Anal. Chem.封面文章：基于LC-MSMS技术的神经性毒剂筛查研究
英文原题：Sensitive Untargeted Screening of Nerve Agents and Their Degradation Products Using Liquid Chromatography−High Resolution Mass Spectrometry
通讯作者：谢剑炜、徐斌，军事医学研究院
作者：Meijuan Zhang (张美娟), Yulong Liu (刘玉龙), Jia Chen (陈佳), Haibo Liu (刘海波), Xiaogang Lu (卢晓刚), Jianfeng Wu (吴剑峰), Yajiao Zhang (张雅姣), Ying Lin (林缨), Qin Liu (刘勤), Hongmei Wang (王红梅), Lei Guo (郭磊), Runli Gao (高润利), Bin Xu (徐斌), Jianwei Xie (谢剑炜)
近日，军事医学研究院谢剑炜研究团队使用高效液相色谱与四极杆-静电场轨道阱高分辨质谱联用技术，开发了针对海量(化合物数量多达41万余种)神经性毒剂及相关物的“三步走”综合筛查策略及分析鉴定技术。与传统的化学武器核查技术GC-MS法相比，该策略可高灵敏的实现痕量神经性毒剂原型及其降解产物的高覆盖度筛查鉴定、且具有良好的稳定性和可靠性，已被成功应用于未知真实样品的筛查鉴定，解决了目前国际化武核查中实际存在的痕量神经性毒剂无法实现非靶向筛查鉴定的难题。这一新手段为国际化武核查及痕量法医学溯源确证提供了新的思路和有力的分析技术方法。该成果近期作为封面文章发表在Analytical Chemistry期刊上。
神经性毒剂(nerve agents, NAs)被联合国第687号决议列为大规模杀伤性化学武器，对国家安全和公共健康构成了严重威胁。此类毒剂数量庞大，而且在真实核查样品中可能存在许多不同类型的降解、交联及氧化产物等，后者由于其在环境中比毒剂原型更稳定，已被广泛用作指示神经性毒剂存在的环境标志物。因此，对NAs及其降解产物同时进行高灵敏的非靶向筛查鉴定对于化学武器核查与痕量法医学调查至关重要。另据《化学武器公约附表》中对1.A.01-1.A.03三大类NAs结构基团的定义，理论计算NAs及其相关降解产物的化合物总数超过41万余种(见图1)，且核查样品基质复杂，海量盲筛难度大，为溯源鉴定带来了巨大的挑战。
图1 神经性毒剂及其降解产物的结构通式(括号内数字为可能结构估算数目)
研究团队长期从事化武核查分析技术方法的研究，通过对筛查对象分子结构及其降解规律特点的分析归纳以及质谱分析数据的解析与积累，设计开发了一套针对神经性毒剂及相关物的“三步走”综合性筛查策略。该筛查策略的流程图如图2A所示：第一步，针对典型及常见NAs及其相关物，构建可扩展的LC-MS质谱多参数数据库，用于实现传统NAs的快速靶向筛查鉴定。第二步，通过解析各类NAs及其相关物的质谱碎裂共性规律，发现该类化合物在ESI离子源中易碎裂且均产生含有特征结构片段的质谱峰，故建立了源内碰撞诱导解离(IS-CID MS)警示离子(Alerting Ions)数据库，其中包括40种特定的警示离子对应10种特征结构片段，见图2C。基于IS-CID MS的警示离子检索方法，可以快速、灵敏的发现未知样品中存在的痕量NAs及其相关物的特征结构类型。第三步，通过分析归纳NAs及其相关物的可能分子式和理论分子量，计算并建立了202个理论精确质量数据库，其涵盖可能存在的41万种NAs及其相关物。最后，结合Full MS / dd-MS² 采集模式下获得的准分子离子、碎片离子、MS / MS谱图、同位素比例及相对保留时间等信息，可实现海量神经性毒剂及相关物的筛查鉴定与确证。
图2 样品中未知神经性毒剂的筛查与鉴定流程图(A)；43种NAs相关物的EIC色谱图(B)；基于IS-CID MS的警示离子数据库(C)
为评估该策略的筛查性能，方法适用性、灵敏度和重复性、以及基质效应和回收率等方面均得到有效验证并得到了满意的结果，方法的筛查鉴定灵敏度可达1-10 ng / mL。方法已成功应用于多次国际化武核查效能水平测试及国际化武核查真实样品的筛查鉴定。图3展示了某一瓶标识为RVX的样品筛查鉴定分析结果。
图3 RVX样品中NAs相关物的快速筛查与鉴定
论文并列第一作者为2015级硕博连读研究生张美娟同学和青年科技工作者刘玉龙博士，徐斌博士为共同通讯作者。本项目得到了国家重点研发计划(National Key Research and Development Program of China)和全军医学科研重大项目(Military Medicine and Healthy Major Project)的支持。
实验室简介
研究团队军事医学研究院毒物分析实验室(AMMSLTA)成立于1951年，实验室于2007年9月获准成为国际禁止化学武器组织(OPCW)化武核查环境样品分析指定实验室；2009年被国家反恐办授权为“国家化学反恐怖检测鉴定指定机构”；2013年获批国家食品安全风险评估中心分中心；2014年作为骨干团队成员获批抗毒药物与毒理学国家重点实验室；2016年又获准成为OPCW首批化武核查生物医学样品分析指定实验室。长期以来，实验室以应对化学战、化学恐怖袭击及突发化学事件医学应急救援的现场侦检和实验室鉴定为主要研究方向和任务，为我国防化卫勤检毒事业的发展做出了重要贡献。近年来，荣获国家科技进步一等奖、军队科技进步一等奖和中国分析测试协会科学技术奖特等奖各1项。
