优化快速气相色谱-质子转移反应飞行时间质谱联用技术实现植食性昆虫诱导植物挥发物的近实时选择性分析

为解决植食性昆虫诱导植物挥发物（HIPVs）异构体难以区分的问题，研究人员通过优化快速气相色谱（fastGC）与质子转移反应飞行时间质谱（PTR-TOF-MS）联用技术，实现了α-longipinene等关键倍半萜的高效分离（分辨率提升3倍），灵敏度较直接进样模式提高2倍，分析时间缩短10%，为森林虫害监测提供了新工具。

　　

植物与植食性昆虫的化学对话是生态学研究的热点，其中植物释放的挥发性有机化合物（VOCs）既是防御武器，也是生态系统的“化学语言”。然而，传统分析方法如气相色谱-质谱联用（GC-MS）耗时且无法实时监测，而质子转移反应质谱（PTR-MS）虽能实时检测却难以区分结构相似的异构体——这一问题在含有数千种异构体的萜烯类化合物中尤为突出。亚洲长角天牛（Anoplophora glabripennis, ALB）侵染的挪威枫树释放的α-longipinene、cyclosativene和α-copaene等倍半萜（sesquiterpenes）是虫害特异性标志物，但现有技术无法满足其快速精准检测需求。

针对这一技术瓶颈，国内某高校（根据通讯地址应为国内机构，但原文未明确署名单位）的研究团队对商用fastGC-PTR-TOF系统进行深度改造：采用“柱中柱”设计将色谱柱内径从0.53 mm缩减至0.25 mm，以氦气替代氮气作为载气，并优化传输管线连接方式。通过引入脉冲式进样步骤（10 mL/min维持5秒）加速样品导入，同时保持1.6 mL/min的分离流速。关键技术包括：（1）fastGC硬件改造提升柱效；（2）电离条件优化（E/N=80 Td）减少碎片干扰；（3）原位采样结合热脱附GC-MS（TD-GC-MS）验证化合物；（4）基于保留时间和碎片离子丰度的双重定性策略。

研究结果显示：

1. 关键异构体分离：倍半萜C₁₅H₂₅⁺（m/z 205.20）的三种异构体在3分钟内实现基线分离，α-longipinene/cyclosativene分辨率达2.6±0.3，cyclosativene/α-copaene为1.3±0.2，较原系统提升3倍。
2. 灵敏度提升：fastGC模式下倍半萜信号强度达到直接进样的2倍，甲醇（CH₅O⁺）等低分子量化合物峰高增加52%。
3. 方法稳定性：日内保留时间相对标准偏差（RSD）<0.6%，但日间RSD升至2.1%，提示温度控制需进一步优化。

该研究突破了fastGC-PTR-TOF对高分子量化合物的分析瓶颈，为植保领域提供了三项关键价值：（1）首次实现倍半萜异构体的近实时（<3分钟）分离；（2）建立ALB侵染的早期生物标志物检测体系；（3）模块化设计可拓展至食品、医疗等领域的异构体分析。论文发表于《Journal of Chromatography A》，为生态互作研究提供了新的技术范式。