小体积样品指体积量在10 pL至纳升级的样品。小体积研究主要涉及细胞及其微环境的研究,对于生命科学的进步有着重要意义。质谱法具有多组分同时检测的特点,通过串联质谱分析,还能够提供化合物结构信息,帮助未知物的鉴定,对于小体积中生化过程分析有重要作用。由于样品体积极其有限,已有的用于小体积分析的质谱方法,往往不能够得到足够时间的质谱信号,对于样品中未知组分进行串联质谱分析鉴定,使得小体积样品中未知组分难以确定。同时,由于小体积样品预处理困难,基质效应严重,质谱检测灵敏度受到限制。本文提出两种敞开式离子源,即阶梯电压电喷雾离子源与脉冲直流电喷雾离子源用于解决上述问题,主要内容如下:1.设计开发了阶梯电压纳升电喷雾离子源。该离子源主要解决小体积样品电喷雾分析过程由于盐类等基质干扰使得分析灵敏度受限的问题。这个离子源通过给样品施加阶梯电压的方式,使得样品在高电压阶梯发生电泳分离,将基质分子与待测物分子在空间上分开一段距离,再利用低电压阶梯对于样品进行质谱检测。通过阶梯电压喷雾,可以有效的提高复杂基质小体积样品的质谱分析灵敏度。2.设计开发了脉冲直流电喷雾离子源。该离子源利用静电场诱导液体样品发生脉冲式电喷雾离子化。离子化过程中,样品与电极不用发生电接触,特别适合小体积样品的分析。通过调节电场强度,我们可以控制脉冲电喷雾的频率与质谱的离子引入频率适合,提高了样品经济性,降低了离子源的流速,大大提高了小体积样品的质谱信号持续时间。我们还开发了与脉冲直流电喷雾相匹配的小体积样品采取与保存方式,使得脉冲直流电喷雾离子源成为一个便捷实用的小体积样品质谱分析工具。3.利用脉冲直流电喷雾离子化技术,我们对于动植物单细胞代谢组和脂质组进行分析与化合物结构鉴定。针对脉冲直流电喷雾离子化方式,我们开发适合植物细胞和动物细胞的样品取样、保存与引入方式,设计了基于二维质谱代谢组、脂质组的分析策略,对于洋葱单细胞中糖代谢过程、HeLa单细胞中脂质组进行了分析与研究。该方法目前能够对于单细胞中1000多个代谢物质谱峰完成串联质谱分析鉴定,类似的其它方法目前尚无报道。