人体呼出气中包含着数百种挥发性有机化合物（VOCs），与我们的健康状况息息相关，是潜藏的“疾病标志物”。然而，如何从复杂的呼出气混合物中，既高灵敏地捕获又精确地识别这些痕量成分，一直是呼出气分析领域面临的核心挑战。

       近日，大连化物所质谱与快速检测中心（102组群）通过自主设计离子漏斗传输接口，实现高气压光电离源（HPPI）与高分辨轨道阱质谱（Orbitrap-MS）无缝联用，解决了两者工作气压不匹配的难题，构建了一套全新的分析平台，为呼出气无创诊断装上“高精度慧眼”。该系统不仅能对呼出气中常见VOCs实现pptv级别的高灵敏度检测，更能凭借其高分辨率，精准分辨以往难以区分的重叠质谱峰，为基于呼出气VOCs的无创、精准疾病诊断提供了强大的新技术手段。

       高气压光电离飞行时间质谱（HPPI-TOF-MS）是检测痕量VOCs的利器，具有灵敏度高等优点。但是飞行时间质谱（TOF-MS）的质量分辨率有限，当面对人体呼出气这样的复杂样品时，不同化合物可能产生质量数非常接近甚至相同的离子，在质谱图上形成重叠峰，制约了呼出气诊断的准确性与可靠性。因此，如果在HPPI后端能够接入高分辨率质量分析器，将形成更为强大的分析工具。然而HPPI源通常在百帕级（hPa）低气压下工作，高分辨Orbitrap-MS的常规进样接口工作在常压（大气压）下，无法直接将HPPI电离源应用到Orbitrap-MS上。

       本工作的核心创新在于：设计并集成了一套基于离子漏斗的专用离子传输接口。该接口能够高效地将HPPI源在低气压下产生的离子捕获、聚焦，并稳定地传输到Orbitrap-MS的高真空分析器中，完美解决了气压不匹配的难题，成功构建了HPPI-Orbitrap-MS联用系统。将搭建的HPPI-Orbitrap-MS系统与一台自制的高灵敏度HPPI-TOF-MS进行对比。在灵敏度方面，新系统对多种VOCs的检测限可达pptv量级，与HPPI-TOF-MS相当，展现了优异的检测能力。

       在保持高灵敏度的状态下，HPPI源与Orbitrap-MS的结合大幅提升分辨能力。针对真实呼出气样本分析中，HPPI-TOF-MS在质荷比m/z = 62处只观察到一个“未分辨的峰”。而HPPI-Orbitrap-MS凭借其高达70,000的分辨率将这个单峰“拆解”为两个独立的信号：一个是作为潜在肝病生物标志物的二甲基硫醚（C₂H₆S⁺），另一个是质子化乙酸的碳-13同位素离子。这种精准区分对于避免生物标志物分析的假阳性或假阴性结果至关重要。

       本工作也客观比较了两种技术的特性。HPPI-TOF-MS在检测某些易形成水合簇离子的化合物时更灵敏，且具备更宽的定量线性范围。而HPPI-Orbitrap-MS的核心优势在于无与伦比的分辨率和抗干扰能力，特别适用于复杂样品中目标化合物的准确定性鉴定。

总结与展望

       本研究成功开发了HPPI-Orbitrap-MS这一新型呼出气分析平台。不仅继承了HPPI技术的高灵敏度，更融合了Orbitrap-MS的超高分辨率，首次解决了HPPI源与高分辨质谱联用的关键技术瓶颈。这项技术能够显著提升呼出气VOCs鉴定的准确度和可信度，在肝癌、肺癌等重大疾病的早期无创筛查、生物标志物发现以及未来高端床旁诊断设备的开发中，具有重大的应用潜力，为呼出气分析领域带来了新的突破。

       相关研究以“Integration and Performance Evaluation of a High-Pressure Photoionization Source with an Orbitrap Mass Spectrometer for Exhaled Breath Analysis”为题，于近日发表在Journal of Analysis and Testing上。该工作第一作者为大连化物所博士研究生张振元，通讯作者为花磊研究员与李海洋研究员。本研究得到国家重点研发计划项目（2023YFF0713801）、国家自然科学基金（22204176）、中国科学院科研仪器研制项目（PTYQ2024TD0012）、辽宁省“兴辽英才”计划（XLYC2403066）、连市高层次人才创新支持计划（2023RY008、2024RJ004）等项目资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1007/s41664-026-00424-y