内部萃取电喷雾电离质谱技术及其在生物分析中的应用研究

摘要

复杂基体样品的直接质谱分析研究是现代质谱技术研究的前沿热点领域之一。但是，迄今为止，质谱技术对于凝聚态样品的直接分析只能达到样品的表层，为了获取凝聚态样品内部组分的信息，需要对样品进行复杂的预处理，耗时费力，分析效率低下。因此，直接获取样品内部化学组分的质谱分析技术，将进一步延伸质谱分析的应用领域。本文提出一种可以在无需样品预处理的条件下对凝聚态复杂基体样品内部化学组分进行快速分析的内部萃取电喷雾电离质谱技术(iEESI-MS)。iEESI-MS可实现对凝聚态复杂基体样品内部化学组分的快速质谱分析，具有无需样品预处理、操作简单、高通量、灵敏度高等优点。本文主要致力于研究iEESI技术的工作原理，阐述iEESI-MS在实际样品分析中实现方法和技术特点，并从植物代谢组学研究、食品品质与安全分析、生物活体组织内部酶促反应原位监测、临床诊断等方面对该技术进行应用研究。　　在简要概述近年来发展的常压直接质谱分析技术及常压直接电离原理的基础上，本文的主要研究内容如下：　　1.对内部萃取电喷雾电离（iEESI）技术的操作方式、参数设置、工作原理及其技术特点进行了研究。　　2.将iEESI-MS技术应用于植物代谢组学研究，利用iEESI-MS直接对植物组织进行直接分析，快速获得植物组织的化学组分的指纹谱图，并选择目标离子进行碰撞诱导解离（CID）实验，对组织中的目标分析物进行结构鉴定。实验对不同成熟度的草莓、不同品种的银杏和不同生理状态的吊兰的生理代谢情况进行了研究，实验结果表明，iEESI-MS可实现植物组织内部化学成分的快速分析，从分子水平上研究植物的生理代谢。该研究表明iEESI-MS为植物代谢组学的研究提供了新的思路。　　3.将iEESI-MS技术应用于食品样品的快速质谱研究，对不同品质的大蒜、不同储存时间的红辣椒，以及肉类食品中的非法添加成分进行了iEESI-MS分析。1）对不同品种和不同加工处理的大蒜的研究表明，iEESI-MS可以快速识别不同品质大蒜的营养成分的差异，从分子水平上快速判定大蒜的营养价值。2）iEESI-MS对储藏的4个品种红辣椒的化学成分进行了连续的监测表明，组织中的葡萄糖和果糖的代谢情况与辣椒的储存期相关，建立组织中葡萄糖和果糖的代谢模型，可以判断辣椒的新鲜度和预测其储存期。3)利用iEESI-MS技术，在无需任何样品预处理的条件下，实现了猪肉样品中痕量瘦肉精成分快速、直接检测，为食品中有毒有害物质的快速检测提供了一种有力的技术支撑。iEESI-MS对食品样品的研究表明，iEESI-MS技术在食品品质分析和食品安全保障领域具有重要的应用前景。　　4.采用iEESI-MS技术直接跟踪活体组织内部的酶促催化反应研究。实验以活体大蒜组织为研究对象，利用iEESI-MS对活体蒜瓣组织内部蒜氨酸水解酶的反应活性进行直接监测。iEESI-MS以直接获取组织内部酶促反应体系中底物和反应产物含量的动态变化信息，在尽可能保持组织生理状态的条件下监测蒜氨酸水解酶在多种外界刺激下的应激活性，进而还原酶在生物组织中的生物活性及其环境耐受性。研究结果表明，iEESI-MS有望成为在分子层次理解活体酶促反应机制研究的新型工具。　　5.采用iEESI-MS对人体尿液中多环芳烃代谢物1-羟基芘（1-OHP）进行了快速测定研究。实验将磁固相萃取技术（MSPE）与iEESI-MS结合，进一步提出一种高灵敏度快速检测尿液中痕量1-OHP的MSPE-iEESI-MSn方法。实验以吡咯修饰的Fe3O4纳米材料作为MSPE介质，将吸附了1-OHP的纳米材料作为样品直接进行iEESI-MS分析，建立可对人尿中痕量1-OHP快速检测的质谱学分析方法，并采用该方法开展对健康人群、吸烟人群和肺癌患者尿样中1-OHP的快速测定研究，为多环芳烃的环境毒理研究奠定方法学基础。

目录

声明

第一章 绪论

1.2 经典的离子化技术

1.3 复杂基体样品直接电离技术

1.4 本文的主要内容

第二章 内部萃取电喷雾电离（iEESI）技术

2.3 内部萃取电喷雾电离技术特点

2.4 iEESI-MS定量分析能力

2.5 小结

第三章 内部萃取电喷雾电离质谱技术在植物代谢组学研究中的应用

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 小结

第四章 内部萃取电喷雾电离质谱技术在食品分析中的应用

4.2 内部萃取电喷雾电离质谱法对大蒜品质的快速质谱研究

4.3 内部萃取电喷雾电离质谱法对红辣椒保鲜期的快速质谱研究

4.4肉质食品中痕量瘦肉精成分的内部萃取电喷雾电离质谱检测

4.5小结

第五章 内部萃取电喷雾电离质谱法直接跟踪活体组织内部酶催化反应

5.2 实验部分

5.3 结果讨论

5.4 小结

第六章 内部萃取电喷雾电离质谱快速测定人尿中1-羟基芘的研究

6.2 实验部分

6.3 结果与讨论

6.4小结

第七章 结论

参考文献

致谢

附录