原位光电离质谱技术原理及应用

2021-08-02刘成园

质谱学报 2021年4期

刘成园，潘洋

(中国科学技术大学国家同步辐射实验室，安徽合肥 230029)

原位电离质谱技术[1-2]是指在大气压条件下，无需或只需极少样品预处理即可直接电离和分析复杂基质样品中的待测物，具有微量、快速、灵敏、原位、实时、在线的特点。待测样品中的待测物主要是在大气压下通过与初级电荷/能量载体(如带电液滴、激发态等离子体、光子等)发生能量和电荷交换被离子化，然后引入质谱仪检测。自2004年美国普渡大学的Cooks和2005年日本电子美国公司的Cody分别提出解吸电喷雾电离[3](desorption electrospray ionization, DESI)和实时直接分析[4](direct analysis in real time, DART)两种原位电离质谱技术以来，已经有上百种新方法、新技术被提出，在国际上出现了一股基于原位离子化技术的快速质谱分析研究热潮。虽然原位电离方法种类繁多，但主要是基于电喷雾电离(electrospray ionization, ESI)、大气压化学电离(atmospheric pressure chemical ionization, APCI)和大气压光电离(atmospheric pressure photoionization, APPI)等几种传统电离方法发展而来的。

APPI是一种“软电离”技术，具有电离效率高、碎片离子少等特点，与ESI相比，还具有无电离极性歧视和基质效应弱等优点。因此，APPI已作为一种商业化的离子源与液相或气相色谱联用。基于APPI的原位质谱分析方法具有分析速度快、样品消耗量少、灵敏度高、无需样品预处理等优点，被广泛应用于食品筛查、药品监控、环境分析、反应监测、体液诊断、组织成像等领域[5]。

本工作将综述近年来发展的几种基于光电离的原位质谱技术，阐述原位光电离的基本原理、特点及其在开发中的价值与应用，展望光电离技术在原位质谱研究领域的发展趋势。

1 光电离原理

光电离是指中性粒子在光辐射作用下产生的电离。1956年，Tanaka等[6]发表了第一篇光电离质谱的研究工作，首次以氪气放电灯产生的真空紫外光作为质谱电离源，测试对丁二烯和丙烷等样品，发现只产生了母离子，证明光电离是一种比电子轰击电离(electron impact ionization, EI)更“软”的电离源。在高真空环境中，当真空紫外光光子能量大于待测物电离能时，待测物(analyte, M)在真空紫外光光子辐射下可失去1个电子而被电离，示于式1。常见的紫外光源主要包括真空紫外放电灯、激光和同步辐射光源。其中，激光在真空紫外波段部分连续可调，但操作较为复杂；同步辐射光源具有波长连续可调、亮度高等特点，但因为其是大科学装置，通常只被用于基础科学研究；而真空紫外放电灯具有价格低廉、体积小、便携的特点，更容易被推广使用。

Bruins等[7]于2000年提出了一种使用真空紫外灯在大气压环境下对待测物进行电离的技术，即APPI。通过向待测物溶液中添加掺杂剂(dopant, D)，使光电离区域气氛中高浓度掺杂剂优先发生电离，其离子再通过离子-分子反应使待测物被电离，示于式2[8]。APPI的电离机理与高真空环境下的光电离有很大差异。掺杂剂一般需要具备光电离截面大、电离效率高的特点，常用的掺杂剂主要有甲苯、丙酮、苯甲醚、氯苯、溴苯[9]。

正离子模式下，若掺杂剂的电离能高于待测物的电离能，掺杂剂离子(D·+)可通过电荷转移方式使待测物电离，示于式3；若掺杂剂的质子亲和力低于待测物的质子亲和力，掺杂剂离子(D·+)可通过质子转移使待测物电离[10]，示于式4。此外，溶剂分子或团簇(solvent，S)也可能参与质子化反应过程，示于式5～9，其首先从掺杂剂离子(D·+)获取质子，形成质子化的溶剂分子或团簇([(S)n+H]+)，然后可直接通过质子转移(式7)或者经溶剂加和(式8)再脱溶剂的方式(式9)使待测物质子化。本课题组在掺杂剂辅助的低压光电离(low pressure photoionization, LPPI)环境下，通过质谱检测到质子化的溶剂团簇离子([(S)n+H]+)、溶剂加和离子(M+[(S)n+H]+)等光电离诱导的离子分子反应中间产物[11]。

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负离子模式下，待测物的离子化过程主要是通过掺杂剂被真空紫外光激发电离(式2)产生大量自由电子(e-)引发的[8]。由于空气中氧气的电子亲和力较强(0.451 eV)，很容易与自由电子结合产生过氧负离子(O2·-)，示于式10。如果待测物的电子亲和力大于0甚至大于0.451 eV(即氧气电子亲和力)，其可直接与自由电子结合(式11)，亦或通过与过氧负离子之间的电子转移反应被离子化(式12)。对于电子亲和力小于0 eV的待测物，可与过氧负离子之间经过一系列的离子-分子反应被离子化，示于式13～16。乙腈等溶剂可通过与过氧负离子之间质子转移反应参与待测物的离子化，示于式17～18。

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此外，李海洋等[12]发现，当净化空气作为载气时，高浓度的氧气通过光化学反应(式19～20)在光电离室产生大量臭氧，浓度可达1 700 mL/m3，进而可通过直接捕获自由电子(式21)或电子转移反应(式22)转化为臭氧负离子(O3·-)，空气中二氧化碳(约 300 mL/m3)可通过式23产生反应性离子CO3·-，在大气压下可能会以溶剂加和物[CO3+(S)n]·-的形式存在，该离子可通过进一步的离子-分子反应使待测物在负离子模式下离子化[13]。

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2 几种原位光电离质谱技术及应用

光电离是一种几乎不产生碎片的离子化方式，光电离质谱适用于复杂基质样品的直接分析。中科院大连化学物理研究所李海洋[14-15]、中国科学院大学束继年[16-18]、上海大学程平[19-20]等已经做了大量工作，具有广阔的市场化前景，目前广州禾信分析仪器有限公司已经开发出多款应用于呼出气[21-23]、挥发性有机物[24-25]、环境气溶胶[26-28]、单细胞微生物[29]等样品直接分析的光电离质谱分析仪器。原位光电离质谱是基于光电离原理开发的原位质谱分析技术，既保留了原位质谱对复杂基质样品直接分析、无需样品预处理的便利，也利用了光电离技术电离效率高、无电离极性歧视和基质效应低的优点。自2007年以来，已有多种基于光电离的原位质谱分析方法被开发，主要包括解吸大气压光电离(desorption atmospheric pressure photoionization, DAPPI)、激光溅射大气压光电离(laser ablation atmospheric pressure photoionization, LAAPPI)、超声雾化/低压光电离(ultrasonic nebulization/low pressure photoionization, UNE/LPPI)、萃取大气压光电离(extractive atmospheric pressure photoionization, EAPPI)、热解吸/大气压光电离(thermal desorption/atmospheric pressure photoionization, TD/APPI)、掺杂剂辅助负离子/正离子光电离(dopant assisted negative/positive photoionization, DANP/DAPP)和解吸电喷雾/二次光电离(desorption electrospray ionization/post-photoionization, DESI/PI)等，上述方法的主要应用列于表1。

表1 原位光电离质谱技术及其应用Table 1 Application of ambient photoionization mass spectrometry

2.1 解吸大气压光电离(DAPPI)

DAPPI是由芬兰赫尔辛基大学的Kauppila和Kostiainen于2007年提出的[56]，是早期基于光电离原理开发的一种原位质谱分析技术。

DAPPI结构示意图示于图1，含有掺杂剂的溶剂经微芯片雾化器(microchip nebulizer)雾化并加热后，将待测物从样品表面解吸，解吸后的待测物被真空紫外放电灯发出的真空紫外光电离，其离子化机理与掺杂剂辅助的APPI电离机理相似[57]，包括直接离子化和光诱导的离子-分子反应。

图1 解吸大气压光电离结构示意图[56]Fig.1 Schematic view of the DAPPI setup[56]

注：a.从头部至腹部；b.从腹部至头部；o.腺体开口位置；r.腺体蓄积区域；蓝线.反-2-己烯醛，m/z 99.07～99.09；红线.反-2-己烯-4-氧代-醛，m/z 113.05～113.07；绿线.反-2-辛烯醛，m/z 127.10～127.12；紫线.反-2,4-癸二烯醛，m/z 153.12～153.14；橙线.反-2-癸烯醛，m/z 155.13～155.15图2 几种不饱和醛类物质沿赤条蝽中线位置的离子信号轨迹[36]Fig.2 Ion traces of unsaturated aldehydes recorded along the median line of G. lineatum[36]

2.2 激光溅射大气压光电离(LAAPPI)

LAAPPI是由乔治华盛顿大学Vertes与赫尔辛基大学Kostiainen于2012年合作开发的一种原位光电离质谱分析技术，旨在分析含有一定湿度组织表面的成分[37]，其结构示于图3。波长2.94 μm的激光经光学系统的传输与聚焦，将待测物从样品表面溅射升起，与含有掺杂剂的溶剂气流交叉融合，在侧面真空紫外氪气放电灯的光电离作用下，离子化后进入质谱仪被检测。

图3 激光溅射大气压光电离离子源示意图(图片如插图所示)[37]Fig.3 Schematic of the LAAPPI ion source with a photo of the source shown in the inset[37]

与DAPPI相比，LAAPPI最大的优势是可用于组织表面的可视化分析，但是在该方法建立之初，质谱成像的空间分辨率只能达到约300 μm[38]。到2017年，Kauppila等[64]采用延长光路策略，将激光与聚焦透镜之间的距离从1 m延长至18 m，成功地将激光溅射光斑从440 μm缩小至44 μm，显著提高了LAAPPI的成像分辨率。经过长期反复测试，该系统可在70 μm空间分辨率下，对整个小鼠脑组织表面进行稳定地可视化分析。该系统还可以与电喷雾电离结合(LAESI)用于成像研究。小鼠脑组织切片中多种小分子代谢物和脂质的成像结果示于图4。其中，小分子代谢物包括氨基丁酸m/z104.07、肌酸m/z132.08、腺苷m/z268.10；脂质主要包括磷脂酰乙醇胺(PE)(如PE(P-36∶2)m/z728.56、PE(P-36∶4)m/z722.52)、磷脂酰胆碱(PC)(如PC(37∶6)m/z792.55)和糖酯类的半乳糖酰基鞘氨醇(GalCer)(如GalCer(d42∶1)m/z810.68)。在70 μm空间分辨率下，这些物质的分布可与小鼠脑组织中不同区域结构匹配完好[39]。例如，GalCer(d42∶1)(图4h)的分布主要与脑组织中髓鞘部分相匹配；PC(37∶6)(图4g)在胼胝体中的浓度明显低于大脑皮层与丘脑部分；然而腺苷(图4c)和PE(P-36∶4)(图4f)在丘脑中的含量明显高于其他部位。一般情况下，LAPPI与LAESI可得到相似的成像结果，示于图4a～4f。对于生物组织中某些成分，LAAPPI与LAESI两种分析方法得到的成像结果可以相互补充，例如氨基丁酸(图4a)和PC(37∶6)(图4g)仅在LAESI中具有独特的分布，GalCer(d42∶1)(图4h)仅可在LAAPPI中显示出明确的分布。

2.3 超声雾化/光电离(UNE/LPPI & EAPPI)

超声雾化是利用电子高频振荡(1.7 MHz或2.4 MHz)使液体雾化的物理现象。超声雾化常用于环境加湿，也可用作医疗器械将药物溶液雾化后供人吸入。此外，超声雾化还是一种有效的萃取方式[65-67]。

注：空间分辨率70 μm图4 激光溅射大气压光电离和激光溅射电喷雾电离对鼠脑切片的成像[39]Fig.4 LAAPPI and LAESI MS images of mouse brain[39]

本实验室将超声雾化技术分别与LPPI[10]和APPI[41]质谱相结合，可同时实现基质成分的快速萃取、待测物溶液的气化以及气相分子的光电离和质谱分析，示于图5。其工作原理主要是首先将复杂基质样品表面和内部的化学成分萃取至溶液中，含有待测物的溶液被雾化后，雾化液滴在载气的作用下输送至电离区域，光电离产生的离子进入质量分析器被检测分析。在掺杂剂的辅助下，LPPI是一种高灵敏的电离方法，束继年等[17,68-70]发现，二氯甲烷(CH2Cl2)可显著提高爆炸物、化学毒剂、挥发性醛类、苯系物等离子化效率，在合适的条件下，邻硝基甲苯的电离效率高达28%[16,18]，LPPI优越的性能被用于呼出气诊断[71]、光氧化产生的二次有机气溶胶直接分析[72]等领域。李海洋等[14-15]同样发现在低压条件下，掺杂剂辅助的光电离诱导离子-分子反应可显著提高待测物的离子化效率，并用于在线监测长链烷烃脱氢制烯烃[73]、甲醇制烯烃以及甲烷催化氧化[74]等反应过程，研究催化反应机理。

与DAPPI相比，超声雾化/光电离可直接分析基质内部的化学成分，而且可直接分析液体、粘稠状液滴、块状固体以及固体粉末等形态的样品。由于在LPPI的真空环境中离子-分子碰撞频率降低，质谱更容易捕获离子-分子反应的中间过程，适合研究掺杂剂辅助的光电离反应机理。研究发现，在掺杂剂辅助的光电离过程中，溶剂同样参与光电离反应过程，溶剂加和物的信号强度会随着电离室压力升高而增强。在负离子模式下，首次观察到存在光电离诱导的过氧负离子，证明在光电离过程中，过氧负离子是使待测物氧化的直接原因[11]。

注：a插图表示正离子模式在有或无冷凝管情况下，9,10-菲醌的信号强度[10]；1.超声雾化器；2.水；3.超声换能器；4.O形圈；5.膜；6.超声雾化池；7.样品溶液；8.掺杂剂；9.加热的传输管；10.真空紫外灯[41]图5 超声雾化/低压光电离质谱(a)和萃取大气压光电离质谱(b)结构示意图Fig.5 Schematics of UNE/LPPI (a) and EAPPI (b) setup

利用EAPPI快速分析和比对湖北黄石飞云药业(HB-TG tablet)和湖南协力药业(HN-TG tablet)生产的雷公藤多苷片[42]，示于图6。两款药片由于提取工艺的不同，成分差别明显，具有生理活性的雷公藤甲素(m/z359.14)和雷公藤红素(m/z451.28)在HN-TG tablet中的含量明显高于HB-TG tablet。以上结果表明，EAPPI作为一种原位质谱分析技术，可以在短时间内全面分析中药材的主要成分，在中药材市场的品质管控方面体现出较大的应用潜力[42]。此外，EAPPI还被用于快速分析烟草中醇、酮、酸、酯、醛、酚、生物碱、氨基酸和萜类等化合物，结合主成分分析可快速区分不同类型卷烟烟丝[43]。

图6 萃取大气压光电离质谱分析湖北黄石飞云药业(a)和湖南协力药业(b)生产的雷公藤多苷片[42]Fig.6 EAPPI mass spectra of HB-TG tablet (a) and HN-TG tablet (b)

2.4 掺杂剂辅助负离子/正离子光电离(DAPP/DANP)

DAPP/DANP是一类掺杂剂辅助的大气压光电离技术。在DANP中，掺杂剂离子化产生的自由电子可显著促进反应性离子O2·-或CO3·-的生成，进而提高待测物的离子化效率，因此DANP既可与便携式离子迁移谱联用[12-13]，亦可作为质谱的离子源[47]用于爆炸物的现场快速检测。有报道将DAPP离子迁移谱与时间分辨的热解吸结合，用于复杂基质中过氧化爆炸物(三过氧化三丙酮和六亚甲基三过氧化二胺)的现场快速检测[46]。此外，DAPP质谱还被用于不同海域海水中三甲胺的定性定量分析[49]，DANP飞行时间质谱利用源内碰撞诱导解离高灵敏的在线分析呼气中氰化氢(HCN)，在湿度100%和4%CO2环境中，HCN定量检测限可达到0.5 μL/m3。2019年，有报道将热解吸DAPP与小型化离子阱质谱结合用于现场快速检测复杂基质中毒品，掺杂剂的引入可将毒品(如麻黄碱)信号提高22倍[51]。

李海洋等[50]在热解吸DAPP离子阱质谱技术基础上开发了一种同步闪速热解吸、吹扫与离子注入模式下的离子阱质谱(synchronized flash-thermal-desorption purging and ion injection-ion trap mass spectrometry, SFTDPI-ITMS)用于现场毒品检测，其结构示意图与时序图示于图7。10种沸点差别达300 ℃的挥发性与半挥发性毒品在3 s内即可同时被检测，与热解吸离子阱质谱相比，不挥发性毒品的灵敏度提高了60倍，对芬太尼的定量检测限可达50 pg。将该设备部署于中缅边境的边防检查站，SFTDPI-ITMS对可疑膏体与胶囊粉末的质谱分析结果示于图8。在可疑膏体中检测到吗啡(m/z287)、可待因(m/z301)、二甲基吗啡(m/z312)、罂粟碱(m/z340)、海洛因(m/z370)和诺司卡品(m/z414)，根据常规植物药用成分，该膏体可确认为鸦片剂。在所测胶囊中，检测到曲马朵(m/z264)、芬太尼(m/z337)和海洛因(m/z370)，由此推测该胶囊是掺有芬太尼的海洛因。在另一种可疑胶囊中，可检测到N-苯乙基-4-哌啶酮(NPP，m/z204)、4-苯基氨基-1-苯乙基哌啶(ANPP，m/z279)和芬太尼(m/z337)，NPP和ANPP是齐格弗里德路线合成芬太尼的重要中间体，因此推测该胶囊是不纯的合成芬太尼。

图7 同步闪速热解吸、吹扫与离子注入-离子阱质谱(a)和同步时序(b)[50]Fig.7 Schematic diagram of the SFTDPI-ITMS (a) and synchronized timing sequence (b)[50]

图8 边防检查站缴获疑似毒品(a)和利用同步闪速热解吸、吹扫与离子注入-离子阱质谱分析疑似膏体与胶囊粉末的质谱图(b～d)[50]Fig.8 Captured suspected drugs in frontier inspection station (a) and mass spectra of suspected paste and captured capsules obtained with SFTDPI-ITMS (b-d)[50]

2.5 热解吸/大气压光电离(TD/APPI)

TD/APPI是本课题组开发的一种将热解吸与大气压光电离结合，用于复杂基质溶液中待测物快速定性定量的实验方法[44]，其结构示于图9。当样品溶液滴入加热的基底(thermal desorption holder，TD holder)上之后，根据莱顿弗罗斯特效应(Leidenfrost Phenomenon)，液体不会润湿炙热的表面，而是形成悬浮液滴，液滴底部可通过一层蒸汽与炙热表面隔离，随着溶剂蒸发，待测物浓度逐渐增加，最后浓缩的待测物与剩余溶剂会在同一时间解吸，然后被载气传输至光电离区域电离，最后进入质谱仪检测。

图9 热解吸/大气压光电离质谱结构示意图[44]Fig.9 Schematic of the TD/APPI setup[44]

用TD/APPI获得水体中雌二醇、雄烯二酮、炔诺酮、甲睾酮和黄体酮等5种激素类化合物的提取离子流色谱图(extracted ion chromatography, EIC)，示于图10a。莱顿弗罗斯特效应可将待测物浓缩，从而提高灵敏度，使单个样品的检测时间小于1 min。由EIC峰面积获得的待测物定量分析结果示于图10b～10f。5种激素的测量动态范围为0.1～250或0.1～500 μg/L，线性相关系数(R2)大于0.99。TD/APPI还被进一步用于自来水、地表水和河水等复杂基质中激素类化合物的直接定量分析。与去离子水相比，基质效应可将待测物的灵敏度降低2～10倍[44]。

图10 5种1 mg/L激素类化合物的甲醇-水溶液(9∶1，V/V)的提取离子流色谱图(a)，以50 μg/L醋酸甲羟孕酮为内标，0.1～250 μg/L雌二醇(b)、0.1～500 μg/L雄烯二酮(c)、0.1～250 μg/L炔诺酮(d)、0.1～250 μg/L甲睾酮(e)和0.1～500 μg/L黄体酮(f)的线性关系[44]Fig.10 EIC of five steroids at 1 mg/L in methanol/distilled water (9∶1, V/V) (a), calibration curves of 0.1-250 μg/L estradiol (b), 0.1-500 μg/L androstenedione (c), 0.1-250 μg/L norethindrone (d), 0.1-250 μg/L methyltestosterone (e) and 0.1-500 μg/L progestin (f) with 50 μg/L medroxyprogesterone acetate as the internal standard[44]

TD/APPI还被用于复杂有机反应溶液中产物的定量分析。本课题组在咔唑被三(4-溴苯基)六氯锑酸铵氧化生成咔唑二聚体的氧化反应中发现，由于氧化剂三(4-溴苯基)六氯锑酸铵是一种强极性离子型化合物，一方面会干扰液相色谱柱的分离过程，另一方面在电喷雾电离过程中会严重抑制产物信号，造成氧化产物定量困难。然而，TD/APPI抗基质效应强，对该反应溶液中的咔唑二聚体可直接快速分析，并且可以准确定量，该实验结果为咔唑的二聚反应机理提供了证据支持[45]。

2.6 解吸电喷雾电离/二次光电离(DESI/PI)

生物组织表面多组分可视化分析是质谱分析领域的研究热点，以质谱技术为基础的成像方法可以在无需标记的情况下在同一张组织切片上同时分析“成百上千”种成分的空间分布，已广泛应用于药物代谢、病理分析、临床诊断等领域。基于DESI的质谱成像技术已用于各种生物组织、指纹等可视化分析。然而，由于生物组织表面高盐的基质环境、强极性脂质成分的干扰和对非极性化合物的电离歧视，DESI对生物组织表面中性化合物的电离效率非常低[75-77]。2019年，本实验室设计了一种基于DESI的紧凑型DESI/PI成像源，其装置示于图11，经DESI解吸的中性待测物可通过传输管到达光电离室被真空紫外光二次电离[52]。

图11 解吸电喷雾/二次光电离结构示意图(a)，装置照片(b)和真空紫外放电灯(c)[52]Fig.11 Schematic of the DESI/PI setup (a), a photograph of the setup (b) and VUV discharge lamp (c)[52]

分别用DESI与DESI/PI扫描两片相邻的脑组织切片，平均质谱图和成像结果示于图12。通过质谱图对比发现，二次光电离可使大量在DESI中离子化效率低或难以电离的待测物电离，在DESI和DESI/PI两种模式下可实现多种小分子代谢物和脂质的同时分析和成像。中性小分子代谢物，如丙氨酸/肌氨酸(m/z90.06)、氨基丁酸(m/z104.07)、肌酸(m/z132.08)、谷氨酰胺(m/z147.08)、谷氨酸(m/z148.06)、腺苷(m/z268.10)，弱极性或非极性脂质，包括鞘氨醇(m/z282.28)、单酰基甘油(18∶1)(m/z339.29)、单酰基甘油(18∶0)(m/z341.31)、胆固醇(m/z369.35)、神经酰胺(18∶0)(m/z548.54)、PE(40∶6)(m/z651.54)、GalCer(d18∶1/C22∶1)(m/z782.65)、GalCer(d18∶1/C24∶2)(m/z808.67)、GalCer(d18∶1/C24∶1)(m/z810.68)和GalCer(t42∶0)(m/z828.69)可在DESI/PI模式下扫描并成像；极性PC脂，如PC(32∶0)(m/z713.45、756.55、772.53)、PC(36∶4)(m/z820.53)、PC(36∶1)(m/z826.57)、PC(38∶6)(m/z844.53)、PC(38∶4)(m/z848.56)和PC(40∶6)(m/z872.56)可通过DESI扫描并成像。DESI/PI可显著提高小鼠脑组织切片小分子代谢物、神经递质、中性脂质等多种成分的离子化效率，部分中性化合物的质谱信号可提高2个数量级，为研究胆固醇在脊髓组织和大脑海马组织相关生理作用，以及长期使用他汀类药物引起的认知功能损伤机制提供了更多线索[53-54]。DESI/PI还成功用于茶叶叶茎组织表面多种低极性儿茶素类成分的同时成像，二次光电离可以使极性咖啡因信号增强10倍左右。近期，借助DESI与DESI/PI两种互补的质谱成像分析技术，可检测到黑素细胞痣样本中多达118种化合物，结合多元统计分析和免疫组化实验，发现胆固醇可作为黑素细胞痣的生物标志物用来诊断黑素细胞痣，该结果为黑素细胞痣的治疗提供了一种新思路，即通过控制胆固醇的合成、转运和代谢进而调控黑色素的生成[55]。

3 结论

基于光电离的原位离子化技术因具有碎片离子少、无极性歧视和基质效应弱等优点，已成为原位质谱分析技术的重要组成部分。该技术的出现和发展，弥补了DESI等离子化技术的不足，展现了独特的工作模式和应用领域，已广泛应用于环境污染、食品安全、体液诊断、组织成像、农残检测、爆炸物检测、呼气诊断、毒品筛查等领域。原位光电离质谱在实际应用中的价值已经逐渐显现，在未来仪器商品化过程中，还需做好以下工作：1) 改进大气压下离子传输系统，增加离子捕获效率，提高检测灵敏度；2) 研制体积紧凑、便携、高亮度、稳定的真空紫外光源，同时需引入恒量挥发性物质作为内标矫正光强的衰减；3) 研制匹配不同商品化质谱的原位光电离源，同时耦合其他的原位质谱技术，提高方法在不同场景的适用性。