【人物专访】瞬态纳微尺度荷电萃取技术及其分析应用 陈焕文

　　(东华理工大学，江西省质谱科学与仪器重点实验室，南昌，330013)

　　通讯联系人Email: chw8868@gmail.com

　　关键词：荷电萃取分离，质谱，复杂样品

　　分析化学所面对的实际样品多是由性质各异、含量不同、种类不一的分子组成的复杂基体样品。在众多的分析手段中，质谱分析方法一直因其能够提供结构信息且具有较高的灵敏度、选择性而受到痕量分析人士的青睐。遗憾的是，迄今为止，所有的质谱仪均只能够检测带电粒子。因此，制备待测物分子的离子是质谱分析的前提。

　　在近120年发展历史中，先后出现过众多的离子化技术，包括电子轰击电离、化学电离等经典离子化技术。分别由美国John Fenn、日本田中耕一发明的电喷雾电离(ESI)和基质辅助激光解吸电离(MALDI)与蛋白质的核磁分析技术一起，共享了2002年诺贝尔化学奖，标志着ESI-MS和MALDI-MS是1985年以来国际上应用最广泛的质谱分析方法。但分析实际样品时，ESI或MALDI均需繁杂冗长的样品预处理，严重影响了质谱分析的效率，限制了质谱分析的应用，制约了相关学科的发展。因此，发展无需复杂样品预处理即可直接分析复杂基体样品的质谱学新方法具有重要意义。

　　样品预处理的目的一般包括分离实际样品中各种可能带来干扰的基体及浓缩富集复杂基体样品中痕量待测物分子。迄今为止样品预处理技术虽然得到了长足的发展，出现了沉淀分离技术、溶剂萃取分离技术、离子交换分离技术、液相色谱分离技术、电泳分离技术、膜分离技术、浮选分离技术、固相萃取及固相微萃取技术等，但基于利用不同物质在由固定相和流动相构成的体系中分配系数的不同而发展起来的色谱技术仍然是目前应用最广泛、最有效的分离技术，在实际样品的分离分析中起到了至关重要的作用。目前，不管是气相色谱、液相色谱、高效液相色谱或超高效液相色谱，虽然色谱分离分析性能不断提高，但是仍然需要较长时间(>1min)、较多样品(>0.1mL)。因此，在大多数色谱质谱联用中，容易出现2种矛盾现象：一方面是分离技术难以满足质谱检测的通量要求，导致整个分析过程效率低下;另外一方面是质谱检测难以接受色谱方法提供的大量样品，导致浪费严重。显然，如何更好地克服这些矛盾，将有利于充分发挥色谱分离技术及质谱检测技术各自的优势，更好地满足各种复杂基体样品分析的实际需要。

　　从本质上看，如何在无需复杂样品预处理的前提下，直接制备复杂基体样品中目标分子的离子是实际样品直接质谱分析的前提条件，而如何提高目标分子离子化效率和选择性则是该领域的关键科学问题。受液-液萃取分离技术的启发，我们课题组一直尝试让具有特定化学组成的微米级液滴带上大量电荷，并利用该液滴萃取实际样品中的待测物，在分离富集的同时让待测物分析转变成离子，以便供后续质谱分析。一般情况下，液滴的粒径在纳微尺度，需要样品的耗量近在微升级别，而整个过程仅需要毫秒级的时间。因此，采用这一瞬态纳微尺度荷电萃取技术能够较好地满足色谱质谱联用的实际需要。近十年来，我们实验室主要对能量与电荷在液-液、液-固、液-气等不同相态及二维、三维等不同维度的复杂基体样品中的传递过程进行了较系统的研究[1]，在发现目标分子离子化机制、构建理论模型、发明相关装置的基础上，发展了高通量的直接质谱分析方法体系，实现了无需复杂样品预处理的实际样品直接质谱分析。

　　瞬态纳微尺度荷电萃取技术不仅能够直接处理常见的各种形态的实际样品，更重要的是还能够在不需要破碎、研磨、匀浆等繁杂样品预处理的情况下，直接萃取整体样品(如生物组织、催化剂及其载体等)内部的化学组分并方便地进行质谱表征[2-6]，甚至在不更换组织样品的情况下顺次获得同一组织样品内代谢组、脂质组、蛋白质组等不同组学信息[7]，将直接质谱分析的对象拓展到了整体样品的内部，显著延伸了直接质谱分析观测范围，进一步拓展了质谱的应用领域。本报告将阐述瞬态纳微尺度荷电萃取技术的主要原理、装置及其生物医药方面的分析应用，简要探讨这种技术可能的发展趋势。

　　会议接待组团体照

　　致谢：国家杰出青年科学基金(批准号：21225522)，长江学者和创新团队发展计划项目(批准号：IRT13054)。

　　参考文献

　　1. 陈焕文, 张华, 王海东, 等., 常压下能量与电荷在分子间的传递机制, 中国科学:化学, 2014, 44: 789-794

　　2. H. Zhang, H. Gu, F. Yan, et al., Direct characterization of bulk samples by internal extractive electrospray ionization mass spectrometry, Sci. Rep., 2013, 3: 2495-2500

　　3. H. Zhang, L. Zhu, L. Luo, et al., Direct assessment of phytochemicals inherent in plant tissues using extractive electrospray ionization mass spectrometry, J. Agric. Food Chem., 2013, 61: 10691-10698

　　4. H. Zhang, K. Chingin, L. Zhu, et al. Molecular characterization of ongoing enzymatic reactions in raw garlic cloves using extractive electrospray ionization mass spectrometry, Anal. Chem., 2015, 87: 2878-2883

　　5. B. Hu, Y. H. Lai, P. K. So, et al., Direct ionization of biological tissue for mass spectrometric analysis, Analyst, 2012, 137: 3613-3619

　　6. H. Gu, N. Xu, H. Chen., Direct analysis of biological samples using extractive electrospray ionization mass spectrometry (EESI-MS), Anal. Bioanal. Chem., 2012, 403: 2145-2153

　　7. 卢海艳, 张建勇, 周炜, 等., 直接获取生物组织内部磷脂类物质的质谱分析方法, 分析化学(研究快报), 2016, 44: 329-334

　　联系方式：

　　电话：0791-83896370, Email: chw8868@gmail.com

　　网址：http://www.sinoms.net/app/index.php

　　个人简介：

　　陈焕文，二级教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者、长江学者创新团队(带头人)、国家中青年科技创新领军人才、国家高层次人才特殊支持计划等系列人才计划支持。2001年6月在吉林大学获得博士学位，师从金钦汉教授。2003年1月至2005年12月，在普渡大学从事博士后研究，师从Cooks教授。2006年4月至2008年6月在瑞士联邦工学院Zenobi教授课题组从事博士后及合作研究。现任东华理工大学质谱科学与仪器协同创新中心主任，主要从事复杂基体样品直接质谱分析方面的基础理论、仪器研制及应用研究，建立了基于电喷雾萃取电离质谱技术的直接质谱分析方法体系，研发了相应的仪器装置。迄今发表SCI论文200余篇，(NPG系列6篇)，国际权威期刊封面(底)论文12篇，获国家专利32件(发明12件)，获江西省自然科学一等奖(2项，均排名第一)、中国分析测试学会科学技术奖一等奖(排名第一)及二等奖等国内外荣誉10余项。研究成果获Fenn教授(2002年诺贝尔奖得主)及Nature 杂志Research Highlights正面评价，被5部英文专著和2部中文专著、手册收录，编入2部英文教材。中国科学工具专业委员会理事，中国质谱学会理事，中国仪器仪表学会科学仪器学术委员会委员。兼任Nature旗下Sci.Rep.、Res. J. Chem. Environ.、《分析化学》等SCI期刊编委。

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