性，對碳材料進行修飾成為研究者的首選[30](見圖2)。

2010年，石墨烯首次被報道作為新基質(zhì)使用，其片層結(jié)構和較大的比表面積被認為是成功應用于AP-MALDI的顯著優(yōu)勢，且克服了小分子范圍內(nèi)碎片干擾峰頻出的問題，對多種化合物(如聚胺、核苷、氨基酸等小分子)表現(xiàn)出很好的檢測性能。因此，對石墨烯及以石墨烯為基礎的改性或功能化材料的研究和探索也顯著增加。Gulbakan等[31]將氧化石墨烯和適配體結(jié)合生成適配體功能化氧化石墨烯，這種新材料對血液中的可卡因和腺苷表現(xiàn)出很好的富集作用。Min等[32]考慮到雜原子與石墨烯結(jié)合可以形成穩(wěn)定的π鍵，既可吸收足夠的能量又具有捕獲質(zhì)子的潛力，使用熱退火合成方法，以氣態(tài)三聚氰胺作為氮源合成氮摻雜石墨烯。合成的新基質(zhì)在正離子模式下產(chǎn)生大量且復雜的加成物離子峰，但在負離子模式下僅產(chǎn)生相應的分子離子峰，且無背景離子峰。

石墨烯具有特殊的電子和自組裝特性，這為新材料的發(fā)展提供了更多機會。而六隅體的結(jié)構具有極高穩(wěn)定性和低化學反應活性，尤其是盤狀多環(huán)芳烴類高純度有機材料。其中，典型的盤狀多環(huán)芳烴為苯并菲以及六環(huán)六苯并蔻(HBC)衍生物。在2014年對HBC的合成和使用進行了突破后，Wei課題組[33]首次使用該類材料作為輔助基質(zhì)檢測3種磺胺類抗菌藥，并與CHCA等3種傳統(tǒng)基質(zhì)和常規(guī)石墨烯進行了比較，結(jié)果說明該課題組合成的新基質(zhì)對于磺胺混合物具有很好的信噪比和區(qū)分能力，同時背景離子峰少，具有更好的檢測靈敏度。

碳點是迄今為止發(fā)現(xiàn)并投入使用的最小碳納米材料，尺寸一般在10 nm以下。與其他碳材料相似，碳點在低分子量處難電離，僅會出現(xiàn)比較集中且易于區(qū)分的碳簇峰，m/z超過120以后則無背景峰，這是有機基質(zhì)所無法比擬的優(yōu)勢。不同于普通碳材料，碳量子點表面含有豐富的親水基團(如羥基、羧基)，在溶液中具有良好的分散性，因此具有作為輔助基質(zhì)的巨大潛力。2013年，氮摻雜碳量子點首次被用作基質(zhì)并取得了矚目的成果，自此，開發(fā)新的碳量子點基質(zhì)成為分析行業(yè)內(nèi)的潮流。Wang等[34]通過水熱法制備氮和硫共摻雜碳量子點，并對其作為基質(zhì)的性能進行了鑒定和比較，結(jié)果證明該方法無基質(zhì)相關峰的干擾，且對于多種小分子具有較強的適用性。

1.3.2 磁性功能材料磁性材料的優(yōu)勢是使樣品具有在外磁場作用下易于分離的性能。在實際檢測中，磁性材料的添加可以簡化前處理步驟，節(jié)省檢測時間和勞動力消耗。分析流程如圖3所示。常用的磁性材料包括鐵、鈷、鎳及其氧化物(如四氧化三鐵、三氧化二鐵)、合金材料及其混合物等。目前應用最廣的磁性材料為四氧化三鐵，其納米顆粒具有磁性強、尺寸小、比表面積大和生物兼容性良好的優(yōu)點，常被制作成納米微球磁性復合材料。功能化修飾是對磁性功能材料進行加工的基本方法之一，Liu等[35]對四氧化三鐵納米氧化石墨烯材料進行聚丙烯酸功能化修飾，發(fā)現(xiàn)其對正離子有機物具有明顯的吸附和分離效果。將磁性顆粒包裹于碳材料的表面制備磁性復合材料則是另一個主流方向。使用這種方法合成的磁性石墨烯/碳納米管復合材料，不僅具有很強的磁性，還有效避免了碳納米管和石墨烯的團聚。

圖3 磁性輔助基質(zhì)用于激光離子源的樣品預處理及其分析流程Fig.3 Sample pretreatment and analysis process of magnetic matrix applied to laser based ionization source

Wei課題組[33]使用Hummers法合成了氧化石墨，隨后對其進行超聲剝離得到氧化石墨烯，再利用氧化還原反應合成了磁性氧化石墨烯，最后在其表面覆蓋1層二氧化硅。該方法不僅解決了磁性材料脫落問題，還保持了材料的磁性以供多次重復使用。該團隊將合成的新材料作為基質(zhì)直接用于喹諾酮類藥物的快速檢測，前處理和樣品富集耗時大大縮短。與CHCA相比，新基質(zhì)不僅背景干擾小，而且具有極高的靈敏度和信噪比。

1.3.3 其他無機材料在輔助基質(zhì)中，硅材料(如二氧化硅)和金屬材料(如金納米顆粒)等占據(jù)重要的位置。Abdelhamid等[30]首次提出了用介孔二氧化硅(G@SiO2)包覆石墨烯作為輔助基質(zhì)，石墨烯通過表面活性劑作用于SiO2，表面活性劑作為引發(fā)劑引起進一步電離。與傳統(tǒng)基質(zhì)不同，該G@SiO2成功產(chǎn)生了多電荷多糖，為多電荷電離方法的進展提供了參考。沸石是一種典型的具有介孔結(jié)構的硅鋁酸鹽材料，作為典型的骨架型硅酸鹽，其結(jié)構包括硅(鋁)氧四面體-環(huán)-籠-分子篩，被廣泛用作工業(yè)催化劑與吸附劑。因沸石本身不具有共軛結(jié)構，因此大多作為添加劑或修飾材料使用，但其表面的陽離子交換功能可使其呈現(xiàn)出不同的酸度，因此可作為質(zhì)子供體或質(zhì)子宿主，用以提高分析物的峰響應。Suzuki等[36]使用鋰修飾沸石結(jié)合THAP形成新基質(zhì)，該基質(zhì)能夠?qū)鹘y(tǒng)MALDI難以檢測的低分子量物質(zhì)進行檢測，且對乙酰水楊酸和苯巴比妥也表現(xiàn)出較好的檢測能力。

2 AP-MALDI在食品領域的應用

食品含有多種營養(yǎng)成分，如碳水化合物、蛋白質(zhì)、肽、脂類、氨基酸和有機酸。除營養(yǎng)成分外，食品還可能含有害物質(zhì)，如農(nóng)獸藥殘留、真菌毒素、有害食品添加劑和致癌物質(zhì)等。因此，從食品安全角度來看，分析和檢驗食品的組成成分至關重要，而這些成分因理化性質(zhì)不同需要不同的分析檢測手段進行定性定量。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)和高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(HPLC-MS)是分析食品成分的常用方法。其中，針對揮發(fā)性有機化合物的鑒定和分析多采用GC-MS法，如多元醇和維生素等，或使用衍生化試劑對非揮發(fā)性化合物進行處理后檢測。HPLC-MS法利用被分析組分的極性差異進行分離后再進行質(zhì)譜鑒定，可用于分析多種不同性質(zhì)的化合物[37]。雖然這些方法具有通用性，但往往面臨冗長而繁瑣的前處理過程，且對于特殊性質(zhì)的物質(zhì)，傳統(tǒng)方法難以滿足檢測需求。除了定量研究，空間分布檢測在食品加工、真假鑒別和食品安全中也發(fā)揮著重要作用，而這一檢測目標需要更特別、有效的分析方法。

基于AP-MALDI的質(zhì)譜成像是一種先進的二維分析方法，既無需對組織切片進行復雜的提取、純化、分離，也無需對分析物進行標記，是一種方便有效的檢測手段。表1歸納了近幾年AP-MALDI相關分析方法在食品分析領域的應用。Nakabayashi等[38]將制備的切片直接轉(zhuǎn)移到具有ITO涂層的玻璃玻片上，隨后進行質(zhì)譜成像分析，顯著改善了植物組織樣品制備階段水分的控制。Enomoto等[39]使用傳統(tǒng)DHB基質(zhì)對豬肉中的酰基化合物和膽堿類化合物進行成像分析，并以此作為食品質(zhì)量評價的標準。De Oliveira等[40]基于MALDI結(jié)合質(zhì)譜成像針對巧克力中的可可開發(fā)了一種半定量技術，不僅可以有效檢測其分布，還能為健康食用巧克力提供參考。新基質(zhì)也被應用于食品的質(zhì)譜成像分析。Wisman等[41]采用鹽類作為基質(zhì)對水稻中的米曲霉菌絲進行檢測，優(yōu)化選擇N-(1-萘基)乙二胺二鹽酸鹽(NEDC)作為基質(zhì)，以期能夠通過此方法提高食品安全性。納米材料的發(fā)展極大地改善了營養(yǎng)物質(zhì)的分析表現(xiàn)。Nizio等[42]開發(fā)了一種109Ag納米粒子增強靶板(109AgNPET)用于對草莓中的多類小分子有機物進行檢測，使小分子化合物的檢出限明顯降低。張峰團隊[43]通過質(zhì)譜成像技術分析了土豆芽中生物堿的空間分布情況，并建立了時間變化規(guī)律模型，這對于食品安全風險捕捉與規(guī)律挖掘具有重要意義。常壓基質(zhì)輔助激光原位質(zhì)譜成像技術是可視化食品分子組成的一種有價值的工具，不僅可以識別食品的營養(yǎng)成分含量，還可通過組分的分布特點提高食品安全性，對于機理研究、原位分析、現(xiàn)場檢測等具有實際價值。

表1 常壓基質(zhì)輔助激光離子化質(zhì)譜在食品分析及食品安全中的應用Table 1 Application of food analysis and food safety using atmospheric pressure matrix assisted laser ionization source mass spectrometry

(續(xù)表1)

3 結(jié)論與展望

常壓基質(zhì)輔助激光技術的出現(xiàn)改善了LDI中難揮發(fā)和熱不穩(wěn)定的高分子量樣品的離子化問題，并在一定程度上擴展了可檢測范圍，為分析應用提供了新的方向。經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，形成了幾個較通用的傳統(tǒng)基質(zhì)如CHCA、DHB、THAP等，這些基質(zhì)雖然檢測大分子物質(zhì)的效果良好，但對于低分子量化合物，由于自身電離產(chǎn)生的干擾峰以及“熱點”現(xiàn)象等局限，限制了其進一步的應用，也推進了不同的基質(zhì)及基質(zhì)添加劑的進展。從最基礎的傳統(tǒng)基質(zhì)修飾，到液體基質(zhì)、無機基質(zhì)的引入，AP-MALDI的應用范圍不斷加大。納米材料、磁性材料、碳材料以及硅材料的結(jié)合及其不斷創(chuàng)新，使基質(zhì)背景峰干擾越來越少，甚至達到幾乎無背景干擾。伴隨著靈敏度和信噪比的不斷提升，前處理步驟也逐漸減少，使得AP-MALDI方法更易與便攜設備結(jié)合，實現(xiàn)現(xiàn)場快速分析。新基質(zhì)材料的引入不僅使離子化效果得到改善，還減少了分析方法對硬件設備性能的依賴，大大降低了分析成本。另一方面，擴展的化合物種類(尤其是各類小分子物質(zhì))也拓展了其應用范圍，通過多學科融合，推進了特定應用領域(如食品分析領域)研究的廣度與深度，也促進了新型便攜設備、新型離子源、新原理分析方法的研發(fā)。從本文可以看出，快速現(xiàn)場分析今后的發(fā)展方向是提高檢測靈敏度和分析選擇性、簡化流程以及降低成本。輔助基質(zhì)的創(chuàng)新工作，必將大大促進基于激光離子化質(zhì)譜技術的廣泛應用。輔助基質(zhì)的發(fā)展趨勢不再局限于簡單的化學改性，多類材料及納米材料的聯(lián)合應用將是未來的主要發(fā)展趨勢。