质谱(mass spectrometry，MS)技术的历史可追溯到1913年前后由英国剑桥大学卡文迪许实验室J.J.Thomson研制的抛物线质谱装置;1919年英国科学家F.W.Aston制成了第一台速度聚焦型磁质谱仪，成为了质谱发展史上的里程碑。一个世纪以来，质谱技术在离子化方法、接口技术及联用手段等方面的迅速发展推动着质谱进入实用化阶段，广泛地应用于地质考古、生命医药、食品安全、环境分析以及检验检疫等众多领域。由于其具有灵敏度高、准确性好、动态范围宽、鉴定能力强、易于与各种分离技术联用等优点，近年来已经成为生物样品定性定量研究中不可或缺的手段之一。　　生物样品的检测具有极其重要的生物学和医学意义，是分析科学的研究热点之一，但由于其复杂的基体和极低的含量，又面临着严峻的挑战。本论文着重介绍两种无机质谱技术和三种有机质谱及其联用技术用于生物样品检测的方法和应用。主要研究内容如下:　　第一部分工作是将实验室自行设计并组建的飞秒激光电离飞行时间质谱仪(femtosecond laser ionization time-of-flight mass spectrometry, fs-LI-TOFMS)应用于单细胞生物的元素定性定量检测。单细胞元素分析，由于受到分析尺度和检出限的限制，是目前研究的难点之一。本课题组设计研发的LI-TOFMS系统将工作于低气压下的高能激光电离源与正交式飞行时间质量分析器相结合，其性能指标处于国际领先水平;在此基础上，配合使用目前最为先进的飞秒激光器，组成fs-LI-TOFMS系统。本研究主要介绍了这一新型仪器在单细胞生物样品分析中的应用。实验证明，通过简单便捷的样品前处理，该仪器能实现单细胞样品中元素含量快速灵敏的无标样定性定量测定，结果准确可靠且检出限低至飞克级，性能卓越，从而进一步拓展了本课题组仪器的应用领域。　　第二部分工作是将电感耦合等离子体质谱技术(inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS)应用于血清尿液样品的元素分析。ICP-MS具有分析速度快、动态范围宽、灵敏度高、可同时进行多元素检测的优点，所以ICP-MS特别适合作为生物样品中元素含量快速检测的手段。泌尿系结石症是一种常见而又复杂的多发性泌尿系统疾病，该疾病的非侵入性诊断预测和病理生理学的研究，是许多研究者关注的问题。通过ICP-MS测定结石患者的血清和尿液样品中各种元素的含量，并以正常人为对照组，再通过多变量分析等统计学方法对数据进行分析解释，可对泌尿系结石症的预测、诊断和治疗有一定的指导作用;根据对结石成分的分型和结石区域的分析从而进一步提供泌尿结石疾病的病因学研究依据。　　前两部分工作都是以无机质谱为基础来开展的，而有机质谱检测对象是样品中的分子及其碎片，信息量大，与生理疾病关系更为密切，所以第三部分工作是将有机质谱技术应用于血清和尿液样品中分子层面的检测分析，用于进一步预测和诊断泌尿系结石症。基质辅助激光解吸电离质谱(matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry，MALDI-MS)、电喷雾傅里叶变换质谱(electrospray ionization Fourier transform mass spectrometry,ESI-FTMS)和液相色谱-质谱联用(liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS)等技术，都是目前生命科学领域最常用的分离分析和鉴定技术，可用于考察这些检测方法进行疾病诊断的潜力。我们的研究结果表明:泌尿系结石症患者相较于健康人具有显著的代谢谱差异，基于质谱的检测技术结合多变量的数据分析方法，能够有效地对差异谱进行检测，从而实现对泌尿系结石症的准确诊断和治疗指导。　　以上的实验研究说明，本课题组自行搭建的元素质谱（fs-LI-TOFMS系统）能够对单细胞生物样品进行快速全面准确的元素分析。其次，应用本课题组的无机质谱和有机质谱方法可以对血清尿液样品进行元素和分子分析，利用多变量的数据分析方法来解释由质谱方法获得的数据，能够有效地对差异谱进行检测分析，实现从生理和病理学角度来解释泌尿系结石症的发生、发展和治疗。