随着居民生活水平的日益改善，人们对食品质量与安全的需求大幅上升，对检测分析手段的需求也日益提高。然而，工业活动的密集开展造成土壤、大气、水源等被污染与破坏，某些食品生产厂家不当使用食品添加剂、使用质检不达标原材料等导致食品污染问题频发[1]。
食品检测因样品基质存在复杂性、有害物质多样性、多源性、微量性等特征，因此利用常规的分析检测工具往往难以获得高精度的检测结果[2]。现代质谱技术具备高灵敏度、高选择性，使其成为食品分析与检测中重要的分析检测手段。然而，该技术在样品制备等方面步骤繁琐、耗时较长，无法满足实验室对样品高通量和现场原位分析的要求，同时，将仪器设备从实验室向便携式转变的尝试不可避免地会导致仪器分析性能下降[3]。
实时直接分析技术（direct analysis in real-time，DART）由Cody 等[4]于2005年提出，作为一种崭新的非表面接触分析/离子化质谱分析离子源技术，无需或只需简单的样品处理便能在大气压下对不同形态的样品进行无损耗的定性和定量分析[5]。该技术克服了电喷雾电离源技术（electrospray ionization，ESI）无法对生物大分子进行解析的难点，满足了现代食品分析与检测对样品高通量、直接、快速、无损的现场原位分析需求，在食品、司法、医学等领域得到了广泛应用[6]。
1 DART 简介
DART 的电离机制可分为两个部分：从接大气压的氦余辉中形成高速的加热电离物质流，以及分析物的挥发和电离。电离的偏振氦与样品相互作用产生分析物离子可以进一步分为两个部分：表面上可电离分子的热解吸，以及偏振氦与样品中的可电离分子与大气中的化学物质的反应[7]。DART 的电离原理如图1所示。
图1 DART 原理图
Fig.1 The mechanism of direct analysis in real time
一般来说，在DART 电离正离子模式下，DART 离子源中可能会发生一系列复杂的竞争性反应，包括彭宁离子化、电荷转移和质子转移[8]。其结果取决于是否存在溶剂或微量污染物、温度、气体流量、压力和电势等各种因素。
在被分析物的离子化能低于激发态的氦原子或氦气分子的内能时，倾向于发生彭宁离子化反应，产生M·+。
当大气中的水分以极高的效率被23S 状态下的氦气电离时，如果被分析物分子M 比电离水团簇具有更高的质子亲和力，则会发生质子转移产生质子化分子[M+H]+。
另一种观点认为，使用瞬态微环境机制（transient micro-environmental mechanisms，TMEM）可以更好解释DART 技术中存在的基质效应[9]。当DART 气体流与样品接触时，可以通过解吸含有分析物的基质而产生瞬态微环境（transient microenvironments，TME），它可以防止被分析物的直接电离。DART 气体流可以直接电离基质分子，但分析物将主要通过气相离子/分子与基质离子的反应进行电离。
在负离子模式下，一种观点认为大多数化合物主要获得去质子负离子[M-H]－，对其形成机理的推测主要基于被分析物分子与水分子簇阴离子或氧分子阴离子的质子转移或电荷交换反应[10]。这与常压光电离子化的电离机理具有一定相似之处。
2 DART 与其他技术联用
DART 技术作为食品检测与分析的通用技术之一，与QuEChERS、固相微萃取等多种样品预处理方法兼容性良好，并可通过与四极杆质谱、三重四极杆质谱等不同质谱分析器联用补偿其在食品污染物分析中的局限性。DART 与其他技术的联用详见表1。
表1 DART 与样品预处理技术和质谱的联用
Table 1 Combination of sample pretreatment and mass spectrometry with direct analysis in real time
注：—表示文中未提及。
分析器 目标分析物样品参考文献改进的QuEChERS QqQ-MS 杀虫剂、掺假剂红酒[11]QqQ-MS γ-氨基丁酸桑叶[12]溶剂提取TOF苏丹染料辣椒粉[13]Qγ-羟基丁酸饮料[14]QuEChERSOrbitrap霉菌毒素小麦和玉米[15]SPMEQ多种药物残留牛肉[16]溶剂提取QTRAP氯霉素蜂蜜[17]QTRAP 人工甜味剂酒精饮料[18]QuEChERSQTrap 多种农药残留茶叶[19]QuEChERS—氯霉素猪肉、羊肉、牛肉[20]预处理技术质量
2.1 与预处理技术的联用
食品样品的复杂基质可能导致较高的基质效应和低灵敏度。样品预处理技术与DART 的结合有助于减弱复杂基质带来的基质效应，提高灵敏度、准确性和精度，显著提升分析吞吐量。同时，DART 与预浓缩/提取步骤相结合，可以改善对小分子目标分析物的快速痕量分析[21]。
2.1.1 QuEChERS 结合DART
QuEChERS 方法由Lehotay 和Anastassiades 等创建提出[22]，使用乙腈（酸化乙腈）作为提取液，乙二胺-N-丙基硅烷或者其他作为吸附剂结合基质中的绝大多数杂质，再利用离心方式去除，以达到净化的目的[23]。凭借其快速（quick）、简单（easy）、便宜（cheap）、有效（effective）、可靠（rugged）、安全（safe）等优点[24]，QuECh－ERS 方法己被逐渐应用到食品污染物的检测中。
QuEChERS 与DART 联用，在简化了预处理步骤的同时，免去色谱分离操作，实现了实时直接进样分析，大大节省了试验时间，减少了试剂、耗材以及人员劳动成本，对食品污染物地快速大批量检测极为适用。
2.1.2 固相微萃取（solid-phase microextraction，SPME）结合DART
固相微萃取（SPME）由Arthur 和Pawliszyn 提出，是一种将固定相包覆在注射器针头的纤维上，后将纤维浸至目标溶液中，待分析物吸附至固定相上后，直接进行分析或洗脱后进行分析的方法。
SPME 与DART 联用，实现了简单快速、高灵敏度、无溶剂的预处理过程，并使预处理区域转向自动化[21]。此外，SPME 所需设备体积较小，便于设计成现场采样的便携式设备，实现快速的现场原位分析。
通过进一步改装SPME 设备，可构建一种由覆盖有聚合物颗粒的筛网组成的固相微萃取-传输（solidphase microextraction-transmission mode，SPME-TM）设备。这种带涂层的网孔可作为DART 的传输模式基材，允许快速有效地热解吸/电离先前浓缩在涂层上的分析物，并显着降低了单独DART 分析所达到的检测极限[25]。
2.2 与质谱技术的联用
性质相近成分、痕量成分以及复杂基质中标志化合物成分的检测一直是食品检测工作中的一大难点[26]。质谱仪作为利用样品离子质荷比差异实现物质分离及检测的分析仪器，具有灵敏度高、特异性强、分析速度快、能快速同时分析多组样品等优点，已经成为现代物理、化学、生物学等诸多领域不可替代的分析工具。相较于传统的液相/气相色谱-质谱法等检测方法需要较为复杂的样品前处理过程，DART 与质谱（mass spectrometer，MS）联用能够满足对样品高通量分析的需求和对现场、无损、快速、低碳、原位、直接分析的需求，在食品快速检测方面更具优势。
2.2.1 DART-三重四极杆质谱
三重四极杆质谱（triple quadrupole mass spectrometer，QqQ-MS）既保留了四极杆质谱（quadrupole mass spectrometer，QMS）原有定量能力强的特点，又提供了串级功能，在检测小分子化合物方面有很强的优势和较好的定性功能。同时利用该质谱全扫描、选择离子监测（selected ion monitor，SIM）、子离子扫描、母离子扫描、中性丢失扫描、多重反应监测（multiple reaction monitoring，MRM）等功能[27]，可以快速扫描母离子和产物离子，有助于研究目标分析物的特征基团。
2.2.2 DART-四极离子阱质谱
四极离子阱质谱（quadrupole ion trap mass spectrometer，QTrap-MS）在灵敏度和选择性方面具有优势，例如将QTrap 和线性离子阱轨道阱组合式质谱（linear ion trap and orbitrap combined mass spectrometer，LTQ-Orbitrap）分别用于检测18 种婴儿食品中选定的霉菌毒素，通过对比结果，发现QTrap 能对18 种霉菌毒素进行可靠的定量分析，并能使用依赖信息的获取（information dependent acquisition，IDA）方法通过额外的信息进行明确的识别[28]。
2.2.3 DART-飞行时间质谱
飞行时间质谱（time of flight mass spectrometer，TOF-MS）提供高质量分辨率和高相对质量精度的精确质量信息[29]，保证了离子定性定量的高准确性，为检测提供有价值的结构信息以分辨同量异位素峰以及精确推导化学式。同时，相较于四极杆质谱，飞行时间质谱可快速进行全谱扫描，并减少扫描离子数目过多对仪器灵敏度带来的影响。
2.2.4 静电场轨道阱质谱
静电场轨道阱质谱（orbitrap）具有高分辨率、高质量精度和良好的动态范围等优势，可以识别非靶标和未知的分析物。例如，通过比较气相色谱-四极杆轨道阱质谱（gas chromatography-quadrupole-orbitrap，GCQ-Oribitrap）和气相色谱-三重四极杆质谱（gas chromatography-triple quadrupole mass spectrometer，GCQqQ）对100 种农药和污染物的多残留分析性能，发现GC-Q-Oribitrap 兼具快速筛查污染物和检测灵敏度较高的优点，且在高通量筛查方面具有潜力[30]。
3 DART 在常见食品污染物检测中的应用研究
3.1 农兽药残留与违禁添加成分的检测
农兽药广泛应用于各类农产品中。截止2021年，我国GB 31650—2019《食品安全国家标准食品中兽药最大残留限量》涉及的兽药涉及267 种（类）；GB 2763—2021《食品安全国家标准食品中农药最大残留限量》涵盖的农药高达564 种。许多证据表明，农兽药及违禁添加成分与人体健康的损害密切相关[31-32]。DART 技术作为一种快速的高通量检测方法，在大批量筛查农兽药残留以及违禁添加成分方面有广泛应用（见表2）。
表2 DART 技术在农兽药残留检测中的应用
Table 2 Application of direct analysis in real time in the detection of pesticide and veterinary drug residues
注：—表示文献中未提及；HRMS 为高分辨率质谱仪，high resolution mass spectrometer。
样品目标分析物方法检出限定量限文献牛肉组织多种药物残留SPME-DART-MS53%的目标分析物可低于加拿大最大残留限量进行定量[16]婴儿奶粉多种药物残留SPME-DART-MS——[33]蜂蜜氯霉素DART-QTRAP0.3 μg/kg0.5 μg/kg[17]红酒50 种农药残留和12 种非法掺假物改进的QuEChERS-QqQ-MS 农药：0.5 ng/mL～50 ng/mL掺假剂：5 ng/mL～50 ng/mL农药：1 ng/mL～100 ng/mL掺假剂：10 ng/mL～250 ng/mL[11]饺子、葡萄柚有机磷杀虫剂薄层色谱/实时直接分析-飞行时间质谱——[34]苹果、梨、柑橘杀菌剂、抗氧化剂DART-Orbitrap-MS——[35]南美白对虾磺胺类药物DART-Q-Exactive Orbitrap-MS0.5 μg/kg～2.7μg/kg—[36]鱼52 种兽药残留DART-Q-Orbitrap HRMS0.5 μg/L～20.0 μg/L2 μg/L～50 μg/L[37]火锅底料、牛肉面汤 5 种罂粟壳生物碱DART-QqQ-MS5 μg/kg～10 μg/kg25 μg/kg～50 μg/kg[38]凉茶21 种解热镇痛类药物DART-Q-Orbitrap HRMS1.00 μg/kg～270.00 μg/kg—[39]保健酒12 种PDE5 抑制剂DART-Q-Orbitrap HRMS0.03 mg/kg～2.50 mg/kg—[40]
通过将固相微萃取（SPME）与DART-MS 结合，可以定性定量地分析复杂动物食品基质（如牛肉组织）中的药物残留[16]，在该研究中，最初选择的98 个目标分析物有53%可以被DART 有效地电离，且在评估的浓度范围内有62%的目标分析物的线性相关系数大于0.99。该方法还可用于对婴儿配方奶粉中的微量药物进行筛选[33]，通过优化载气温度为350 ℃、样品支架线性速度0.2 mm/s，将药物信号强度提高了13 倍有余。
此外，DART 与四极离子阱质谱（QTrap-MS）的结合对于分析蜂蜜中的氯霉素（chloramphenicol，CAP）很有助益[17]，通过此方法获得的CAP 检测限为0.3 μg/kg，且与HPLC-MS/MS 方法对比发现具有很好的准确性。还可以将DART 和三重四极杆串联质谱（QqQ-MS）结合[11]，并采用改进的QuEChERS 预处理技术提高分析速度和降低基质效应，开发用于快速筛选和定量红酒中50 种农药残留和12 种非法掺假物的方法。此方法得到了0.5 ng/mL～50 ng/mL 的农药和5 ng/mL～50 ng/mL的掺假剂检出限，以及1 ng/mL～100 ng/mL 的农药和10 ng/mL～250 ng/mL 的掺假剂定量限。
3.2 接触材料迁移物
为优化包装材料性能，生产过程中常使用各种添加剂，如塑化剂、抗氧化剂等；此外，反应过程中形成的反应中间体、分解或反应产物很有可能会残留。在包装材料与食品直接接触时，这些物质很有可能会迁移到食品中，对人体造成危害。DART 技术在接触材料迁移物检测中的应用见表3。
表3 DART 技术在接触材料迁移物检测中的应用
Table 3 Application of direct analysis in real time in the detection of contact material migration
样品目标分析物方法文献塑料制品12 种抗氧化剂以及14 种光稳定剂DART-QqQMS [41]20 种食品包装样品 13 种常见食品包装添加剂DART-MS[42]聚乳酸和淀粉基生物聚合物19 种低聚物DART-MS[43]木制食品接触材料4 种拟除虫菊酯 Q-Orbitrap HRMS [44]
从表3可以看出，DART 技术已被广泛应用于塑化剂、抗氧化剂、光稳定剂等多种包装材料添加剂的检测中。采用实时直接分析-串联质谱（direct analysis in real time-tandem mass spectrometry，DART-MS/MS）技术可以建立对塑料添加剂的快速筛查方法[41]，通过优化条件为栅极电压350 V，正离子模式，载气为N2，离子源温度350 ℃，与质谱采样口距离30 mm，进样速度0.6 mm/s，可筛查12 种抗氧化剂以及14 种光稳定剂。同时，DART-MS 在检测增塑剂、着色剂、紫外光稳定剂等方面也有广泛应用[42]。此外，对聚乳酸和淀粉基生物聚合物向3 种不同的食品模拟物的迁移进行研究，利用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱法识别迁移中存在的低聚物后，再对比DART-MS 和大气压固体探头质谱（atmospheric pressure solids analysis probe-mass spectrometry，ASAP-MS）两种方法，能够对样品中的19 种低聚物进行分析[43]。
尽管DART-MS 技术为评估食品包装材料的安全性和合法性提供了新思路，但目前的许多研究仍停留于定性检验，如何提高DART 检测灵敏度，使检出限接近液相色谱-质谱联用等方法，仍有待研究。
3.3 生物毒素
农作物在生长、收获、贮藏过程中都有可能产生不同类型的生物毒素。这些生物毒素对食品的贮藏、销售及食用都产生了极大影响[45]。DART 技术在生物毒素检测中的应用见表4。
表4 DART 技术在生物毒素检测中的应用
Table 4 Application of direct analysis in real time in the detection of biotoxins
样品目标分析物方法检出限定量限最低校准水平文献小麦、玉米多种霉菌毒素改进的QuEChERS-DART-Orbitrap50 μg/kg～150 μg/kg [15]玉米黄曲霉毒B1（aflatoxin B1，AFB1）DART-MS4 μg/kg[46]葡萄酒赭曲霉毒素ADSPE-DART-QTRAP0.5 μg/kg[47]镰刀菌菌株挥发性有机物DART-MS[48]中草药、牛奶吡咯利西啶生物碱DART-MS0.55 ng/mL～0.85 ng/mL 1.83 ng/mL～2.82ng/mL[49]
从表4可以看出，DART 广泛应用于生物毒素，特别是真菌毒素的定性与定量检测中。采用改进的QuEChERS 程序进行样品预处理，并使用DART 和静电场轨道阱质谱结合，可对小麦和玉米分离的多种霉菌毒素进行快速定量分析[15]。该方法所得结果与经过验证的超高压液相色谱飞行时间质谱法所得数据有良好的一致性，最低校准水平为50 μg/kg～150 μg/kg。
而应用DART 结合电离耦合质谱（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）可建立一种玉米中黄曲霉毒素B1（AFB1）的新型筛选方法[46]，最低校准水平达4 μg/kg。该方法使用同位素稀释技术，在20、100 μg 时获得了良好的回收率和重复性，并对结果的真实性进行了认证。
在样品预处理阶段应用固相萃取净化（dispersive solid-phase extraction，dSPE），可建立一种实时直接分析-四极离子阱质谱（direct analysis in real timequadrupole ion trap，DART-QTRAP）检测葡萄酒中赭曲霉毒素A 的方法[47]。该方法所得定量限为0.5 μg/kg，具有简单、快速、灵敏度高的特点。
DART-MS 还可用于对标准化条件下生长的镰刀菌菌株进行无创挥发性有机物（volatile organic compounds，VOCs）指纹分析[48]。通过对比VOCs 相对浓度，可以鉴定农产品中镰刀菌的物种并进一步分析其产毒潜力。
4 结论
本文对现有的文献研究进行调查，发现实时直接分析技术常与样品预处理技术结合，并与质谱进行联用，广泛应用于食品检测与分析中，对减少样品复杂的前处理过程，实现样品高通量、直接、快速、无损的现场原位分析具有重要意义。但该方法在以下几方面还存在局限性：1）DART 的离子化机理尚不明确，这影响了提高其灵敏度方面的研究；2）由于缺乏色谱分离，DART 的选择性相较于色谱-质谱法较差；3）DART 倾向于分解一些不稳定的键，这限制了该方法在弱挥发性和弱热稳定性的某些被分析物中的应用。尽管DART 在分析物覆盖方面的能力有待提高，但其作为食品安全检测中的一种快速分析方法具有潜在应用价值。
综上所述，DART 仍是一项相对较新的技术，未来有必要使用离子迁移光谱法和高分辨率质谱仪对其局限性进行补偿，并进一步研究DART 分解化学键的倾向性、潜在电离机制以及局限性，从而提高其对更广泛被分析物的检测能力。
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