MALDI_TOF_MS(基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱)培训预习提纲
MALDI-TOFTOF培训
250 l/s turbo
250 l/s turbo
8
Bruker Confidential
2021/3/31
反射模式下TOF的分辨率高于线性模式
Linear TOF-MS
Reflection TOF-MS
9
Bruker Confidential
2021/3/31
线性模式 适合大分子 （蛋白质，核酸，多聚物等） 分辨率和质量准确度低于反射模式，通常测得的 为平均分子量
质量分辨率
It is a measure of a mass spectrometer’s ability to distinguish two compounds of nearly equal mass.
a.i. 1100
<-273->
1000
<-301->
900
800
Resolution = (m/z)/ Dm
Bruker Confidential
2021/3/31
Enabling Life Science Tools Based on Mass SpectrometryTM
如何提高准确度,分辨率和灵敏度
仪器调节 - 仪器校准 - 延时提取 - 激光功率 - 基质抑制 - 数据采集频率
样品制备 - 基质选择 - 点靶方法 - 样品纯化
28
Bruker Confidential
2021/3/31
Enabling Life Science Tools Based on Mass SpectrometryTM
7
Bruker Confidential
2021/3/31
Enabling Life Science Tools Based on Mass SpectrometryTM
MALDI-TOFTOF培训教学内容
2020/6/4
Enabling Life Science Tools Based on Mass SpectrometryTM
如何提高准确度,分辨率和灵敏度
仪器调节 - 仪器校准 - 延时提取 - 激光功率 - 基质抑制 - 数据采集频率
4
Bruker Confidential
2020/6/4
MALDI-TOF的基本原理
Laser
Sample Target
Time-of-Flight
Clock Detector
Molecular Mass
5
Bruker Confidential
2020/6/4
Ek = zqU Ek = 1/2mV2 V2 = 2qU z/m = 2qU / (m/z)
Measurement error
e.g. % mass accuracy =
True mass
x 100%
Measured mass: 1296.970
True mass: 1296.685
0.02% error
Very small percentage errors (<0.01%) are expressed as parts per million or ppm. 0.01% = 100ppm
Desorption/Ionization, MALDI 基质辅助激光解析电离
3
Bruker Confidential
2020/6/4
常见的质量分析器
• Quadrupol • Magnetic Sector • Ion Trap • ICR FTMS • Time-of-Flight, TOF 飞行时间
2466.21 m/z
基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱
基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱随着科技的不断进步，飞行时间质谱技术已经成为了许多领域中不可或缺的分析方法。
其中，基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术（MALDI-TOF）更是在生物医学研究、食品安全检测、环境污染监测等领域中得到了广泛的应用。
一、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术的基本原理MALDI-TOF技术是一种利用基质辅助激光解吸电离的质谱技术。
其基本原理是：先将待检样品与一种辅助基质混合，然后将混合物均匀地涂在一个金属板上，待基质干燥后，用紫外激光照射样品，使其与基质分子共同激发。
这样，样品分子就会与基质分子形成一个复合物，并在激光的作用下被解吸电离。
接着，离子会被加速器加速并飞行到一个离子探测器中，最后形成质谱图。
二、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术的应用1、生物医学研究MALDI-TOF技术在生物医学研究中的应用非常广泛。
它可以用于蛋白质分析、肽类分析、糖类分析等。
例如，在蛋白质分析方面，MALDI-TOF技术可以用于检测蛋白质的分子量、序列、修饰以及配体结合情况等。
这对于研究蛋白质功能及其在疾病中的作用有着非常重要的意义。
2、食品安全检测食品安全一直是人们关注的焦点之一。
MALDI-TOF技术可以用于检测食品中的各种成分，如蛋白质、糖类、脂类等。
这些成分的分析可以帮助人们了解食品的营养价值和质量安全情况，从而保障人们的健康。
3、环境污染监测环境污染是一个全球性问题，而MALDI-TOF技术可以用于检测环境中的各种化合物，如有机物、无机物等。
这些化合物的分析可以帮助人们了解环境的污染状况，从而采取相应的措施进行治理。
三、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术的优缺点1、优点（1）灵敏度高：MALDI-TOF技术的灵敏度可以达到非常高的水平，可以检测到非常微量的化合物。
（2）分析速度快：MALDI-TOF技术的分析速度非常快，可以在几分钟内得到样品的分析结果。
（3）适用范围广：MALDI-TOF技术可以用于分析各种化合物，包括有机物、无机物、生物大分子等。
核酸基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术在结核病和非结核分枝杆菌病诊断专家共识要点
核酸基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术在结核病和非结核分枝杆菌病诊断专家共识要点核酸基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术（MALDI-TOF MS）在结核病和非结核分枝杆菌病（Nontuberculous Mycobacteria, NTM）的诊断中起到了重要的作用。
本文将总结核酸基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术在结核病和NTM病诊断方面的专家共识要点。
1.技术原理：MALDI-TOFMS技术通过将分离的菌落直接吸附于基质上，并利用激光解吸和电离的原理对蛋白质进行检测和鉴定。
通过将分子的质荷比与已知数据库中的蛋白质质谱图进行比对，可以快速准确地确定菌株的物种和亚型。
2.结核病诊断：MALDI-TOFMS技术可以用于结核分枝杆菌的识别和鉴定。
结核分枝杆菌是引起结核病的主要致病菌株，通过MALDI-TOFMS技术可以快速准确地识别结核分枝杆菌，有助于早期诊断和治疗。
3.NTM病诊断：NTM是引起非结核分枝杆菌病的致病菌株，与结核分枝杆菌相比，NTM种类繁多，且具有耐药性。
传统的方法对于鉴定NTM菌株的种类和亚型耗时且复杂，而MALDI-TOFMS技术具有快速、准确的优势，可用于鉴定不同种类和亚型的NTM菌株，为临床诊断和治疗提供参考。
4.技术优势：MALDI-TOFMS技术具有快速、高效、准确、经济的特点，可以在几分钟内完成对菌株的鉴定，有效缩短了传统培养方法所需的时间。
此外，该技术还可以对菌株进行分子分型，有助于了解疫情传播链及菌株耐药性情况。
5.限制和挑战：MALDI-TOFMS技术在结核病和NTM病的诊断中存在一定的限制和挑战，例如对于一些高度相似的菌株进行区分可能存在困难，同时对于未知菌株的鉴定可能不够准确。
此外，建立完善的蛋白质数据库也是技术推广和应用的重要挑战。
综上所述，核酸基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术在结核病和NTM病的诊断中具有显著的优势和价值，可以快速准确地鉴定不同种类和亚型的致病菌株，为临床诊断和治疗提供重要依据。
基质辅助激光解析电离飞行时间质谱MALDI-TOF-MS
基质辅助激光解析电离飞⾏时间质谱MALDI-TOF-MS MALDI-TOF-MS（基质辅助激光解析电离飞⾏时间质谱）是近年来发展起来的⼀种新型的简单⾼效软电离⽣物质谱仪。
质谱分析法主要是通过对样品的离⼦的质荷⽐的分析⽽实现对样品进⾏定性和定量的⼀种⽅法。
因此，质谱仪都必须有电离装置把样品电离为离⼦，有质量分析装置把不同质荷⽐的离⼦分开,经检测器检测之后可以得到样品的质谱图，由于有机样品,⽆机样品和同位素样品等具有不同形态、性质和不同的分析要求,所以，所⽤的电离装置、质量分析装置和检测装置有所不同。
但是，不管是哪种类型的质谱仪，其基本组成是相同的。
都包括离⼦源、质量分析器、检测器和真空系统。
以某种⽅式使⼀个有机分⼦电离、裂解，然后按质荷⽐（m/z）⼤⼩把⽣成的各种离⼦分离，检测它们的强度，并将离⼦按其质荷⽐⼤⼩排列成谱，这种分析研究的⽅法叫做质谱图，质谱的最⼤⽤途之⼀是可以测定未知物的分⼦量（质谱能通过检测分⼦离⼦的质荷⽐获得分⼦量），并可以确定化合物的分⼦式（可通过碎⽚离⼦的质荷⽐的强度推测有机物的结构。
这相当于⼀个精巧的花瓶被打碎了，如果我们仔细地收集和归属这些碎⽚，然后将碎⽚拼构起来，就可以使花瓶复原。
花瓶好⽐有机物的分⼦，打碎花瓶犹如使分⼦电离、裂解。
收集和归属碎⽚就像是按质荷⽐分离、记录离⼦。
⽽将碎⽚重拼花瓶的过程，相当于通过解析谱图得到有机物结构的过程。
由于各种有机物都有其特定的、可以重复的质谱图，⽽且⼈们对质谱裂解过程的研究中已经发现了⼀些普遍适⽤的裂解规律，这为质谱⽤于有机物结构分析提供了可靠的基础）。
飞⾏时间质谱仪Time of Flight Mass Spectrometer (TOF) 是⼀种很常⽤的质谱仪。
这种质谱仪的质量分析器是⼀个离⼦漂移管。
由离⼦源产⽣的离⼦加速后进⼊⽆场漂移管，并以恒定速度飞向离⼦接收器。
离⼦质量越⼤，到达接收器所⽤时间越长，离⼦质量越⼩，到达接收器所⽤时间越短，根据这⼀原理，可以把不同质量的离⼦按m/z值⼤⼩进⾏分离。
MALDI-TOF MS(基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱)培训预习提纲
【MALDI-TOF MS】（基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱）培训预习提纲一仪器概况仪器名称：基质辅助激光解析电离－飞行时间质谱仪Matrix Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight Mass SpectrometerMALDI-TOF公司：美国应用生物系统Applied Biosystem型号：Voyager DE－STR特点：DE Delayed Extraction 延迟引出PSD：Post Source Decay 源后裂解技术指标：Mass AccuracyLinear Mode, External Calibration:≤±0.05% for angiotensin[1,296.6853] and myoglobin [16,952.5].∙Reflector Mode, External Calibration:≤±0.008% for ACTH 18-39 [m/z 2,565.1989].≤±0.005% for E.coli thioredoxin [m/z 1,1674.4] ±0.005% for ACTH 18-39Mass Resolution:∙Reflector Resolution:≥20,000 for insulin (m/z 5,734).≥12,000 for ACTH clips.∙Linear Resolution:≥3,000 angiotensin.≥3,500 for ACTH 18-39 [m/z2,465.1989].≥1,000 for myoglobin (m/z 16,952).≥100 for BSA (m/z 66,431).Sensitivity:∙Routine detection of 5 fmol of neurotensin with a signal to noise ration (S/N) ＞80:1.Post-Source Decay Mass Accuracy:∙≤0.2 with default calibration.应用：MALDI-TOF仪器作为一种可以确定大分子精确分子量的工具，可以对纳米材料、生物材料，高分子聚合物等的分子量及聚合度进行测定及碎片结构定性，有机合成反应的质量评价，蛋白质、多肽、核酸、寡糖等生物分子的分子质量测定, 蛋白质、多肽酶解产物肽图谱测定, 蛋白质、多肽的氨基酸顺序分析。
MALDI-TOF-MS技术及应用演示教学
（MALDI-TOF-MS）技术
田中耕一【日】
约翰·贝内特·芬恩
【美】
2002年诺贝尔化学奖
发展了对生物大分子进行鉴定和结构分析的方法，建 立了软解析电离法对生物大分子进行质谱分析
MALDI技术
离子化技术：MALDI
Matrix-Assisted Laser Desorption/ Ionization
laser
1.8 m linear
250 l/s turbo
检测器2：反射模式
250 l/s turbo
检测器1：线性模式
线性模式和反射模式
反射模式（linear）
1. 一般测试分子量小于4000的 样品
2. 分辨率高，单同位素清晰准 确
线性模式（reflection）
1. 一般测试大分子量样品 （M>4000）
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Spectrum #12 | Ps. mendocina DSM50017 |
目前MALDI-TOF-MS在微生物鉴定中的应用
医学临床微生物 食品工业微生物 动植物检疫微生物
MALDI-TOF-MS技术在动植物检验检疫的前景
前沿性 实用性
a.i.
6000
4000
2000
B. globigii
0
B. licheniformis
-2000
-4000
B. subtilis
maldi micro mx 基质辅助激光解析-飞行时间质谱 说明书
MALDI Micro MX 基质辅助激光解析-飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）是一种用于分析生物大分子如蛋白质、多肽和核酸的仪器。
以下是该设备的一般说明书内容：1. 产品介绍：- MALDI Micro MX 是一种高性能的质谱仪，适用于生物分子的快速、准确分析。
- 设备采用基质辅助激光解析电离技术，结合飞行时间质谱分析，能够提供高分辨率的分子质量数据。
2. 技术参数：- 质量范围：通常从几百Da到几十kDa- 分辨率：能够区分相近的分子质量- 灵敏度：能够检测低浓度的样品- 重复性：具有高的测量重复性和准确性3. 安装与操作：- 确保设备放置在稳定的台面上，并有足够的空间进行操作。
- 按照制造商的指导进行设备的安装和初始化。
- 使用前应进行校准，以确保数据的准确性。
4. 使用方法：- 样品准备：将待测样品与基质溶液混合，点样到MALDI靶板上，干燥后放入仪器。
- 数据采集：选择合适的激光强度和检测模式，开始数据采集。
- 数据分析：使用配套软件进行数据处理和分析。
5. 安全与维护：- 遵守所有安全规程，特别是在操作激光时。
- 定期清洁和维护设备，确保其性能。
6. 故障排除：- 如果遇到问题，首先检查用户手册中的故障排除部分。
- 如果无法解决，联系制造商的技术支持。
7. 附录：- 包含设备的详细规格、常见问题解答等。
请注意，这只是一个通用的说明书框架，具体的内容可能会根据不同的设备型号和制造商而有所不同。
在使用任何设备之前，应仔细阅读并遵循制造商提供的用户手册和安全指南。
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【MALDI-TOF MS】（基质辅助激光解吸
电离飞行时间质谱）培训预习提纲
一仪器概况
仪器名称：基质辅助激光解析电离－飞行时间质谱仪
Matrix Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight Mass Spectrometer
MALDI-TOF
公司：美国应用生物系统
Applied Biosystem
型号：Voyager DE－STR
特点：DE Delayed Extraction 延迟引出
PSD：Post Source Decay 源后裂解
技术指标：
Mass Accuracy
Linear Mode, External Calibration:
≤±0.05% for angiotensin [1,296.6853] and myoglobin [16,952.5].
∙Reflector Mode, External Calibration:
≤±0.008% for ACTH 18-39 [m/z 2,565.1989].
≤±0.005% for E.coli thioredoxin [m/z 1,1674.4] ±0.005% for ACTH 18-39
Mass Resolution:
∙Reflector Resolution:
≥20,000 for insulin (m/z 5,734).
≥12,000 for ACTH clips.
∙Linear Resolution:
≥3,000 angiotensin.
≥3,500 for ACTH 18-39 [m/z 2,465.1989].
≥1,000 for myoglobin (m/z 16,952).
≥100 for BSA (m/z 66,431).
Sensitivity:
∙Routine detection of 5 fmol of neurotensin with a signal to
noise ration (S/N) ＞80:1.
Post-Source Decay Mass Accuracy:
∙≤0.2 with default calibration.
应用：MALDI-TOF仪器作为一种可以确定大分子精确分子量的工具，可以对纳米材料、生物材料，高分子聚合物等的分子量及聚合度进行测定及碎片结构定性，有机合成反应的质量评价，蛋白质、多肽、核酸、寡糖等生物分子的分子质量测定, 蛋白质、多肽
酶解产物肽图谱测定, 蛋白质、多肽的氨基酸顺序分析。
二原理
1. 质谱仪分类
2一般质谱仪结构
a．离子源Ion Source
电子电离源（Electron Ionization，EI）
化学电离源（Chemical Ionization，CI）
快原子轰击源（Fast Atom Bombardment，FAB）
电喷雾源（Electron Spray Ionization，ESI）
大气压化学电离源（Atmospheric Pressure Chemical Ionization，APCI）
激光解析源（Laser Desorption，LD）
b．质量分析器Mass Analyzer
双聚焦分析器（Double Focusing Analyzer）
四极杆分析器（Quadruple Analyzer）
飞行时间质量分析器（Time Of Flight Analyzer）
离子阱质量分析器（Ion Trap Analyzer）
傅利叶变换离子回旋共振分析器（Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Analyzer）
c．检测器Detector
d．真空系统Vacuum System
3 MALDI－TOF原理
a．MALDI——Matrix Assisted Laser Desorption Ionization 基质辅助激光解析电离
基质对分析物起着溶剂的作用，并且把分析物分子彼此分离开，从而减少了分子间的很强的相互作用力，使分析物簇群形成的可能性减至最小；当激光脉冲照射时，由于基质浓度远高于分析物浓度，确保激光能量大部分被基质吸收而最小限度地照射分析物。
基质分子吸收的能量转变成固体混合物内基质的电子激发能，瞬间使其由固态转变成气态，形成基质离子。
在中性分析物和激发出的基质离子、质子及金属阳离子之间的碰撞过程中，发生了分析物的离子化，便产生了质子化分子或阳离子化分子。
这过程并不导致高分子发生链断裂，通常只生成分子离子及分子离子的多聚体。
离子化后的分子被电场加速进入飞行时间质量分析器而被检测。
b．TOF——Time Of Flight 飞行时间
假设被分析物离子化后带电荷为ze，加速电压V和飞行距离L一定，被电场加速后的分子离子具有相同的动能：
即质荷比与飞行时间t的平方成正比。
只要测得飞行时间，即可换算成质荷比。
在检测时，质荷比小的离子先到达检测器。
注意：这里是质荷比，而非分子量，与分子离子所带的电荷数有关。
4 Maldi－TOF的特点
（1）软电离，不会把分子打碎
（2）检测范围宽（＞400K Dalton）
（3）可以检测混合物
（4）耐盐
（5）灵敏度高（可达fmol级）
Etc.
突出特点：DE－Delayed Extraction 延迟引出
PSD－Post Source Decay 源后裂解
ABI公司的Voyager DE－STR MALDI－TOF MS 提高仪器分辨率采取了两个行之有效的方法：
Reflector 增大了离子飞行路程且不增加飞行管长度，提高了分辨率
Delayed Extraction 延迟引出技术
5 Voyager DE STR MS仪器构造
a．真空系统Vacuum System b．激光源Laser
N2，337nm，Laser Intensity 可调c．高压High Voltage
高压范围：20-25KV
涉及到的参数：Delay Time，grid％
d．飞行管Flight Tube
无场区，离子匀速飞行
e．检测器Detector
共有两个检测器：Reflector/Linear（对应两种模式）
检测器类型：MCP（Microchannel Plate微通道片/also Multichannel Plate多通道片）
6实验成功的关键因素
a．基质Matrix
基质的作用：一是从激光脉冲中吸收能量；二是使被测分子分离成单分子状态。
第一个作用要求基质对激光光源有很强的吸收，因此目前文献报道的基质化合物均为含苯环的有机化合物；第二个作用要求基质和被测高分子具有很好的相容性，同时不能有分子间的相互作用。
b．离子化试剂Ionization Agent
合成高分子化合物一般难以通过加质子使其离子化，往往需要添加碱金属盐类或银、铜等过渡金属盐类形成离子络合物，达到离子化的目的。
对于极性高分子化合物（含有杂原子，如PMMA）来说，碱金属盐类是比较有效的离子化试剂。
（NaTFA）
没有杂原子的非极性合成高分子（如PS），加入银或铜盐后可以成功的离子化。
（AgTFA）
含胺官能团的化合物（如蛋白质、多肽），可有基质帮助（提供氢离子）直接质子化，不需外加金属离子。
c．溶剂Solvent
溶剂对分子量和分子量分布均有一定的影响。
理想的情况是基质、样品和盐都使用同一种溶剂，以免结晶时分层。
选择溶剂的先后：水、水＋乙腈＋TFA、THF或甲醇、其他
d．样品制备技术
如合适的浓度、配比、点样方法等。
7综述文献
a．Mass Spectrometry of Polymers and Polymer Surfaces,
S.D.Hanton, Chem. Rev. 2001, 101, 527-569
b．MALDI-TOF MS 分析研究合成高分子的综述，何美玉，何江涛，质谱学报，2002，23（1），43-55 c．Characterization of (co)polymers by MALDI-TOF-MS / door Bastiaan Bram Pieter Staal. : Technische Universiteit Eindhoven, 2005.。