代谢物是有机体内自然生命活动代谢的产物。众所周知,生命活动是由许多核酸、蛋白质、以及小分子代谢产物共同承担的。上游的核酸、蛋白质等大分子的功能性变化最终会反映在代谢层面。代谢物是生命过程发生结果的体现。大量研究表明,许多疾病与代谢物丰度的异常改变密切相关。因此,准确有效地分析代谢物在疾病的诊断与防治,疾病机制的研究,生物能源等方面都发挥着重要的作用。然而,代谢物在数量、种类、丰度、极性等方面差异巨大,而且生物样品成分复杂,干扰严重,如何快速准确地对代谢物实现定性、定量分析,对分析化学是一个很大的挑战。目前,质谱分析方法由于其高灵敏,高选择性,高效解析化合物的结构而被广泛采用。近几十年来,随着常压离子源技术的迅速发展,活体(in vivo),原位(in situ),实时(real-time),在线(on-line)的快速质谱分析方法的开发已经成为质谱分析技术的必然发展趋势。本文致力于开发快速,高效,生物相容性好的萃取富集技术以及基质耐受性高的常压质谱离子源,用以实现生物样品中代谢物的快速,原位的结构鉴定及定量分析。本文第一章对代谢物分析的意义,及目前研究的主要分析手段和现有报道的质谱快速分析技术进行了综述,并对现有基于质谱的快速分析方法存在的主要问题及本轮文研究的主要思路进行了简要说明。针对生物样品基质复杂,直接分析离子抑制严重,常压质谱离子源无法准确定量的问题,本文第二章将纳米涂层纤维素纸微萃取技术与纳升电喷雾离子源串联质谱(nESI-MS/MS)相结合,建立了一种快速、简便的测定人尿中核糖核苷的分析方法。采用溶胶-凝胶法制备了纳米级沉积的均匀超薄氧化锆凝胶膜,对纤维素纸进行了改性。由于纤维素纸的表面积大,氧化锆与顺式二醇类化合物具有较强的亲合力(Lewis酸碱相互作用),核糖核苷可以选择性地从尿液中被萃取出来并得以富集,从而大大提高了检测灵敏度。通常,将纳米涂层纤维素纸浸入稀释的尿液中选择性提取目标分析物,然后对提取的分析物进行nESI-MS/MS检测。整个分析过程可以在10分钟内完成。通过测定尿样中核糖核苷(腺苷、胞苷、尿苷、鸟苷)的含量,对该方法进行了评价。氧化锆纳米涂覆的纤维素纸萃取的核糖核苷信号强度比未改性的纤维素纸萃取的核糖核苷信号强度提高136～459倍。检出限(LODs)和定量限(LOQs)分别为0.014-1.26μg·L-1,0.045-4.19μg·L-1。实际样品加标回收率为75.64-103.49%,相对标准偏差(RSDs)小于9.36%。该方法准确,可靠,成本低,易制备,环境友好,在资源匮乏地区的快速现场疾病诊断方面有很大潜力的应用价值。本文第三章对现有的纸喷雾离子源在负离子模式下放电严重,喷雾不稳定的问题,受之前报道的相反方向的电泳作用力驱动下的离子运动,和交流电喷雾中形成稳定的相反极性的锥-喷射流的现象的启发,我们提出将连续脉冲高压用于直接接触的纸喷雾离子源。由于周期性改变喷雾中累积的电子传递方向,可以解决常规直流纸喷雾负离子模式放电严重的问题。基于这个出发点,课题组提出了高压交流电源的励磁电感数学模型,并通过与LTspice的模拟结果对比,验证了我们对励磁电感模型的正确理解,制备了低频范围内,电压连续可调,频率稳定性好,波形失真度小的脉冲高压电源。用于纸喷雾离子源,成功地实现了负离子模式下对一些饱和脂肪酸,磷酸化多肽及腺苷5’-三磷酸二钠盐(ATP)等的高灵敏度检测。另外考虑到脉冲高压电源在应用中的易得性,我们还设计自制了一套普适性强,成本低的固定频率(50 Hz)的高压脉冲电源。该脉冲电源起初以市电为初始电源,通过两级变压器进行放大。整个电源设备简单,趋于小型化,便携化,制作成本低,易于在各种检测环境下推广。本文第四章进一步针对人血清中游离不饱和脂肪酸,存在同分异构现象,双键位置鉴定困难等问题,将开发的交流纸喷雾离子源用于人血清中不饱和脂肪酸分析,实现了不饱和脂肪酸同分异构体的原位结构鉴定和准确定量。该方法基于交流纸喷雾中产生的活性氧与不饱和脂肪酸的双键发生环氧化反应,产生的环氧化产物经过二级质谱碰撞诱导解离,产生的特征碎片离子可以准确地指认双键的位置。同时根据特征碎片离子的强度可以对同分异构体进行绝对定量。该方法对于不饱和脂肪酸的定量的LODs和LOQs分别为0.018-0.051 μM和0.022-0.36μM。该方法在不需要额外的样品制备或化学反应试剂的情况下,利用负离子模式交流纸喷雾可以一步完成不饱和脂肪酸的环氧化反应和环氧化物的离子化,在现场临床诊断上具有很好的应用前景。