便携式质谱系统在现场快速检测中的应用

doi:10.12116/j.issn.1004-5619.2026.360403

摘要/Abstract

摘要：

公共安全领域对食品安全、毒物、毒品、危化品及爆炸物等现场快速检测需求迫切。传统实验室检测技术虽分析精度高，但检测周期长、设备体积大、操作复杂，难以满足突发事件现场快速检测需求。针对此需求，本文基于自主研制的mini π便携式质谱仪，系统阐述其技术原理与性能特点，剖析仪器检测灵敏度与基层应用的适配机制，探讨其在食品安全检测、禁毒缉私、毒物快速筛查以及爆炸物现场排查等重大突发事件中的应用策略并构建标准化培训体系。便携式质谱系统已具备量产、商用与规模化推广条件，可快速下沉至基层一线检测市场，突破了传统质谱技术对实验室环境的依赖性，在现场快速检测中具有高灵敏度和高特异性，为禁毒、危化品管控及物证快速鉴定等复杂场景的规模化、规范化应用提供理论与实践参考。

关键词: 法医学, 科技成果转化, 公共安全, 便携式质谱系统, 现场快速检测

Abstract:

Public security faces pressing needs for on-site rapid detection in areas such as food safety, toxic substances, illegal drugs, hazardous materials, and explosives. Although traditional laboratory detection technologies provide high accuracy, the long detection cycles, the large equipment size, and the complex operation procedures make them unsuitable for rapid response at emergency scenes. To address this technical bottleneck, this paper systematically describes the technical principles and performance characteristics of self-developed mini π portable mass spectrometers, analyzes the adaptation mechanism between detection sensitivity and on-site applications, explores application strategies in major emergency scenarios including food safety, drug control, anti-smuggling operations, forensic toxicology identification, and on-site explosive detection, and establishes a standardized training system. The portable mass spectrometry system is ready for mass production, commercialization, and large-scale promotion, enabling rapid deployment to grassroots frontline testing markets. The instrument overcomes the dependence of conventional mass spectrometry technologies on laboratory environments and demonstrates high sensitivity and specificity in rapid on-site testing, and provides theoretical and practical foundations for the large‑scale and standardized application of rapid detection technologies in complex scenarios such as drug control, hazardous materials management, and rapid identification of physical evidence.

Key words: forensic medicine, technology transfer, public safety, portable mass spectrometry system, on-site rapid detection

中图分类号:

张云峰, 刘新玮, 董林沛, 吴小军, 赵鹏, 冉婧. 便携式质谱系统在现场快速检测中的应用[J]. 法医学杂志, 2026, 42(3): 224-231.

Yunfeng ZHANG, Xinwei LIU, Linpei DONG, Xiaojun WU, Peng ZHAO, Jing RAN. Application of Portable Mass Spectrometry System in On-site Rapid Detection[J]. Journal of Forensic Medicine, 2026, 42(3): 224-231.

导出引用管理器 EndNote|Ris|BibTeX

链接本文: http://www.fyxzz.cn/CN/10.12116/j.issn.1004-5619.2026.360403

http://www.fyxzz.cn/CN/Y2026/V42/I3/224

图/表 3

图1 mini π质谱仪与微管纸喷雾试剂盒示意图A：mini π质谱仪；B：微管纸喷雾试剂盒。

Fig. 1 Schematic diagram of the mini π mass spectrometer and the paper capillary spray kit

图2 蚝油基质中二嗪农与士的宁串联质谱检测结果A：二嗪农；B：士的宁。

Fig. 2 MS/MS results of diazinon and strychnine standard solution in an oyster sauce matrix

图3 兔血中100 ng/mL氯硝西泮标准品溶液与50 ng/mL三唑仑标准品溶液的串联质谱检测结果A：氯硝西泮；B：三唑仑。

Fig. 3 MS/MS results of 100 ng/mL clonazepam standard solution and 50 ng/mL triazolam standard solution in rabbit blood

参考文献 24

[1]	连茹，吕小宝，倪春芳，等. 实时直接分析-质谱在法医毒物分析中的应用[J].刑事技术，2018，43（3）：239-244.
	doi：10.16467/j.1008-3650.2018.03.015.LIAN R， LÜ X B， NI C F， et al. Direct analysis of real time-mass spectrometry in forensic toxicological test[J]. Xingshi Jishu，2018，43（3）：239-244.
[2]	张婷婷，吴健美，乔宏伟，等. 毛发中毒品检测技术及其在毒情监测中的应用[J].警察技术，2022（5）：19-21.
	doi：10.3969/j.issn.1009-9875.2022.05.005.ZHANG T T， WU J M， QIAO H W， et al. Detection technologies of drugs in hair and their applications in drug situation monitoring[J]. Jingcha Jishu，2022（5）：19-21.
[3]	蒋诗佳，严慧，沈敏. 纸喷雾质谱技术在法医毒物学领域的应用[J].中国司法鉴定，2021（5）：65-74.
	doi：10.3969/j.issn.1671-2072.2021.05.007.JIANG S J， YAN H， SHEN M. Application of paper spray-mass spectrometry in forensic toxicology[J]. Zhongguo Sifa Jianding，2021（5）：65-74.
[4]	周焕英，高志贤，孙思明，等. 食品安全现场快速检测技术研究进展及应用[J].分析测试学报，2008（7）：788-794.
	doi：10.3969/j.issn.1004-4957.2008.07.029.ZHOU H Y， GAO Z X， SUN S M， et al. Deve-lopment and application of on-site fast detection techniques for food safety[J]. Fenxi Ceshi Xuebao，2008（7）：788-794.
[5]	袁育航，廉洁，邵振超，等. 原位电离质谱及其成像技术在食品安全快速检测中的应用[J].食品科学，2025，46（19）：290-298.
	doi：10.7506/spkx1002-6630-20250 303-018.YUAN Y H， LIAN J， SHAO Z C， et al. Am- bient mass spectrometry and ambient ionization mass spectrometry imaging in rapid food safety detection[J]. Shipin Kexue，2025，46（19）：290-298.
[6]	SCHWARZMAN M R， WILSON M P. New science for chemicals policy[J]. Science，2009，326（5956）：1065-1066. doi：10.1126/science.1177537 .
[7]	司法鉴定科学研究院. 毛发中15种毒品及代谢物的液相色谱-串联质谱检验方法： [S].2018.
	Academy of Forensic Science. Detection of 15 illicit drugs and metabolites in hair by liquid chromatography-tandem mass spectrometry： [S]. 2018.
[8]	COUCHMAN L， MORGAN P E. LC-MS in analytical toxicology： Some practical considerations[J]. Biomed Chromatogr， 2011，25（1/2）：100-123. doi：10.1002/bmc.1566 .
[9]	王南，卜杰洵，李玉玉，等. 原位电离与小型质谱在公共安全领域的应用[J].分析测试学报，2021，40（4）：456-467.
	doi：10.3969/j.issn.1004-4957.2021.04.005.WANG N， BU J X， LI Y Y， et al. Applications of ambient ionization and miniature mass spectro- metry in public security[J]. Fenxi Ceshi Xuebao，2021，40（4）：456-467.
[10]	OUYANG Z， COOKS R G. Miniature mass spectrometers[J]. Annual Rev Anal Chem，2009，2：187-214. doi：10.1146/annurev-anchem-060908-155229 .
[11]	WANG H， LIU J J， G COOKS R， et al. Paper spray for direct analysis of complex mixtures using mass spectrometry[J]. Angew Chem Int Ed Engl，2010，49（5）：877-880. doi：10.1002/anie.200906314 .
[12]	CODY R B， LARAMÉE J A， DURST H D. Versatile new ion source for the analysis of materials in open air under ambient conditions[J]. Anal Chem，2005，77（8）：2297-2302. doi：10.1021/ac050162j .
[13]	SMITH B L， HANKINSON T， MAHER S. Portable instrumentation for ambient ionization and miniature mass spectrometers[J]. Annu Rev Anal Chem （Palo Alto Calif）， 2024，17(1)：69-102. doi：10.1146/annurev-anchem-061522-040824 .
[14]	GAO L， COOKS R G， OUYANG Z. Breaking the pumping speed barrier in mass spectrometry： Discontinuous atmospheric pressure interface[J]. Anal Chem，2008，80（11）：4026-4032. doi：10.1021/ac800014v .
[15]	陈焕文，胡斌，张燮. 复杂样品质谱分析技术的原理与应用[J].分析化学，2010，38（8）：1069-1088.
	doi：10.3724/SP.J.1096.2010.01069.CHEN H W， HU B， ZHANG X. Fundamental principles and practical applications of ambient ioni-zation mass spectrometry for direct analysis of complex samples[J]. Fenxi Huaxue，2010，38（8）：1069-1088.
[16]	郭项雨，黄雪梅，翟俊峰，等. 原位电离小型便携式质谱的研究进展[J].分析化学，2019，47（3）：335-346.
	doi：10.19756/j.issn.0253-3820.181626.GUO X Y， HUANG X M， ZHAI J F， et al. Research advances in ambient ionization and miniature mass spectrometry[J]. Fenxi Huaxue，2019， 47（3）：335-346.
[17]	FAN X M， JIAO B， ZHOU X Y， et al. Miniaturization of mass spectrometry systems： An overview of recent advancements and a perspective on future directions[J]. Anal Chem，2025，97（17）：9111-9125. doi：10.1021/acs.analchem.5c01223 .
[18]	叶祯，赵鹏程，张祉悦. 原位质谱分析技术在可疑文件色痕材料分析中的研究进展[J].分析测试学报，2025，44（4）：732-739.
	doi：10.12452/j.fxcsxb.24071 0204.YE Z， ZHAO P C， ZHANG Z Y. Research progress in the analysis of suspect document color trace materials based on ambient ionization mass spectrometry[J]. Fenxi Ceshi Xuebao，2025，44（4）：732-739.
[19]	石磊. 基层公安机关警力配置优化研究——以C省U县公安局为例[D].重庆：西南政法大学，2016.
	SHI L. Research on the optimization of police force distribution at grass-roots public security organization[D]. Chongqing： Southwest University of Political Science & Law，2016.
[20]	KANG M Q， XUE J F， ZHANG Y R， et al. On-site quantitation of morphine in urine by fast derivatization and miniature mass spectrometry analysis[J]. Green Anal Chem，2022，1：100013. doi：10.1016/j.greeac.2022.100013 .
[21]	JIAO B， YE H M， LIU X W， et al. Handheld mass spectrometer with intelligent adaptability for on-site and point-of-care analysis[J]. Anal Chem，2021，93（47）：15607-15616. doi：10.1021/acs.analchem.1c02508 .
[22]	MA Q， BAI H， LI W， et al. Direct identification of prohibited substances in cosmetics and foodstuffs using ambient ionization on a miniature mass spectrometry system[J]. Anal Chim Acta，2016，912：65-73. doi：10.1016/j.aca.2016.01.031 .
[23]	SOPARAWALLA S， TADJIMUKHAMEDOV F K， WILEY J S， et al. In situ analysis of agrochemical residues on fruit using ambient ionization on a handheld mass spectrometer[J]. Analyst，2011，136（21）：4392-4396. doi：10.1039/c1an15493a .
[24]	COTTE-RODRÍGUEZ I， TAKÁTS Z， TALATY N， et al. Desorption electrospray ionization of explosives on surfaces： Sensitivity and selectivity enhancement by reactive desorption electrospray ioni-zation[J]. Anal Chem，2005，77（21）：6755-6764. doi：10.1021/ac050995 +.