生物质谱技术与方法

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The Nobel Prize in Chemistry 2002
"for the development of methods for identification and structure analyses of biological macromolecules"
"for their development of soft desorption ionisation methods for mass spectrometric analyses of biological macromolecules"
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质谱仪
质谱仪包括进样系统、电离系统、质量分析器 和检测系统。为了获得离子的良好分析，必须 避免离子损失，因此凡有样品分子及离子存在 和通过的地方，必须处于真空状态。
在进行质谱分析时，一般过程是：通过合适的 进样装置将样品引入并进行气化。气化后的样 品引入到离子源进行电离。电离后的离子经过
适当的加速后进入质量分析器，按不同的m／z
"for his development of nuclear magnetic resonance
spectroscopy for determining the three-dimensional
structure of biological macroon"
通常将能给样品较大能量、生成较多碎片离
子的电离方法称为硬电离方法（如电子轰击
离子化，EI），而给样品较小能量、碎片离
子较少或不生成碎片离子的电离方法称为软
电离方法。
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生物质谱中有代表性的离子源
1．电喷雾电离(Electrospray Ionization，ESI) 2．离子喷雾电离（Ion spray Ionization，ISI ）
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质量分析器(mass analyzer)的种类
1.磁质量分析器(单聚焦质量分析器,双聚 焦质量分析器)
2.四极质量分析器(四极杆滤质器) 3.飞行时间质量分析器(TOF)
4.离子阱(Ion Trap)质量分析器
5.离子回旋共振质量分析器 其中,2﹑3﹑4是目前生物质谱分析中常 用的质量分析器
约翰·芬
田中耕一 库尔A 特·伍斯里奇
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质谱法的基本原理
质谱分析的基本过程是使样品在离子源中 发生电离，生成不同质荷比的带电离子， 经加速电场的作用形成离子束，进入质量 分析器，在其中再利用电场和磁场使其发 生色散、聚焦，获得质谱图。
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质谱分析中，多种离子化技术均可使物质 分子失去外层价电子形成分子离子 （molecular ion，M+），分子离子中的化 学键还可以继续发生某些有规律的断裂而 形成不同质量的碎片离子（fragment ion）：
分析、样品中各种同位素比的测定及固体表 面的结构和组成分析等。
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生物质谱
（Bio - mass spectrometry，Bio-MS）
是用于生物分子分析的质谱技术。 生物质谱要求测定上万甚至是几十万的 相对分子质量 。
随着电喷雾电离（ESI）和基质辅助激光 解吸电离（MALDI）技术的完善和成熟， 生物大分子的质谱分析才得以实现。
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离子源是质谱仪的心脏，可以将离子源 看作是离子化反应器，样品在其中发生 一系列的特征裂解反应，反应在很短时 间（10-11s）内发生，所以可以快速地获 得质谱图。
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质量分析器
质量分析器是质谱仪的核心，它将离子 源产生的离子按其质量和电荷比（质荷 比m/z，m—离子的质量数，z—离子携 带的电荷数）的不同﹑在空间的位置﹑ 时间的先后或轨道的稳定与否进行分离, 以便得到按质荷比（m/z）大小顺序排列 而成的质谱图。
•Quadrupole
•Time-of-flight
•Ion trap
•Magnetic sector
•FTMS
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Data System
Mass spectrum
out
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离子源(ion source)
质谱仪中将分子转化为离子的装置称为离子 源(ion source)。由于离子化所需要的能量 随分子不同差异很大，因此，对于不同的分 子应选择不同的离解方法。
进行分离。然后到达检测器，产生不同的信号 而进行分析。
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质谱仪的构成
样品导 入系统
离子源
质量分析器
真空泵
检测器
计算机控制与 数据处理
相 对 丰 度
m/z
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Mass Spectrometer Schematic
Vacuum envelope
Sample in
Inlet System
Ion Source
3．大气压化学电离(Atmospheric Pressure
Chemical Ionization，APCI)
4．基质辅助激光解吸电离(Matrix Assisted
Laser Desorption Ionization，MALDI)
5．快原子轰击电离(Fast Atom Bonbardment
Ionization，FAB)
质谱技术与方法
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质谱分析法 （mass spectrometry，MS）
是将化合物形成离子和碎片离子，按质荷比 （m/z）的不同进行分离，来进行成分和结 构分析的方法。
所得结果用质谱图（亦称质谱，Mass Spectrum）表示。
根据质谱图提供的信息可以进行有机物及无 机物的定性和定量分析、生物大分子的结构
Mass Analyzer
Detector
Inlet systems: Ion sources: Mass analyzers:
•Simple vacuum lock •HPLC •GC
•Electrospray (ESI) •MALDI •FAB/LSIMS •Electron ionization (EI)
M →→→ M+ + 碎片离子 + 中性分子
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被分析样品离子电离后经加速进入磁场时，其动 能与加速电压及电荷z有关，即：
zeU = 1/2·mv2
其中：z为电荷数，e为元电荷（e = 1．60×10-19 C），U为加速电压，m为离子的质量，v为离子初 加速后的运动速度。
具有速度v的带电粒子进入质谱仪的质量分析器中， 根据所选择的分离方式，最终各种离子按质荷比 （m／z）的不同实现分离。