張瑛 等

楊士云? 喬靜? 張文芳

摘要：隨著原位電離技術(shù)的不斷進(jìn)步，實(shí)時(shí)直接分析（DART）已經(jīng)成為當(dāng)今最受歡迎的分析方法之一，它不僅可以用于質(zhì)譜，還可以用于法庭科學(xué)、食品安全、毒品藥物、爆炸物檢測(cè)和藥物分析等多個(gè)領(lǐng)域，取得了顯著的成果?，F(xiàn)如今我國(guó)對(duì)于農(nóng)藥檢測(cè)的技術(shù)已經(jīng)形成了較為成熟的體系，但經(jīng)過(guò)研究表明使用原位電離質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)能夠進(jìn)一步優(yōu)化檢測(cè)工作，可以在有效地拓寬檢測(cè)的范圍程度的同時(shí)，減少檢測(cè)所消耗的時(shí)間。本文旨在深入探討質(zhì)譜（DART-MS）技術(shù)的工作原理、檢測(cè)要求、優(yōu)化方案以及在有機(jī)磷農(nóng)藥的實(shí)際應(yīng)用中的效果，并且對(duì)其可能帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了全面的評(píng)估，并提出了一系列有效的解決方案，以期為相關(guān)部門(mén)提供參考。

關(guān)鍵詞：DART-MS；有機(jī)磷農(nóng)藥；毒理學(xué)研究；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，農(nóng)業(yè)中對(duì)于化學(xué)農(nóng)藥的使用也逐漸增多，為了保證人們的安全以及對(duì)農(nóng)藥的毒理的檢測(cè)和研究，實(shí)時(shí)直接分析質(zhì)譜的出現(xiàn)對(duì)于以上工作具有重要應(yīng)用意義。以往傳統(tǒng)的農(nóng)藥檢測(cè)方式在進(jìn)行檢測(cè)前需要引入一系列的色譜或氣相色譜等步驟，在一定程度上浪費(fèi)了時(shí)間以及人力，且檢測(cè)結(jié)果往往會(huì)出現(xiàn)與樣品的誤差與損壞[1-2]。而隨著質(zhì)譜技術(shù)的不斷發(fā)展以及質(zhì)-譜成像和數(shù)據(jù)分析功能的不斷完善與提高，為現(xiàn)階段有機(jī)磷農(nóng)藥的檢測(cè)以及毒理學(xué)研究方面提供了更為有效和精準(zhǔn)的檢測(cè)方式[3]。因此，實(shí)時(shí)直接分析質(zhì)譜技術(shù)有機(jī)磷農(nóng)藥的毒理學(xué)研究中起到至關(guān)重要的作用。

1 DART的工作原理

DART屬于一種快速且避免對(duì)樣品造成破壞性的分析方法，該方法能夠?qū)悠分苯油ㄟ^(guò)離子化的方式轉(zhuǎn)化為帶電的分子與離子，而后經(jīng)過(guò)對(duì)質(zhì)量與串聯(lián)質(zhì)譜的分析與研究后，對(duì)樣品中的物質(zhì)進(jìn)行定量以及定性研究。實(shí)時(shí)直接分析質(zhì)譜方式的優(yōu)點(diǎn)較為明顯，其中最關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)則是檢測(cè)速度快，從分子離子檢測(cè)到輸出結(jié)果所需要的時(shí)間只需要幾秒鐘就可以完成，相較于傳統(tǒng)檢測(cè)方式更加便捷[4]。除此之外DART也不需要在檢測(cè)之前對(duì)檢測(cè)樣品進(jìn)行提前提取，能夠有效地保護(hù)樣品完整度，保證樣品不受損傷而導(dǎo)致出現(xiàn)誤差，提高實(shí)驗(yàn)的整體效率。與此同時(shí)對(duì)于低濃度的化合物也能夠及時(shí)地進(jìn)行檢測(cè)，具有極高的靈敏度，對(duì)樣品中存在的大量化合物均能夠進(jìn)行檢出[5]。

DART一般情況下屬于一種復(fù)合型的解吸附/粒子化電離模型，其電離原理根據(jù)不同類(lèi)型的試驗(yàn)要求會(huì)存在各種情況的差異[6]。常溫常壓質(zhì)譜可以利用各種形式的電能來(lái)形成初級(jí)粒子，例如電場(chǎng)、熱、光等都能夠?yàn)槌爻嘿|(zhì)譜提供各種程度的電能，而后完成基質(zhì)中能源與電荷之間的傳導(dǎo)工作，根據(jù)對(duì)各種待檢測(cè)物質(zhì)的各種基本物理特性，對(duì)能源與電荷做出不同程度的選擇性作用，由此進(jìn)一步導(dǎo)致復(fù)雜基質(zhì)樣本中待檢測(cè)物質(zhì)的電離情況[7-8]。電噴霧電離、電暈放電、輝光放電以及等離子體等各種類(lèi)型的電場(chǎng)均屬于為常溫常壓分離技術(shù)提供電能的形式。由于輝光放電反應(yīng)形成的電子激發(fā)態(tài)的He原子或振蕩激發(fā)態(tài)的N2分子可以作為DART電離化技術(shù)的電離化試劑來(lái)使用，也可以稱(chēng)為“初級(jí)分離”。根據(jù)相關(guān)研究資料表明，電離化試劑與氣態(tài)、液態(tài)或是固態(tài)試樣在接觸時(shí)則會(huì)形成電離化過(guò)程[9]。而現(xiàn)階段的電離化機(jī)制尚不能做到完全的明確，由于不同因素的影響會(huì)導(dǎo)致各種機(jī)制之間出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系，而處于陽(yáng)電離方式下則極易出現(xiàn)質(zhì)子遷移、彭寧電離化以及電荷遷移等化學(xué)反應(yīng)。

2 有機(jī)磷農(nóng)藥中毒機(jī)制以及有機(jī)磷農(nóng)藥殘留現(xiàn)狀

2.1 有機(jī)磷農(nóng)藥中毒機(jī)制

有機(jī)磷農(nóng)藥的主要成分是一種含碳和磷酸衍生物的有機(jī)磷化合物。主要是通過(guò)皮膚、消化道和呼吸道吸收后與乙酰膽堿酯酶進(jìn)行結(jié)合而形成的乙酰膽堿酯酶-有機(jī)磷化合物，使該酶失去功能[10]。而乙酰膽堿酯酶負(fù)責(zé)將神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿水解為乙酸和膽堿，當(dāng)乙酰膽堿酯酶功能被抑制時(shí)，可導(dǎo)致神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿在神經(jīng)突觸和神經(jīng)肌肉接頭處過(guò)量蓄積[11]。神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿過(guò)量可累及自主神經(jīng)系統(tǒng)、神經(jīng)肌肉接頭以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致一系列的副交感神經(jīng)過(guò)度興奮，出現(xiàn)心動(dòng)過(guò)緩、出汗、瞳孔縮小、腹痛、腹瀉甚至是肺水腫、昏迷以及死亡等現(xiàn)象出現(xiàn)[12]。另一方面，由于含有有害物質(zhì)，例如苯和二甲苯，這些化合物可能會(huì)損害人類(lèi)的身心健康，導(dǎo)致中毒。

2.2 農(nóng)藥殘留現(xiàn)狀

隨著科技發(fā)展以及時(shí)代進(jìn)步，有機(jī)磷農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)中起著關(guān)鍵作用，在一定程度上決定著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量。有機(jī)磷農(nóng)藥等在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的使用能夠?qū)οx(chóng)進(jìn)行防治與消除，還能夠在一定程度上對(duì)農(nóng)作物的產(chǎn)量進(jìn)行提高，對(duì)人民的生活起到一定的改善作用。但農(nóng)藥的大規(guī)模使用也在不同程度上存在一定的弊端，不僅僅會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染，還會(huì)對(duì)生物鏈的平衡進(jìn)行影響，有機(jī)磷農(nóng)藥的殘留容易在食物中積蓄，對(duì)人體健康造成危害[13]。如若長(zhǎng)期食用含有低劑量農(nóng)藥超標(biāo)的水果會(huì)導(dǎo)致器官病變等情況發(fā)生。而通常情況下農(nóng)藥殘留是指在使用農(nóng)藥后的一段時(shí)間，農(nóng)藥在空氣、土壤、水質(zhì)以及作物中殘存的農(nóng)藥以及過(guò)程中產(chǎn)生的產(chǎn)物總和。而現(xiàn)階段人們對(duì)于食品安全問(wèn)題的意識(shí)正在不斷提高，對(duì)食品安全的關(guān)注也越來(lái)越高。根據(jù)研究表明，盡管我國(guó)的飲食中可以檢測(cè)到387種和5450項(xiàng)的農(nóng)藥殘余，但這些項(xiàng)目的種類(lèi)和數(shù)量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了發(fā)達(dá)國(guó)家[14]。此外，盡管這些農(nóng)藥的污染程度并不高，但它們卻可能給嬰兒和老年人帶來(lái)潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)。

3 DART-MS在有機(jī)磷農(nóng)藥毒理學(xué)的實(shí)際應(yīng)用

3.1 國(guó)外DART-MS在有機(jī)磷農(nóng)藥毒理學(xué)的應(yīng)用

DART-MS技術(shù)被廣泛用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，它可以通過(guò)利用DART離子源和飛行時(shí)間質(zhì)譜儀來(lái)快速、準(zhǔn)確地識(shí)別出殺菌劑嘧菌酯和其他殺菌劑，而且由于它的優(yōu)勢(shì)，它可以免除樣本提前處理的麻煩，而且可以完全沒(méi)收，因此，它正受到越來(lái)越多學(xué)者的青睞，并且正逐漸演變?yōu)楫?dāng)今最受歡迎的科學(xué)方法。當(dāng)采用He氣作為電離介質(zhì)，咪鮮胺作為內(nèi)標(biāo)物，并且利用高靜電場(chǎng)軌道阱和DART離子源，可以從6-1200μ g/kg

的濃度范圍，獲得最優(yōu)的線性系數(shù)，且該方法的準(zhǔn)確度達(dá)到0.99，且可以準(zhǔn)確地反映蘋(píng)果、獼猴桃等果蔬的組成，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)和分析。此外，該方法可以應(yīng)用于各種不同的電離模式，如正離子和負(fù)離子，可以準(zhǔn)確地反映各種化學(xué)類(lèi)型的殺蟲(chóng)劑的存在情況，從而獲得更加全面的研究報(bào)告。且效果明顯。我們的研究表明，采用實(shí)時(shí)直接分離技術(shù)和傅里葉變換紅外光譜技術(shù)，我們可以探測(cè)到吡啶（IMD）在室內(nèi)的光化學(xué)反應(yīng)[15-16]。這些探測(cè)方法可能會(huì)揭示出IMD-UR、DN—IMD和N2O0等化學(xué)成分。經(jīng)過(guò)深入的調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)IMD被暴露在外界條件下，它的含量將顯著上升，而其暴露的最長(zhǎng)期限可達(dá)16 h。除此之外，水果中的二硫代氨基甲酸酯類(lèi)殺菌劑的效果也能夠通過(guò)原位電離與質(zhì)譜串聯(lián)進(jìn)行快速的檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)分別對(duì)DART離子源和解吸附電噴霧離子源結(jié)合質(zhì)譜法對(duì)待檢測(cè)物中二硫代氨基甲酸酯的檢出效果進(jìn)行考察，結(jié)果表明，解吸附電噴霧離子源只能夠?qū)ΩＣ离p進(jìn)行提取，且檢出限為0.1 mg/L，無(wú)法對(duì)其他的二硫代氨基甲酸酯進(jìn)行檢出。而通過(guò)使用DART-MS則能夠?qū)ΩＣ离p以及福美鋅同時(shí)做出檢測(cè)。使用DART-MS技術(shù)，可以準(zhǔn)確地測(cè)定果蔬的農(nóng)藥殘留，其中，馬拉硫磷、甲胺磷、抑霉唑和樂(lè)果的含量均比美國(guó)環(huán)保局規(guī)定的10～100倍更加安全可靠。通過(guò)結(jié)合DART離子源和高分辨質(zhì)譜（HRMS），我們可以快速、精準(zhǔn)地識(shí)別出芹菜、生菜等作物中的7種極性農(nóng)藥[17]。這種技術(shù)的應(yīng)用，為我們提供了一種更加有效的方法來(lái)評(píng)估這些作物的毒素含量。相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的偏差也較少。

3.2 國(guó)內(nèi)DART-MS在有機(jī)磷農(nóng)藥毒理學(xué)的應(yīng)用

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究表明，對(duì)臍橙表面上的不明殺菌劑利用DART-MS加以檢測(cè)，利用氦氣當(dāng)作電離化試劑，在正離子模式、350℃的條件對(duì)臍橙果皮表層的化學(xué)物質(zhì)加以電離化，僅僅花費(fèi)不到1s的時(shí)候就將質(zhì)譜信息予以檢出，通過(guò)對(duì)譜圖的研究與文獻(xiàn)特點(diǎn)和離子加以比較后結(jié)果推測(cè)出化合物為抑霉唑，隨后與GC-MS加以驗(yàn)證，得出的結(jié)果為果蔬表面上的農(nóng)藥殘留檢測(cè)提供了新的技巧。通過(guò)利用DART信息技術(shù)對(duì)食品中的唑類(lèi)和有機(jī)磷類(lèi)殺蟲(chóng)劑加以篩查鑒別，首先構(gòu)建唑類(lèi)殺蟲(chóng)劑和有機(jī)磷類(lèi)殺蟲(chóng)劑的共性特點(diǎn)子電離和中度損失庫(kù)及其輔助定性子電離和中度損失庫(kù)。通過(guò)DART—MS技術(shù)迅速獲得待測(cè)物的母電離、子電離信息，并將獲得的母電離和子電離相對(duì)誤差獲得中性丟失，再將獲得的數(shù)據(jù)分析與丟失庫(kù)中的數(shù)據(jù)分析加以比對(duì)，準(zhǔn)確鑒定出腈菌唑和9種有機(jī)磷農(nóng)藥。經(jīng)DART-MS技術(shù)的改良，氟蟲(chóng)腈、甲拌磷、敵敵畏和呋喃丹4種農(nóng)藥的電離源工作溫度均達(dá)到200℃，柵極電流達(dá)到250 V，質(zhì)譜碎片器的電流也達(dá)到200 V，氟蟲(chóng)腈采取負(fù)離子模型，而其余3種農(nóng)藥則是正離子模型，并且利用同位素技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)定量分析，而且相比傳統(tǒng)方法，它們的標(biāo)準(zhǔn)偏差在2.3%～15%，這給DART-MS技術(shù)在識(shí)別摻有有毒物質(zhì)的假冒偽劣農(nóng)藥方面帶來(lái)了一種全新的解決方案。通過(guò)使用DART電離源和三重四極桿的組合，我們可以快速、準(zhǔn)確地檢出紅酒中的農(nóng)藥和污染物，并且能夠快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對(duì)葡萄酒的監(jiān)控。我們使用這種方法，可以快速、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)到紅酒中的50種殺蟲(chóng)劑、12種抗腐劑、抗氧化劑、甜味劑和偶氮染料摻假劑。我們的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的靈敏度和準(zhǔn)確性均達(dá)到10～250 rig/mL，并且能夠快速和準(zhǔn)確地確定葡萄酒的污染程度[18]。通過(guò)使用這種新的技術(shù)，我們能夠迅速地打擊紅酒中的摻假行為。將DART與三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用對(duì)紅酒和白酒中的31種農(nóng)藥進(jìn)行檢測(cè)，所有化合物在3 min內(nèi)檢出，比TOFmS的檢測(cè)速度提高了2倍。使用軌道離子阱高分辨質(zhì)譜與DART離子源聯(lián)用快速測(cè)定木質(zhì)食品接觸材料中4種擬除蟲(chóng)菊酯防腐劑的方法，4種分析物的線性關(guān)系良好，且檢出限位0.04～0.20 mg/kg，定量限為0.10～0.50 mg/kg，平均回收率為72.1％～82.7％，RSD為5.2％～12％。

4 DART-MS在有機(jī)磷農(nóng)藥毒理學(xué)方面的作用

DART-MS能夠在快速的時(shí)間內(nèi)將氣體、液體、固體以及材料表面的化合物進(jìn)行無(wú)損傷的定量分析，通過(guò)對(duì)DART的氣流溫度進(jìn)行操控還可以對(duì)表面的分子進(jìn)行差異化解析以及離子化。為此在有機(jī)磷農(nóng)藥毒理學(xué)中起到關(guān)鍵作用，例如對(duì)水果、蔬菜、肉類(lèi)以及農(nóng)作物方面表面有機(jī)磷農(nóng)藥進(jìn)行無(wú)接觸、無(wú)損耗的檢測(cè)。除此之外殺蟲(chóng)劑在人們?nèi)粘Ｉ钪幸踩菀壮霈F(xiàn)在水果蔬菜的表面上，其中殘留的毒素對(duì)人體會(huì)造成嚴(yán)重危害，因此DART-MS在鑒別農(nóng)業(yè)化學(xué)品中的高危殺蟲(chóng)劑中得到應(yīng)用。由于其具有原位電離不破壞檢材的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于GHB、阿普唑侖、可待因、氫可酮、異可待因、偽可待因以及尼奧平等有毒物質(zhì)也能夠應(yīng)用DART-MS進(jìn)行檢測(cè)，因此在毒理學(xué)中對(duì)于有毒物質(zhì)的分析方面應(yīng)用也越來(lái)越廣泛[19-20]。

5 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

在DART-MS得到廣泛應(yīng)用的同時(shí)，其自身也存在一定的局限性，其中包括立體化學(xué)方面的區(qū)分能力較低，對(duì)操作條件的要求較高，重復(fù)性相對(duì)較低，需要有專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平較高的人員進(jìn)行操作。除此之外還會(huì)存在離子源產(chǎn)生的記憶效應(yīng)以及對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題。在價(jià)格方面相較于以往的分析儀器更加昂貴，因此可以與其他的分析方法進(jìn)行結(jié)合，能夠發(fā)揮更大作用。

6 結(jié)論

DART-MS是一種先進(jìn)的、有效的、靈敏的分析儀器，它能夠有效地檢查出農(nóng)作物和水果上的有害化學(xué)成分，并且其準(zhǔn)確性和靈敏度都得到了大幅提升。此外，它還能夠有效地避免對(duì)樣品的損傷，從而更好地滿足當(dāng)今科學(xué)家們的要求，從而推動(dòng)了分析儀器的不斷改善。當(dāng)前，DART-MS方法已經(jīng)開(kāi)始被廣泛地運(yùn)用到農(nóng)藥檢測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域，但是，針對(duì)有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑的殘留量，它的方法還有待提高和完善。

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[20] 齊春艷，曾雪芳，葉靖怡，等.實(shí)時(shí)直接分析-高分辨質(zhì)譜法快速篩查涼茶中非法添加的21種解熱鎮(zhèn)痛類(lèi)藥物[J].食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào)，2021，12（21）：8451-8457.

作者簡(jiǎn)介：張瑛（1983—），女，副高級(jí)，碩士研究生，主要從事毒物毒品檢驗(yàn)鑒定、體內(nèi)外代謝研究、采用原位電離質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)快速篩查毒物毒品方面的研究。