液相色谱-质谱联用技术经过多年的发展，已经成为一种非常成熟的分析检测技术，具有高灵敏度、高选择性和高分析速度的优势，可以实现对多组分复杂样品进行高效分离和精准定性定量分析。

本文通过介绍液相色谱-质谱联用在环境检测、食品安全和药物分析等实验教学研究中的应用，激发学生对液相色谱-质谱联用仪的兴趣，加深对液相色谱-质谱联用仪的认识，以便于学生更好地利用液相色谱-质谱联用仪开展研究工作。

1、应用

1.1 液相色谱-质谱联用在环境检测中的应用

日趋严重的环境污染问题，不仅阻碍了社会正常发展，还会危及人类生命安全。先进的环境监测技术能够准确、及时、全面地反映环境质量现状及发展趋势，为环境治理、污染源控制、环境规划等提供科学依据。液相色谱-质谱联用将液相色谱的高分离效率与质谱的高选择性、高灵敏度有机结合，极大地提高了复杂样品的分析能力。液相色谱-质谱联用法在样品前处理、进样方式、检测器等方面可以很好的弥补气相色谱-质谱联用法无法检测的挥发性低、受热易分解以及大分子有机污染物。

1.1.1 水体有机污染物检测中的应用

水是人类生存和发展的基础，水质的好坏直接关系到经济社会的可持续发展和人类社会的生存。随着工业化、城市化的快速发展，水环境污染问题日益突出。建立完善的水质监测体系是保障水质的必要手段，各种各样的分析仪器被应用于水质监测中，液相色谱-质谱联用具有很高的灵敏度、精密度和准确度，操作相对简便，能够高效率的满足水质中微量甚至痕量有机污染物的检测要求。

高珊珊等[1]为研究生开设了液相色谱-质谱联用法测定水中全氟辛酸的实验课，让学生了解仪器的基本组成和功能原理，掌握仪器的基本操作和分析方法，全面提升学生的科研和实验操作能力。肖寒霜等[2]开设了液相色谱-质谱联用法测定水中增塑剂的本科实验课，通过实验课的开设让学生掌握仪器的基本操作和分析方法，拓展学生的科研视角。咪唑啉酮类除草剂能抑制植物体内乙酰羟基酸合成酶的活性，阻止支链氨基酸的生成，是一种超高效除草剂。但该类除草剂具有长残留期的特性，长期大量使用会带来严重的危害。吴春英等[3]建立了测定环境水体中6种咪唑啉酮类除草剂的液相色谱-三重四级杆质谱联用分析方法，在最优条件下，目标物在水中回收率均为81.5%～126.1%。该方法具有回收率高、检测限低的优点，能满足环境水体中6种咪唑啉酮类除草剂的同时检测。全氟烷基酸具有环境稳定性、强富集性和强迁移性，已在地表水、地下水中检出。动物实验研究表明其具有诱发肿瘤的可能性，严重威胁到人类的健康。刘明睿等[4]建立了能快速测定地下水和含水层介质中16种全氟烷基酸的超高效液相色谱串联质谱法，地下水中16种全氟烷基酸的检出限为0.06～1.07 ug/L，含水介质层中14种全氟烷基酸检出限为2.69～12.33 ng/g。双酚A能干扰正常激素在机体内的新陈代谢，从而对生物的生殖、神经、免疫等系统功能产生影响，具有较强的致癌、致畸和致突变性。朱华蓉[5]利用液相色谱-质谱联用仪对北京市饮用水中的双酚A进行了检测，对北京市饮用水中双酚A的污染水平进行了评估，并分析了饮用水中双酚A的来源。李晓娟[6]采用固相萃取富集分离技术与超高效液相色谱串联质谱相结合对杭州市不同水环境中的布洛芬、氯贝酸氧氟沙星等13种药物残留进行了检测。建立了高灵敏度、高准确度、选择性好的痕量药物检测方法，并成功应用于实际样品的检测中。

1.1.2 土壤有机污染物检测中的应用

液相色谱-质谱联用法具有快速、高效、灵敏度高等优点而被广泛应用于土壤中有机污染物的检测，为土壤污染状况的评估和风险管控提供重要信息。我国是抗生素第一生产和使用大国，这些药物在使用后会通过人畜排泄物直接排出体外，对土壤环境造成较大的影响。土壤中抗生素污染问题已成为国内、外环境和土壤科学界共同关注的热点问题之一。因此，加强对土壤中常用抗生素残留的监测，对保护土壤环境和人类社会具有重要的意义。杨萌[7]采用加速溶剂法对土壤中的青霉素、头孢拉定、阿莫西林等7种典型抗生素进行了提取，并用凝胶净化色谱法进行富集。利用超高压液相色谱-三重四级杆串联质谱对富集后的样品进行了定性定量分析，7种抗生素在0.01～5.0µg/mL范围内线性良好，检出限在0.007～0.041µg/kg之间。该方法具有准确度高、操作简便，能够满足土壤中残留的极微量抗生素的监测和风险评估。氯酸盐类化合物，具有较强的氧化性，会损害红细胞，干扰甲状腺功能，影响身体的代谢和发育。李媛等[8]建立能同时测定土壤总氯酸盐和高氯酸盐的液相色谱-质谱联用分析方法，氯酸盐在2.00～200 ng/mL浓度范围内线性关系良好，检出限为6.0 ug/kg，高氯酸盐在1.00～100 ng/mL浓度范围内线性关系良好，检出限为4.0ug/kg。该方法重现性好、操作简单，灵敏度和精密度均能满足实际检测要求。农作物种植过程中大量农药的使用，会导致土壤环境的严重污染。因此，开发土壤中农药残留的高效检测方法，不仅能有效监控土壤环境的污染，指导合理用药，而且可以保障农产品的质量安全和人类的健康。平华等[9]利用液相色谱-质谱联用法对土壤中的10种新烟碱类农药及其4种代谢物残留进行了检测，该方法灵敏度高，适用于大批量土壤样品中新烟碱类农药及其代谢物的同时快速检测。硝基酚类化合物具有高毒性和致癌性，经过大气沉降、工业废水排放等途径进入土壤中，对土壤环境产生严重的污染。乔淞汾等[10]采用液相色谱-质谱联用对土壤中的4-硝基酚、2,4-二硝基酚和2,6-二硝基酚污染物进行了检测，避免了气相色谱-质谱联用法的衍生化前处理步骤，提供了一种快速高效检测土壤中硝基酚污染物的方法。

1.2 液相色谱-质谱联用在食品安全检测中的应用

“民以食为天”，食品安全与人类健康息息相关，对食品进行安全检测可以有效减少食品安全风险和问题的发生。液相色谱-质谱联用技术在食品安全领域有着非常广泛的应用，可以对食品中的农兽药残留、添加剂和食品中的生物毒素等有害物质进行检测，为人类的健康保驾护航。

1.2.1 农兽药残留检测中的应用

农作物在种植过程中大量杀虫剂、除草剂、生长调节剂等各种农药的使用，虽然提高了产量和质量，但是也导致了农作物产品中农药的残留，给人类的健康带来了严重的威胁。江丽丽[11]建立了快速测定蜜柚中35种农药残留的液相色谱-质谱联用法，通过对样品前处理条件的优化，可以实现一次提取、一次净化后能同时测定蜜柚中的35种农药残留。该方法快速、简单、重复性好，能满足批量蜜柚中农药残留检测。兽药被广泛应用于牲畜的生长促进和疾病预防，如果使用不当或禁药期太短，就会导致兽药残留。磺胺类药物具有较好抗菌效果和普适性，被广泛应用于可食动物疾病防治中。但该类药物能损害人体造血、中枢神经和胃肠道系统，有致癌、致畸、致突变等危害。因此，建立一种能快速简便测定动物源性食品中磺胺类药物残留的方法具有重要的意义。吴香伦等[12]针对鸡肉中的22种磺胺类药物残留建立了液相色谱-串联质谱测定方法，通过对流动相、提取溶剂、盐析剂等参数的优化，得到了最佳的分析工艺。在0.1～20 ug/L范围内，22种磺胺类药物的线性相关系数均大于0.9988，检出限与定量限分别为0.11～1.66 ug/kg和0.35～2.23 ug/kg，实现了对鸡肉中22种磺胺类药物残留的快速、准确的分析。兽药在水产品养殖中发挥着防治病虫害、促进生长、提高品质等重要作用。但大量兽药的使用给水体环境和人类健康带来了重大的安全隐患。姜萌艺等[13]建立了针对鱼虾贝水产品中79种兽药残留检测的液相色谱-质谱联用方法，最低检出限和定量限分别为0.2～5.0 ug/kg和0.5～10.0ug/kg。该方法快速简单、灵敏度高、重现性好，能实现水产品中11类79种兽药的同时快速筛查和残留测定。

1.2.2 添加剂检测中的应用

为改善食品色、香、味等品质以及延长食品保存期等需要在食品生产过程中添加防腐剂、甜味剂、着色剂等一系列食品添加剂。食品中添加剂含量过高会对人体产生不同程度的危害，甚至威胁人的生命安全。所以建立一套能快速测定食品中有害添加剂的检测方法是十分必要的。苏丹红是人工合成的偶氮类色素，主要用于蜡、机油和鞋油等产品的染色。研究发现苏丹红I号对人类的肝细胞具有可能的致癌特性，世界各国都禁止将苏丹红作为添加剂用于食品生产中。喻凌寒等[14]采用液相色谱-质谱联用技术对食品中微量的4种苏丹红进行了检测分析，在正离子模式下可以高选择、高灵敏度、快速检测，整个分析时间仅需8 min，适合大量样品的日常快速分析。一些不法分子将三聚氰胺添加到饲料和食品中以提高其蛋白质含氮量，长期摄入含三聚氰胺的食物会出现肾衰竭而死亡。朱丽君等[15]建立了测定食品及饲料中三聚氰胺的液相色谱-质谱联用方法，该方法回收率为82%～99%，相对标准偏差为1.6%～5.1%，具有较好的选择性和灵敏度。

1.2.3 生物毒素检测中的应用

生物毒素是指由各种生物(微生物、动物或植物)等生物体产生的有毒物质，对人和动物可能产生严重的健康威胁。真菌毒素是一种由真菌在一定条件下产生的小分子次生代谢产物。大多数真菌都具有致癌、致畸、致突变性，对人类及动物的健康产生极大的危害。杨帅等[16]建立了液相色谱-质谱同时测定小麦粉中28种真菌毒素的方法，检出限和定量限均能满足真菌毒素的日常风险检测需求，为小麦粉基质中真菌毒素的检测提供了一种高通量、低成本、高效的检测方式。丁学妍等[17]针对牛奶中的24种真菌毒素建立了液相色谱-质谱联用检测方法，样品经提取、固相萃取净化、溶剂复溶后，采用电喷雾离子源-多反应监测模式采集。24种真菌毒素的相关系数均大于0.985，相对标准偏差均小于10%。该方法操作简单、灵敏度高、重复性好，可满足牛奶中真菌毒素的快速筛查和定量要求。

1.3 药物分析中的应用

液相色谱-质谱联用仪具有超强的分离能力、超高的灵敏度和选择性，拥有强大的定性、定量分析能力，因而在药物分析中尤其在药物研发、中药活性成分鉴定和药物代谢等方面得到广泛的应用。

1.3.1 药物研发中的应用

对可能作为药物使用的各种物质中的成分进行筛选，以检测其可能存在的药理活性，为开发新药提供实验依据。液相色谱-质谱联用仪可以为药物筛选提供高通量和高内涵的筛选手段。Yamashita等[18]利用超高效液相色谱-质谱联用对氯丙嗪、氯氮平和雌二醇等的溶解度进行了测定，建立了适合早期药物开发阶段高通量筛选的新方法。Mensch等[19]利用超高效液相色谱-串联质谱联用对咖啡因、卡马西平、普萘洛尔等化合物膜通过量进行验证，最低检测限为0.61～12 nmol/L，该项技术可以用于早期药物开发中的药物渗透性研究。液相色谱-质谱联用仪也可以用于药物合成过程中的副产物、中间体等杂质的实时检测和精准分析，为新药生产过程中的工艺优化和除杂提供依据。潘芳芳等[20]利用液相色谱-四级杆飞行时间质谱对头孢拉定中的主要杂质进行了分析，通过二级质谱特征碎片分析确定杂质为双氢头孢拉定，并推测了其产生来源，为药品制备和纯化工艺优化提供依据。利用液相色谱-质谱联用仪强大的分离和定性能力，可以实现药物成分分析和相关物质的鉴定，为用药安全提供源头上的保证。马凤余等[21]利用液相色谱-质谱联用对头孢地嗪中的异构体进行了快速鉴定，通过质谱特征碎片离子差异可以区分反式异构体及Δ3异构体，实现对药品质量的有效控制。

1.3.2 中药分析中的应用

中药中的化学成分种类多、结构复杂，常规的分离鉴定技术难以有效完成。液相色谱-质谱联用分离效率高、选择性好、灵敏度高，可以广泛应用于中药中的化学成分分析及质量控制。

刺五加具有很高的药用价值，对心血管疾病等具有很好的治疗效果。马媛媛[22]采用液相色谱-质谱联用技术对刺五加中的活性成分及结构进行了分析，结果表明刺五加中主要成分有槲皮素、槲皮苷、芦丁等黄酮类化合物和刺五加苷及其异构体的皂苷类活性成分。钩藤具有息风定惊、清热平肝、降血压等功效，其中含有钩藤碱，去氢钩藤碱、异构藤碱等30余种生物碱。江夏娟等[23]建立了能快速检测中药钩藤中钩藤碱，去氢钩藤碱、异构藤碱等6种钩藤碱含量的方法，该方法具有选择性好、灵敏度高、快速高效的优点。Choi等[24]采用液相色谱-串联质谱结合超临界流体萃取技术对三尖杉叶中的生物碱进行了提取分析，分离和鉴定出9种带酯基官能团的生物碱，并对其结构进行了详细研究。采用质量控制是中药应用时需要考虑的核心问题，产地、来源等不同都会导致不同批次的药材在药用成分上存在显著的差异。利用液相色谱-质谱联用可以建立信息丰富、准确的中药指纹图谱用以实现对中药质量的有效控制。韩凤梅等[25]采用液相色谱-质谱联用技术建立了山麦冬中成分组成的特征指纹图谱，重现性好、特征性强，可用于山麦冬的品质评价与品种鉴定。张尊建等[26]采用液相色谱-质谱联用对忍冬和山银花中的主要成分进行了分析，并建立了两种中药材的液相色谱-质谱联用指纹图谱，为中药材的品种鉴别提供更加全面、可靠的依据。

1.3.3 药物代谢及药代学研究中的应用

药物代谢研究贯穿药物研发的全过程，是决定药物能否上市的关键因素之一。液相色谱-质谱联用技术具有选择性强、灵敏度高、操作简便、分析效率高等优点，其在药物代谢及药代学研究中的作用越来越重要。

高越颖等[27]开设了液相色谱-质谱联用在药理学实验教学中探索的本科生实验课，让学生学会液相色谱-质谱联用分析方法，了解药物代谢动力学研究中的思路与方法。伊潘立酮是近年来发展起来的非典型抗精神病药物，在治疗精神分裂症阳性症状的同时，能够显著改善阴性症状，为精神分裂症患者提供了新的治疗机会。国微[28]利用液相色谱-串联质谱对伊潘立酮及主要代谢产物在人体内的定量分析和临床药代动力学进行了研究，获得了伊潘立酮及代谢产物在人体中的浓度随时间的变化关系及在体内的药代动力学特征，为伊潘立酮片的上市提供数据支持。他莫昔芬为非胆固醇类抗雌激素药物，是乳腺癌术后内分泌辅助治疗的首选药物之一。胡东莉等[29]建立了能同时检测人体血浆中他莫昔芬及其多种代谢产物的液相色谱-质谱联用方法，该方法操作简便、准确度高、重现性好，可以准确地定量人体血浆中他莫昔芬及其代谢产物的浓度。克拉霉素属于半合成的大环内酯类抗生素，对多种需氧/厌氧的革兰氏阳性菌/阴性菌均具有较好的抗菌效果。胡岚岚等[30]利用液相色谱-串联质谱结合固相萃取对人体血浆中的克拉霉素进行了检测，并对克拉霉素在人体内的药代动力学特征进行了分析，受试者在口服克拉霉素胶囊剂后达峰浓度和达峰时间分别为2.17μg/mL和2.10 h。该测定方法准确度高、内源性杂质干扰少、重新性好，可用于临床和实验室对克拉霉素的体内血药浓度检测。吲哒帕胺是一种具有利尿作用的强效、长效降压药，临床上广泛用于高血压的治疗。朱鹤云[31]利用液相色谱-串联质谱对人全血中吲哒帕胺的药动学进行了研究，比较了吲哒帕胺在人体、大鼠、比格犬的代谢种属差异，为临床合理用药提供参考依据。

2、总结

液相色谱-质谱联用技术因其具有出色的分离能力、超高的灵敏度和选择性、强大的定性定量分析能力等特殊优势，而被广泛应用于各行各业。因此，如何充分有效利用液相色谱-质谱联用技术，为科研和实验教学提供强有力的技术支持是一个值得不断探讨的问题。随着实验教学改革和科研开发的需要，液相色谱-质谱联用将会成为创新人才培养和高水平研究成果产出的利器。

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[4]刘明睿,汪伶俐,陈亮.超高效液相色谱串联质谱法快速测定地下水和含水层介质中16种全氟烷基酸[J].地学前缘,2019,26(4):307-314.

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[12]吴香伦,周华,姚熙霖,等.基于QuEChERS测定鸡肉中22种磺胺类药物残留[J].中国卫生检验杂志,2023,33(14):1686-1692.

基金资助:山东理工大学博士启动基金(418003);

文章来源:张荣召,徐鸿志.液相色谱-质谱联用仪在实验教学研究中的应用[J].广东化工,2024,51(04):147-149.