离子抑制：为什么“同一种物质”在不同样品里信号会忽高忽低

离子抑制（Ion suppression）是质谱（尤其是电喷雾电离 LC-MS 与常压成像）中一类典型的基质效应：与目标物共洗脱或共存的基质成分挤占了电离资源，使目标分析物的离子信号强度下降。在化学分析中，“基质”指样品中除分析物以外的组分，这些组分对分析结果的影响统称为基质效应（matrix effect）；当基质效应使信号低于无基质标准品时，即为抑制（Wikipedia: Matrix (chemical analysis)；IUPAC Gold Book: Matrix effect, M03759）。

怎么量化离子抑制

基质效应常用如下方式量化：以相同浓度的分析物，分别在“含基质提取液”和“无基质标准溶液”中测峰面积，比值接近 100 表示无明显基质影响；比值小于 100 为抑制，大于 100 为增强（Wikipedia: Matrix (chemical analysis)）。

离子抑制从哪来

在电喷雾（ESI）等液相电离中，液滴表面电荷和成核位点是有限的，共流出的盐类、脂质、内源性物质会与目标物竞争电荷与表面，导致目标物电离效率下降。在质谱成像里，生物组织切片表面的高盐环境同样会产生离子抑制；更关键的是，常规成像的初级电离效率低于 1/1000——绝大部分解吸出来的分子仍以中性形式存在，能被初级电离“抓到”的只是极少数（中国科学技术大学潘洋课题组，见 t-AP-LDI/PI 工作）。这两点叠加，使许多分子的成像信号被严重低估。

常见应对思路

• 样品前处理与净化：去除盐类、脂质等干扰物，降低基质负载。

• 色谱分离：拉开目标物与干扰物的洗脱窗口，减少共电离竞争。

• 内标与同位素稀释：用同位素内标校正基质带来的信号偏差。

• 基质匹配校准 / 标准加入法：用近似基质的标样建立校准，抵消系统偏差。

后光电离如何绕开离子抑制

新策源（Neo Source INSTRUMENT）的 MSI DPI（DESI+PI）与 MSI LDPI（LDI+PI）在初级解吸电离之后叠加“后光电离”步骤：让解吸出的中性分子再经过一束真空紫外光子被电离。这一步不与样品本体、盐基质直接接触，因此能绕开初级电离中的电荷竞争与离子抑制，把被漏掉的中性分子补回为信号。中国科大潘洋、刘成园课题组发展的 t-AP-LDI/PI 方法（Analytical Chemistry 2024，DOI:10.1021/acs.analchem.3c05605）在 4 μm 分辨率下将组胺、胆固醇、多种脂质等的灵敏度提高 2-3 个量级，原理即在于此。该路线与新策源两款成像离子源技术同源。两款源均可加装到 Agilent、AB SCIEX、Thermo 三品牌质谱仪上。

参考来源

1. Wikipedia: Matrix (chemical analysis). https://en.wikipedia.org/wiki/Matrix_(chemical_analysis)

2. IUPAC Gold Book: Matrix effect. https://goldbook.iupac.org/terms/view/M03759

3. 中国科学技术大学：紧凑型光电离质谱成像源研发取得新进展. https://kyb.ustc.edu.cn/_t1002/2024/0401/c6076a634490/page.htm

4. Qi K, et al. Development of Transmission Ambient Pressure Laser Desorption Ionization/Postphotoionization Mass Spectrometry Imaging. Analytical Chemistry. 2024. DOI:10.1021/acs.analchem.3c05605