光电离质谱技术及其在呼出气检测中的应用进展

李庆运; 蒋吉春; 陈平; 蒋丹丹; 李海洋; 花磊

doi:10.12452/j.fxcsxb.250408266

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光电离质谱技术及其在呼出气检测中的应用进展

更新时间：2025-08-08

- 光电离质谱技术及其在呼出气检测中的应用进展
- Progress of Photoionization Mass Spectrometry and Its Application in Exhaled Breath Detection
- 分析测试学报 2025年44卷页码：1-14
- 作者机构：
  
  1.中国科学院大连化学物理研究所，辽宁省质谱技术与仪器重点实验室，辽宁大连 116023
  2.PCAB呼吸与代谢研究中心，Breax实验室，北京100000
- 作者简介：
  
  花磊，博士，研究员，研究方向：质谱、离子迁移谱，E-mail：lhua@dicp.ac.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(22174142);辽宁省自然科学基金项目(2024-MSBA-54);大连市科技人才创新支持项目(2023RQ016;2024RY022)
- DOI：10.12452/j.fxcsxb.250408266
  中图分类号： O657.63
- 收稿日期：2025-04-08，
  
  修回日期：2025-05-04，
  
  网络出版日期：2025-08-08，
  
  纸质出版日期：2025-09-15
- 稿件说明：
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李庆运,蒋吉春,陈平,蒋丹丹,李海洋,花磊.光电离质谱技术及其在呼出气检测中的应用进展[J].分析测试学报,2025,44(09):1-14.

LI Qing-yun,JIANG Ji-chun,CHEN Ping,JIANG Dan-dan,LI Hai-yang,HUA Lei.Progress of Photoionization Mass Spectrometry and Its Application in Exhaled Breath Detection[J].Journal of Instrumental Analysis,2025,44(09):1-14.
李庆运,蒋吉春,陈平,蒋丹丹,李海洋,花磊.光电离质谱技术及其在呼出气检测中的应用进展[J].分析测试学报,2025,44(09):1-14. DOI： 10.12452/j.fxcsxb.250408266.

LI Qing-yun,JIANG Ji-chun,CHEN Ping,JIANG Dan-dan,LI Hai-yang,HUA Lei.Progress of Photoionization Mass Spectrometry and Its Application in Exhaled Breath Detection[J].Journal of Instrumental Analysis,2025,44(09):1-14. DOI： 10.12452/j.fxcsxb.250408266.

摘要

人体呼出气中的挥发性有机物（VOCs）是各种代谢途径的终产物，能够反映机体代谢与病理状况等重要信息，发展小分子VOCs快速分析方法对辅助疾病诊断具有重要科学意义和广阔应用前景。直接质谱因其高灵敏度、快速分析能力和良好的通用性，已逐渐成为复杂样品快速分析的主要技术之一。真空紫外光电离（VUV-PI）技术具有分子离子产率高、碎片化程度低和工作气压范围宽（从高真空到大气压）等优势，能够用于非极性/弱极性到强极性化合物的电离，是一种高效且广泛适用的直接质谱检测技术。该文系统介绍了光电离质谱相关的光电离源、离子传输、质量分析器等关键技术的发展，综述了用于呼出气检测的光电离质谱技术在疾病筛查中的研究进展，并对其未来发展趋势进行展望。

Abstract

Volatile organic compounds（VOCs） in human exhaled breath serve as end products of diverse metabolic pathways，offering critical insights into the body’s physiological and pathological states. The development of rapid analytical methods for small-molecule VOCs holds significant scientific value and promising potential for noninvasive disease diagnosis. Direct inlet mass spectrometry（DIMS），owing to its high sensitivity，rapid analysis，and exceptional versatility，has emerged as a key technique for high-throughput characterization of complex samples. Vacuum ultraviolet photoionization（VUV-PI），a core ionization technology for DIMS，exhibits distinct advantages，including high molecular ion yield，minimal fragmentation，and broad operational pressure compatibility（from high vacuum to ambient conditions）. Its ability to efficiently ionize compounds across a wide polarity range—from nonpolar to strongly polar species—makes it a powerful and versatile tool for mass spectrometric detection. This article systematically reviews advancements in photoionization mass spectrometry（PI-MS），covering critical components such as ionization sources，ion optics，and mass analyzers. Furthermore，it highlights recent progress in PI-MS-based exhaled breath analysis for disease screening and discusses future perspectives in this rapidly evolving field.

关键词

Keywords

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