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质谱自诞生以来，经历了日新月异的发展。新的电离技术和高分辨分析器的诞生使质谱在生物学和材料学研究领域占有一席之地。质谱分析的对象从小分子到大分子，又进入了小分子研究的新时期。本文重点研究了利用质谱新技术对生命活动不可缺少的如金属离子、代谢物、脂质分子等小分子的分析，并且开发了以有机小分子为结构单元的质谱组装技术。研究内容具体包括: 1)开发了新的基于MALDI质谱技术用于金属离子检测的方法，将此方法应用于环境样品（湖水）和生物体液样品（尿液和血液）中的金属分析，而且实现了鼠脑组织切片中金属离子的质谱成像。 2)与新型纳米氧化镁材料相结合，我们进一步提高了MALDI对重金属铅的检出限和抗干扰能力，并得到了血液样品中铅离子的含量。 3)通过对微生物的代谢物和细胞膜脂质的质谱分析，我们建立了比较不同纳米材料抗菌能力的新方法。进一步解析微生物代谢的指纹谱，我们从分子的角度揭示了氧化石墨烯的抗菌机理主要是对细胞膜的直接物理破坏。 4)实现了不同微生物群落的质谱成像，探究了大肠杆菌和枯草杆菌之间的相互作用。 5)搭建了大气压下的离子软着陆装置，利用质谱技术实现了有机小分子在热裂解高度定向石墨表面的分子有序组织。不同于传统的中性-界面相互作用，离子-界面过程能够利用静电排斥，得到团聚分子的二维纳米结构。