生物质谱技术与方法fytw

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 ） 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)
ESI与MALDI的比较
ESI MALDI
1、离子化形式：产生多电荷离子，常与 1、离子化形式：通常产生单电荷离子， 与HPLC联用，才适用于混合物中蛋白质 因此，适用于混合物中蛋白质成分的 成分的鉴定 2、灵敏度：10 -18M 3、分辨率：5,000 4、联用形式：可与HPLC、CE在线联用 5、与质量分析器的兼容性：可与各种质 量分析器（QQQ, QTOF，Ion Trap， FTMS）兼容 6、源内裂解能力：具有低能量 （<100eV）的诱导碰撞解离能力 7、适用性：精确分子质量测定、MS / MS 分析（使用Trap质量分析器可做 MS n 分析） 8、操作的难易程度：需经培训 2、灵敏度：10 -15～ -18 M 3、分辨率：5,000 4、联用形式：只能与HPLC、CE离线联 用 5、与质量分析器的兼容性：主要与TOF 配合使用 6、源内裂解能力：具有高能量（>1keV） 的诱导碰撞解离能力 7、适用性：精确分子质量测定、PMF分 析 8、操作的难易程度：容易
M →→→ M+ + 碎片离子 + 中性分子
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。
m/z
质谱仪的主要性能指标
衡量质谱仪整体性能的主要指标有： 质量范围 分辨率 质量准确度 灵敏度 扫描速度等
不同类型质量分析器的性能指标
质量 分析器 四极杆质 谱 离子阱质 谱 质量上限 (m/z) ＜4000 质量准确 度（u） 0.1 分辨率 （R） 500～ 3000 1000～ 10000 扫描速度 （u/s） 4000～ 6000 4000～ 6000 适用 范围 小分子、 多电荷离 子大分子 小分子、 多电荷离 子大分子 小分子、 大分子
质量准确度（mass accuracy）
质量准确度又称质量精度，即离子质量实测 值M 与理论值M0 的相对误差：
质量精度 = ∣M－M0∣/ m×106 (ppm)
（m为离子质量数的整数） 仪器的质量精度一般应小于10 ppm。
分辨率(resolution，R)
分辨率是指仪器能分离相邻两质谱峰的能力。若 将强度近似相等、质量分别为M和M+M 的两个 相邻峰恰好分开，则质谱仪的分辨率定义为：
相 80 对 峰 强 60 29
40
20
15
28 33
20 30 40 50
10
m/z
牛血清蛋白（BSP）酶解产物的质谱图
Voyager Spec #1[BP = 1480.6, 8127] 1480.60 1567.46 90 80 100
70
60
50 %Intensity 40
30
804.68 1738.35
＜10000
0.1
飞行时间 质谱
＞500000
0.001(高 分辨飞行 时间质谱)
500～ ＞1000000 1000 （低）， 2000～ 20000 （高）
质量范围(mass range)
是指质谱仪能够测量的离子质量范围，通常用最小和最大离 子的离子质量表示。 质谱分析中，是以核素12C质量（12C=12.000u）的1/12为一 个质量单位（u）。 1u = （12.00000 g·mol-1 / 6.02214×1023 mol-1）/12 = 1.66054×10-24 g 在生物大分子的质谱分析中，还常用道尔顿（dalton，Da） 作为度量单位。 1Da = 1.6603×10-24 g。 Da与u两者相差 万分之三左右，在生物质谱分各离子m/z的顺序及相对 强度大小记录分析结果的图谱即为质谱 图。由于图谱中离子的质量及相对强度 是各物质所特有的，即反映了物质的性 质和结构特点，因此通过质谱解析可以 进行物质的成分和结构分析。 常见的质谱图是经过计算机处理后得到 的棒图（bar graph）。
棒图(bar graph)
Inlet systems:
•Simple vacuum lock •HPLC •GC •Electrospray (ESI) •MALDI •FAB/LSIMS •Electron ionization (EI) •Quadrupole •Time-of-flight •Ion trap •Magnetic sector •FTMS
100
CH3OH
31(基峰) 32 (分子离子峰)
常见的质谱图是经计算机 处理的棒图. 图中,纵坐标表示离子的 相对丰度(以质谱中最强 峰的高度为100%,并将此 峰称位基峰,其余峰按与 基峰的比例加以表示,又 称为相对强度);横坐标表 示离子的质荷比. 根据峰位(棒位)可进行定 性鉴别;根据相对丰度可 进行定量测定.
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 进行分离。然后到达检测器，产生不同的信号 而进行分析。
"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" "for his development of nuclear magnetic resonance spectroscopy for determining the three-dimensional structure of biological macromolecules in solution" 库尔特·伍斯里奇
电喷雾离子化（ESI）原理
内衬弹性石英管的不锈钢毛细管（内径0.1～0.15mm）被 加以2～5kV的正电压，与相距约1～2cm接地的反电极形 成强静电场。 被分析的样品溶液从毛细管流出时，在电场作用下形成高 度荷电的雾状小液滴；在向质量分析器移动的过程中，液 滴因溶剂的挥发逐渐缩小，其表面上的电荷不断增大。 当电荷之间的排斥异力足以克服表面张力时（瑞利极限）， 液滴发生裂分；经过这样反复的溶剂挥发-液滴裂分过程， 最后产生单个的气态离子。 由于没有外界能量直接作用于分子，因此对分子结构破坏 较少，是一种典型的“软电离”方式。
检测器
1.直接电检测器 2. 2.电子倍增器 3.闪烁检测器 4.微通道板
计算机控制与数据处理系统
1.监控各单元的工作状态,实现质谱仪的 全自动操作. 2.数据的采集和简化. 3.质量数的转换. 4.扣除本底或相邻组分的干扰. 5.谱峰强度归一化. 6.标出高分辨质谱的元素组成.
7.用总离子流对质谱峰强度进行修正. 8.谱图的累加﹑平均. 9.输出质量色谱图. 10.单离子检测和多离子检测. 11.谱图检索.
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
Data System
Ion sources:
Mass spectrum out
Mass analyzers:
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。 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。
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。
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。
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。