在线质谱仪在小分子检测领域发挥着关键作用，而提升其对小分子检测的灵敏度是当前研究的重点与热点。本文深入剖析在线质谱仪在高灵敏度小分子检测中，电离效率与信号放大技术的突破进展。详细阐述多种新型电离技术，如激发态诱导结合电离、复合光电离等对电离效率的显著提升机制，以及像基于纳米材料、免疫竞争结合等信号放大策略的应用与成效。同时探讨这些技术突破在环境监测、生命健康、食品安全等多领域的实际应用案例及带来的变革，展望未来技术发展方向，旨在为相关领域研究与应用提供全面且深入的参考。

一、引言

      小分子广泛存在于各种复杂体系中，对其进行高灵敏度检测在众多领域具有至关重要的意义。在环境领域，痕量挥发性有机小分子污染物的精准检测对于评估空气质量、保障生态安全不可或缺；生命健康方面，生物体内关键小分子标志物的灵敏探测有助于疾病的早期诊断与治疗效果监测；食品安全范畴，对农药残留、兽药残留等小分子有害物质的高灵敏检测是守护公众饮食安全的关键防线。

      在线质谱仪凭借其快速、准确、可实时监测等优势，成为小分子检测的有力工具。然而，小分子质量小、信号弱等特性对在线质谱仪的检测灵敏度提出了严峻挑战。提升在线质谱仪的电离效率，将小分子高效转化为离子，以及通过有效手段放大检测信号，成为实现高灵敏度小分子检测的核心关键，也是当前该领域研究的热点与前沿方向。

二、电离效率提升技术

（1）激发态诱导结合电离

      中国科学院大学挥发性有机物污染控制材料与技术国家工程实验室束继年、杨波研究团队开创性地提出 “激发态诱导结合电离” 技术。研究发现，在光电离过程中引入一定量的 CH₂Cl₂，可使含氧有机物信号显著增强，且突破了分析物电离能的限制。通过深入系统研究，该团队成功将待测物信号增益提升至上千倍，并提出激发态 CH₂Cl₂诱导的结合电离新理论。基于此理论的新电离方法，对多种极性有机物展现出超高电离效率，以硝基芳烃为例，电离效率高达 28%，比现有气相电离技术高出 2 - 4 个数量级，反应速率达 10⁻⁷ molecule⁻¹ cm⁻³（300 K）。从动力学层面揭示了这种超高电离效率的根源，为小分子的高效电离提供了全新路径，有望在环境中挥发性有机物小分子检测等领域实现革命性突破 。

（2）复合光电离技术

       花磊研究员团队基于真空紫外灯发明的单光子电离（SPI）、光电子电离（PEI）、化学电离（CI）复合光电离技术，取得了多项国内外专利授权。该技术有效克服了传统电子电离（EI）碎片化严重、谱图解析困难的弊端，具有分子离子产率高、电离覆盖度宽、背景杂质组分影响小等突出优势。适用于复杂体系中小分子的快速、在线质谱分析，在工业过程监测、生命健康研究、公共安全检测和环境监测等领域展现出巨大应用潜力，能够显著提升对各类小分子的电离效率，为高灵敏度检测奠定坚实基础 。

（3）多源光电离技术

     针对传统光电离质谱电离源光强不足问题，有研究提出采用多源光电离技术。通过增加光电离灯数量，有效提升了电离区的光强。以四极离子漏斗聚焦的多源光电离源为例，多个光电离灯协同工作，使待测挥发性有机物在更强光强照射下，转化为光电离产物离子的效率大幅提高。同时，结合四极离子漏斗聚焦结构，实现高气压下电离区离子的高效传输，解决了高气压时产物离子偏轴扩散难以传输的问题，从电离产生和离子传输两方面共同提升了光电离质谱对小分子的检测灵敏度 。

三、信号放大技术

（1）基于纳米材料的信号放大

      纳米材料因其独特的物理化学性质，如高比表面积、优异的光学和电学性能等，在质谱信号放大中得到广泛应用。例如，金纳米颗粒（AuNPs）常作为信号扩增工具与超表面纳米等离子体（MetaSPR）芯片结合用于小分子检测。利用样品中的小分子与芯片表面固定的抗原免疫竞争结合 AuNPs 表面抗体的方式，实现对小分子的超灵敏检测。溶液中小分子浓度越高，结合在芯片表面的 AuNPs 标记抗体越少，反应信号越低，通过这种反比例关系有效放大检测信号。此外，纳米材料的表面等离子体共振效应可增强光与检测芯片的耦合，进一步提升信号强度，在生命健康领域的生物小分子检测中展现出卓越的灵敏度提升效果 。

（2）免疫竞争结合信号放大策略

      免疫竞争结合原理被巧妙应用于在线质谱仪的信号放大。在检测特定小分子时，将小分子抗原固定在固相载体上，样品中的小分子与标记有可产生质谱信号物质（如酶、荧光物质等可转化为质谱信号的标记物）的小分子抗体进行竞争结合。当样品中小分子浓度越高，与固相载体上抗原结合的标记抗体就越少，通过检测标记抗体携带的信号强度，经换算可得到样品中小分子的含量，实现对小分子信号的间接放大。在食品安全检测中，针对农药残留、兽药残留等小分子污染物检测，此方法有效提高了检测灵敏度，能够精准检测出极低浓度的有害小分子 。

（3）匀光膜增强信号技术

      受匀光膜概念启发，有研究设计出具有球形扩散颗粒的结构用于质谱检测信号放大。当光穿过这些球形颗粒时，通过折射和反射将光聚焦在特定角度，增强了光与检测芯片（如 MetaSPR 芯片）的耦合，从而放大检测信号。在实际应用中，该技术与微流控技术、纳米等离子体技术相结合，形成便携式、低成本的现场快速检测（POCT）平台，实现了对血液中小分子睾酮和 25 - 羟基维生素 D₃等的超灵敏检测，检测限分别低至 0.36 pg/mL 和 1.05 pg/mL，灵敏度比传统酶联免疫吸附试验（ELISA）高出 100 至 1000 倍，为生物小分子的高灵敏快速检测提供了创新思路 。

四、技术突破的应用

（1）环境监测领域

      在环境空气中挥发性有机物（VOCs）监测方面，基于新型电离技术与信号放大技术的在线质谱仪展现出强大优势。例如，利用激发态诱导结合电离技术的质谱仪，能够对环境空气中极低浓度的硝基芳烃等极性有机小分子污染物进行超高灵敏检测，其高电离效率和信号放大能力，使检测限达到极低水平，为空气质量精准监测、臭氧和气溶胶前体物研究提供了有力技术支撑。在水质监测中，通过免疫竞争结合信号放大策略的在线质谱仪，可对水中痕量农药残留小分子进行高灵敏检测，及时发现水体污染情况，保障饮用水安全 。

（2）生命健康领域

      在疾病诊断方面，基于纳米材料信号放大的在线质谱仪可用于检测生物标志物小分子。如通过检测血液、尿液中的特定小分子代谢物，实现对癌症、糖尿病等疾病的早期诊断。以癌症为例，某些癌症相关的小分子标志物在早期含量极低，借助金纳米颗粒等纳米材料的信号放大作用，在线质谱仪能够精准检测到这些微量标志物，为疾病早期干预争取宝贵时间。在药物研发过程中，在线质谱仪利用其高灵敏度小分子检测能力，可实时监测药物分子与生物靶点的相互作用，通过检测小分子结合产生的信号变化，评估药物疗效和安全性，加速药物研发进程 。

（3）食品安全领域

      对于食品中的农药残留、兽药残留以及非法添加剂等小分子有害物质检测，在线质谱仪的技术突破发挥了关键作用。采用匀光膜增强信号技术结合微流控的便携式质谱设备，可在现场快速对食品样本进行检测。如对肉类食品中的瘦肉精（克伦特罗）等小分子残留检测，检测限可达皮克 / 毫升级别，检测时间控制在短时间内，且相对标准偏差低，能够快速准确判断食品是否安全，保障消费者权益，提升食品安全监管效率 。

五、总结与展望

      在线质谱仪在高灵敏度小分子检测方面，通过电离效率提升技术与信号放大技术的不断突破，取得了显著进展。新型电离技术如激发态诱导结合电离、复合光电离、多源光电离等，从根本上提高了小分子的电离效率；基于纳米材料、免疫竞争结合、匀光膜增强等信号放大技术进一步强化了检测信号，使在线质谱仪对小分子的检测灵敏度达到前所未有的水平，在环境监测、生命健康、食品安全等多领域展现出广阔应用前景。

      展望未来，一方面需持续深入研究新型电离与信号放大机制，开发更高效、普适的技术，进一步提升检测灵敏度与选择性；另一方面，推动在线质谱仪的小型化、智能化发展，使其更便于现场快速检测应用。同时，加强多学科交叉融合，如与生物医学、材料科学、计算机科学等结合，拓展在线质谱仪在新兴领域的应用，为解决复杂体系中小分子检测难题提供更强大的技术手段，助力各相关领域的高质量发展 。

产品展示

      SSC-RGA6500小分子在线质谱仪的主要应用方向，半导体工业、真空镀膜(PVD、CVD)、刻蚀、粒子加速器；CO2还原，程序升温脱附、化学化工、储能材料、硝酸根还原、燃料电池尾气检测、电-光-热催化、汽车尾气分析、电催化合成氨、热分析、固定床、电解水析氢/析氧、扣电-软包等电池产气、光催化水制氢燃料电池研究、发酵微生物呼吸气体监控、人呼吸监控、环境气体分析、地质分析、冶金过程、各种催化过程等等。

      在线气体质谱仪与TGA实现联用，能够快速地分析热重测试过程中逸出气体产物；在线质谱仪可与各种催化剂评价装置，反应釜，气相色谱等连用，在线实时检测过程中的气体组成及其含量；在线质谱仪可以与化学吸附仪连用，对程序升温过程中的逸出气体进行定性和定量分析。

产品优势：

1.进样管加热，可达350℃

2.易操作界面，10英寸彩色触摸屏，可全面控制仪器运行、采样分析、显示谱图

3.可烘烤真空室至180℃

4.可定制版本，如特殊进气系统、特殊外壳

5.质量范围标配1-200amu；可选1-100amu、、1-300amu

6.软电离选项(1-100eV)

7.耗气量低(1-2sccm)

8.响应快(驻留时间最短1ms/amu)