解吸电喷雾电离质谱
解吸电喷雾电离质谱
近年来，电喷雾电离质谱在化学、生物学、环境科学等领域中得到广泛应用。
然而，电喷雾电离质谱所使用的溶剂和缓冲剂会影响质谱分析的灵敏度和选择性。
因此，解吸电喷雾电离质谱作为一种改进的分析方法得到了越来越多的关注。
解吸电喷雾电离质谱是一种将样品通过吸附剂解吸后，再通过电喷雾离子源离子化的方法。
相对于传统电喷雾电离质谱，解吸电喷雾电离质谱可以消除样品中的干扰物质，提高质谱分析的灵敏度和选择性。
此外，使用解吸电喷雾电离质谱还可以减少样品中的溶剂和缓冲剂对质谱分析的影响。
最近的研究表明，解吸电喷雾电离质谱可以应用于许多领域，包括环境科学、食品安全、医药研究等。
例如，解吸电喷雾电离质谱可以用于分析土壤中的有机物、食品中的残留农药、药物代谢产物等。
总之，解吸电喷雾电离质谱作为一种新型的分析方法，在不同领域中具有广泛的应用前景。
- 1 -。
1 电喷雾解吸电离技术
1 电喷雾解吸电离技术（Desorption Electrospray Ionization）
质谱联用2004 年，Cooks 等报道了基于电喷雾解吸电离（DESI）对固体表面进行非破坏性检测的新型质谱分析方法。
电喷雾产生的带电液滴及离子直接打到被分析物的表面，吸附在表面的待测物受到带电离子的撞击从表面解吸出来并被电离，然后通过质谱仪的采样锥进入质量分析器，获得的质谱图与常规电喷雾质谱图十分相似，可以得到单个或多个电荷的分子离子。
电喷雾解吸电离技术可视为电喷雾技术与解吸技术的结合，而又类似于二次离子质谱。
不同的是，解吸电离技术和二次离子质谱技术都是在真空条件下完成，而电喷雾解吸电离过程是在大气压环境下完成。
由于该方法无须样品预处理，能够对吸附在固体表面的爆炸物、色素、蛋白质等在大气压下进行离子化，甚至能够对薄层色谱表面的分析物进行直接检测，从而实现了利用质谱方法进行快速灵敏的测定。
DESI 是一种新兴的离子源，其最大的优点是能够在大气压下对物质分子进行离子化，从而实现了对待测物的灵敏、快速、高选择性在线监测。
电喷雾解吸电离方法应用广泛，可用于极性化合物、非极性化合物、高分子量化合物、低分子量化合物的测定。
DESI-MS 可用于植物组织的天然产物分析，无需萃取等样品预处理过程；另外，该技术还已被用于蛋白质组学、代谢组学和诊断学、毒品检测等领域，均取得了很好的结果。
值得一提的是，Cooks 课题组将DESI 与便携式质谱仪联用，并实现了对药物、植物组织、爆炸物、生化战剂模拟物、农用化学品的分析。
解吸电喷雾电离质谱技术
解吸电喷雾电离质谱技术
解吸电喷雾电离质谱（Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry，DESI-MS）是一种表面分析技术，用于直接分
析固体样品表面上的化合物。
DESI-MS技术主要由两个步骤组成：样品解吸和电离。
首先，溶剂通过喷雾嘴喷洒到固体样品表面，将样品上的化合物溶解并解吸到溶剂中。
然后，离子化的溶剂中的化合物通过电离喷雾嘴被喷雾到质谱仪中进行离子化。
DESI-MS技术具有许多优点。
首先，它可以在不需要显微镜
的情况下直接对待测试样品进行分析，使得样品制备过程更简单。
其次，它可以对样品表面上的大面积区域进行分析，而不仅仅是局部区域。
此外，DESI-MS技术还能进行无损分析，
不会破坏样品。
DESI-MS技术已经在多个领域得到应用，包括化学、生物、
食品科学等。
它被广泛用于分析药物代谢物、生物标志物、食品成分等。
它的高灵敏度和快速分析速度使其在分析复杂样品中具有广泛的应用前景。
质谱、LC-MS技术的基础
在天然产物和药物分析中的应用
再帕尔• 阿不力孜
中国医学科学院 药物研究所 北京协和医学院
2008年4月15日
质谱技术的主要特点及功能
★（高）灵敏度是质谱的“生命” ★离子化（技术）是质谱的“心脏”
如， 2002年度化学诺贝尔奖授予给了J.B. Fenn和田中耕 一等三人；其中他们二人“发明了可分析生物大分子的 质 谱分析法”，即电喷雾电离质谱(ESI-MS)和基质辅助激 光解吸电离质谱(MALDI-MS)。
质谱分析的主要电离技术及其应用范围：
EI-MS: 高挥发性、一般分子量≤1,000 Da的化合物
CI-MS: 高挥发性、一般分子量≤1,000 Da的化合物 ……
FAB-MS: 热不稳定、难挥发性、中等极性，分子量 ≤ 3,000 Da的化合物 ESI-MS: 热不稳定、中至高极性，可检测到数十 万Da分子量 的化合物，混合物，此外（包括APCIMS，相对弱极性分子）真正实现了LC-MS技术。
FT-ICRMS 、ITMS (3D离子阱)、LTQ ……
最新技术
2000年提出冷喷雾质谱（Coldspray Ionization）技术。 2004年以来开放环境下实现离子化的新型技术—敞开 （常压）式质谱方法（Ambient Mass Spectrometry）的 出现尤为关注。代表性的有DESI（解吸电喷雾）和 DART（直接实时检测）等电离技术。其主要特点是不 需要在真空环境下实施电离、不需要样品的前处理，且 适用于气体、液体和固体样品等。在爆炸物、毒品，药 代动力学、高通量药物筛选、药物及药品和癌症诊断的 快速检测等方面得到了成功的应用。 2006年，LTQ-Orbitrap型质谱仪的研发成功，改变了离 子阱和高分辨的发展模式。2007年最新推出的HDMS仪 增加了质谱技术的分离能力。
质谱-电离技术及离子源
特点：
（1）对热敏感或不挥发的化合物可从固相直接得 到分子离子
（2）有分子离子、准分子离子及样品分子聚集的 多电荷离子，碎片离子峰少
（3）特别适合于与飞行时间质谱分析器相配，也 可与离子阱类型的质量分析器相配。
基质的主要作用是作为把能量从激光束传递给样品的中 间体，基质: 样品 > 1000:1。基质的选择主要取决于所 采用的激光波长，其次是被分析对象的性质。
应用：
1、定性和半定量分析
ICPMS易实现多元素分析，非常适合天然和人造材料的快 速鉴定和半定量分析。检测线优于ICPAES,且谱图易于解释。
质量数从139-175的14种稀土同位素的ICPMS质谱图，各元素质
量浓度1 µg.mL-1。
2、定量分析
常用：工作曲线法；
精确：同位素稀释法，即标准加入法，往试样中 加入已 知量的添加同位素的标准溶液。添加同位素一般为分析 元素所有天然同位素中丰度较低的和寿命长的放射性同 位素，通过测量此同位素与参比同位素的信号强度比来 进行精密定量，参比同位素一般选用分析元素的最高丰 度同位素。
基质应具有流动性、低蒸汽压、化学惰性 对样品的较好溶解性
优点：
（1）能得到分子离子或准分子离子(除质子转移外，还可能 加和基质分子及金属离子）； （2）也有一些表征结构的碎片离子； （3）能在室温下产生离子，不要求样品预先挥发； （4）样品寿命长（20分钟），利用率高，离子流稳定； （5）应用范围广，对高分子样品及生物样品尤其有效； （6）装置简单，源电压低于10KV。
用于固体分析。
2、电感耦合等离子体（inductively coupled plasma, ICP）源; 3、辉光放电离子源
4、激光诱导等离子体源和其它离子源
质谱仪的组成
（Mass Spectrometry, MS）
质谱仪的组成
质谱仪一般由进样系统、离子源、质量分析器、检测器和记录 系统等组成，还包括真空系统和自动控制数据处理等辅助设备。
进样系统
离子源
质量分析器
检测器
1.气体扩散 2.直接进样 3.色谱进样
1.电子轰击 2.化学电离 3.场致电离 4.场解析 5.快原子轰击
在电子轰击下，甲烷首先被电离： CH4+ →CH4+＋CH3+＋CH2+＋CH+＋C+＋H+
甲烷离子与分子进行反应，生成加合离子： CH4+＋CH4 →CH5+＋CH3 CH3+＋CH4 →C2H5+＋H2
h
8
加合离子与样品分子反应：
CH5+ ＋M→MH+＋CH4 C2H5+ ＋M→MH+＋C2H4
Ez m υ 2 Re
Re
mυ2 Ez
h
20
双聚焦质量分析器
将电场和磁场配合使用，当静电 分析器产生的能量色散和磁分析 器产生的能量色散，在数值上相 等，方向上相反时，离子经过这 两个分析器后，可以实现能量聚 焦，再加上磁分析器本身具有方 向聚焦作用，这样就实现了双聚 焦。
分辨率高，但体积大。
h
2. 按离子化方式分类
电子轰击质谱（EI-MS），化学电离质谱（CI-MS）， 快原子轰击质谱仪（FAB-MS），电喷雾电离质谱仪 （ESI-MS）等。
3.按质量分析器分类
单聚焦质谱仪，双聚焦质谱仪，四极杆质谱仪，飞
行时间质谱仪，离子阱质谱仪，傅里叶变换质谱仪
等。
h
29
质谱离子源简介
1942年，第一台商品质谱仪； 1953年，由鲍尔(Paul)和斯坦威德尔 (Steinwedel)提出四极滤质器；同年，由威雷(Wiley) 和麦克劳伦斯(Mclarens)设计出飞行时间质谱仪原型； 1954年，英格拉姆(Inghram)和海登(Hayden)报 道的Tandem系统，即串联的质谱系统(MS/MS)； 1955年，Wiley & Mclarens 飞行时间质谱仪； 1960‘s，开发GC/MS； 1974年，回旋共振质谱仪； 1979年，传送带式LC/MS接口成为商业产品； 1982年，离子束LC/MS接口出现； 1984年，第一台电喷雾质谱仪宣告诞生； 1988年，电喷雾质谱仪首次应用于蛋白质分析；
化学电离样品分子与电离电子不直接作用，而是 引入大量的反应气，反应气被电子轰击后因离子分子反应产生一些活性反应离子，这些离子再与 样品分子发生离子-分子反应，使样品分子实现电 离。
现以甲烷作为反应气，说明化学电离的过程。 在电子轰击下，甲烷首先被电离: CH4+e CH4+ + CH3+ + CH2+ + CH++ C+ + H+
奖。
质谱计框图
真空系统
加速区
Output
计算机数据 处理系统
进样系统 Sample inlet
离子源 Ionisation source
质量分析器 Ion separation 检测器 Detector
二、电离方式和离子源种类简介
硬电离- 电子轰击电离(EI) 化学电离(CI) 场解吸(FD)和场电离（FI） 快原子轰击(FAB)
（五）大气压化学电离 (Atmospheric
质谱(MS)
Sensitive: single ion detection Lifetime of approximately 5 years
质谱仪器的主要技术指标
质量范围： 指质谱计所检测的单电荷离子的质核比范围 分辨率（R）：分辨率是质谱计分开相邻两离子质量的能力。
R = m / m
m为质谱计可分辨的相邻两峰的质量差
基质辅助激光解析电离 Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization （MALDI）
MALDI可使热敏感或不挥发的化合物由固相直接得到离子。 待测物质的溶液与基质的溶液混合后蒸发，使分析物
ห้องสมุดไป่ตู้
与基质成为晶体或半晶体，用一定波长的脉冲式激光进行
照射时，基质分子能有效的吸收激光的能量，使基质分子 和样品分子进入气相并得到电离。
He Vacuum pump
Sample
To MS
Sample Introduction: Liquid Chromatography-MS (LC-MS)
Direct infusion of sample in solution
Syringe pump: slow steady infusion Separation and identification of components Must remove solvent to ―see‖ analyte ESI: see later
CH4+· + CH4 → CH5+ + CH3· (48%) CH3+ + CH4 → C2H5+ + H2 (41%) CH2+· + 2CH4 → C3H5+ + 2H2 (6%)
质谱发展史
1.质谱发展简史1886年，G o l d s t e i n发现正电荷离子1898年，W i e n利用电场和磁场使正电荷离子偏转1912年，T h o m s o n研制第世界上一台质谱仪，氖同位素的发现1918年，D e m p s t e r电子轰击电离(E l e c t r o n i o n i z a t i o n)及磁聚焦1919年，A s t o n精密仪器，测定50多种同位素，第一张同位素表1934年，S t e p h e n s均匀扇形磁场，球差和质量色散公式H e r z o g和H i n t e n b e r g e r电磁场组合，离子光学系统1940年，N i e r扇形磁场偏转质谱计，双聚集系统商品仪器的雏形235U，电磁制备方法，第二次世界大战期间在石油、化工等领域的应用1946年，S t e p h e n s飞行时间质谱(T i m e-o f f l i g h t m a s s a n a l y s i s) 1952年，M a r t i n气相色谱方法1953年，P a u l等四极杆分析器(Q u a d r u p o l e a n a l y z e r s)1956年，G o h l k e a n d M c L a f f e r t y气相色谱-质谱联用(G C/M S)B e y n o n 高分辨质谱仪(H i g h-r e s o l u t i o n M S)1965年，H i p p l e等离子回旋共振(I o n C y c l o t r o n R e s o n a n c e)1966年，M u n s o n a n d F i e l d化学电离(C h e m i c a l i o n i z a t i o n)1966年，M c L a f f e r t y a n d J e n n i n g s串联质谱(T a n d e m m a s s s p e c t r o m e t r y) 1973年，M c L a f f e r t y液相色谱-质谱联用(L C/M S)，热喷雾方法1974年，C o m i s a r o w和M a r s h a l l傅立叶变换离子回旋共振质谱(F T-I C R-M S)1981年，B a r b e r等快原子轰击电离质谱(F A B M S)，生物中，小分子，2000以内1989年，J.B.F e n n电喷雾电离K o i c h i T a n a k a基质辅助激光解吸电离。
敞开式离子化质谱
汇报人： 专业：
目录
代表性离子源 总结与展望
2
PART 1 代表性离子源
敞开式离子化质谱
敞开式离子化质谱（ambient mass spectrometry， AMS），又名常压敞 开式质谱、直接离子化质谱、原位直接电离质谱，是一类以大气压电离技术 为基础，无需或仅需简单样品前处理，常温常压下即可对样品中复杂待测物 直接分析的质谱技术。相对于电子轰击电离等传统离子源，该离子源具有大 气压电离源类的软电离特性，离子化效率高，准分子离子峰丰度高， 碎片 离子少；而同电喷雾电离等大气压电离源相比， 该离子源又具有耐基质干 扰，溶剂损耗少，高灵敏度等突出优点。
PESI 比传统的ESI源更能耐受去污剂 等杂质与生物基质中的盐类干扰，活体取 样后无明显创口，动物仍可继续存活，但 分析对象只能是溶液或者“湿的”固体样 本。
纸喷雾电离技术
采用固相载体（如层析纸、牙签、刀片等） 可有效避免传统毛细管 电喷雾离子源发生的阻塞问题并提高取样便捷性。其中，PSI是由Wang 等人于2010年研究出的用于分析复杂混合物中待测物的新型敞开式离子 化技术。
13
谢谢！
thank you to my teacher and classmates
对于该技术的报道最初来自于2004年普渡大学Cooks课题组。该课题组 利用解吸电喷雾电离技术，无需前处理即在常压下对固体表面痕量待测物直 接离子化，成功获得了不同表面痕量物质的质谱图，拉开了究的序 幕。该理念一经提出的即得到广泛关注并迅速发展，目前已出现多达 40余 种AMS技术，如萃取电喷雾电离、探针电喷雾电离等。
然而，常压解吸离子化技术若想在未来得到更广泛的应用，除了 应在纷繁复杂的子技术中区分各自优势领域外，仍需制定合理的通用 方法学控制标准，而不仅仅是同液质联用技术的简单对比。同时，更 应当关注商业化仪器及自动化操作的发展。相信随着该类技术不断发 展完善，将会在多种生物基质样品的高通量、实时监测方面发挥突出 作用。
ESI和MALDI电离的原理及其在生物大分子研究中的作用
样品溶液从具有雾化气套管的毛细管端流出，在流出的瞬间受到下列几方面的作用，在大气压下喷成在溶剂蒸汽中的无数细微带电荷的液滴：1）管端加几千伏的高电压；2）雾化气（常用氮气）的吹带；3）一定的温度。
液摘在进入质谱计之前，沿一管子运动。该管是被不断被抽真空的，且管壁保持适当的温度，因而液滴不会在管壁凝聚。液滴也运动中，溶剂不断快速蒸发，液滴迅速地不断变小，由于液滴是带电荷的，表面电荷密度不断增大。在这样的情况下，就会从液滴排出溶剂和样品的分子和离子。产生的离子可能有单电荷或多电荷，这和样品分子中酸性和碱性基团的数量有关。 通常小分子得到带单电荷的准分子离子(因有离子分子反应)：生物大分子则得到多种多电荷离子，在质谱图上得到多电荷离子峰簇(cluster)。由于检测多电荷离子，这使质量分析器检测的质量各种生物资源中分离出来许多具有生物活性功能的小肽。这些小肽易被肠道直接吸收,它们不仅能提供机体生长、发育所需的营养物质与能量, 还同时在细胞生理及代谢调节上发挥重要作用, 如抑制酶活性、抗菌、降血压、调节免疫、调节神经和激素、降低胆固醇等。。黄酒为我国民族特产，利用基体辅助激光解吸电离- 飞行时间串联质谱(MALDI-TOF-TOF-MS)分析和液相色谱-电喷雾电离-四极杆-飞行时间串联质谱(LC- ESI-Q-TOF-MS)联用分析鉴定出黄酒中抑制ACE活性的4种肽的氨基酸序列。[2]
ESI和MALDI在生物大分子研究中的应用：
随着电喷雾电离质谱(ESI)及基质辅助激光解吸质谱(MALDI)等质谱软电离技术的发展与完善，极性肽分子的分析成为可能，检测限下降到fmol级别，可测定分子量范围则高达100000Da，目前基质辅助的激光解吸电离飞行时间质谱法(MALDI TOF MS)已成为测定生物大分子尤其是蛋白质、多肽分子量和一级结构的有效工具，也是当今生命科学领域中重大课题——蛋白质组研究所必不可缺的关键技术之一 。