生物质谱
生物质谱
Barber等人又引入了快原子轰击(fast atom
bombardment，简称FAB)电离技术，并成功地测定了
一个26肽的结构，从而使得质谱技术应用于蛋白质和
肽的结构测定这一设想变为现实。
• 80年代末
John Fenn 发明的电喷雾电离(electrospray ionization，ESI)和Hillenkamp等人发明的基质辅助激 光解吸电离(matrix assisted laser desorption
等形式进行分离；
• 检测器——用来接受、检测和记录被分离后的离子信号。
2.2 离子源
• 离子源的功能是将进样系统引入的气态样品分子 转化成离子。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。 • 给样品较大能量的电离方法为硬电离方法，而给 样品较小能量的电离方法为软电离方法，后一种 方法适用于不稳定或易电离的样品。
≥350 kDA
±0.01%-0.05% to 25 kDA
±0.05%-0.3% to 300 kDA
No
生物质谱两种主要电离方法比较
2.3 质量分析器
• 质量分析器能将带电离子根据其质荷比加以分离，
• 质量分析器的主要技术参数是：
质荷比的范围（质量范围）和分辨率。 • 质量分析器类型： 扇形磁分析器，四极杆分析器 离子阱分析器，飞行时间分析器 傅里叶变换分析器
由于多肽倾向于吸收单一光子，故多肽离子带
单一电荷.这些形成的多肽离子直接进入飞行时间
质量分析仪(TOF mass analyzer)。飞行时间质量
分析仪用于测量多肽离子由分析仪的一端飞抵另一
端探测器所需要的时间。TOF质量分析器被认为是
生物质谱技术在微生物学中的应用
生物质谱技术在微生物学中的应用随着现代科技的不断进步，生物学的发展也越来越快速。
其中，生物质谱技术是一种被广泛应用于微生物学领域的高新技术。
它通过对样品中生物大分子如蛋白质、核酸、糖等进行分子解析，提供了微生物领域研究所需的高精度、高通量、高灵敏度、高信息的获得手段，因此在微生物学领域有着广泛的应用。
一、生物质谱技术的基本原理及分类生物质谱技术指用来检测生物样品分子量和结构的一系列物理和化学技术。
生物质谱学包括大量的方法和技术，例如质谱分析、质谱成像等。
质谱分析是基于质谱仪的原理，凭借质量分析仪对分子的质量进行分析，根据分子的质量和质子化程度可以推测分子结构及代谢通路。
质谱成像技术是在分子水平上，对含有多种组分的生物样品进行成像分析。
它利用质谱仪的成像功能，对生物样品进行离子成像，实现在细胞和组织水平上的高分辨率成像。
质谱成像技术不仅可以分析有机化合物、蛋白质和氨基酸等生物分子，还可以发现新的代谢途径、功能基团、化学生物标记物等，成为微生物代谢组学和生物学研究的有力工具。
二、生物质谱技术在微生物代谢组学中的应用微生物代谢组学是在代谢水平上对微生物的全面研究，它是利用各种生物技术单元或方法对微生物的代谢物进行鉴定、分析、识别，从而构建一个完整的微生物代谢物组，进而了解并研究微生物的代谢物谱的整体特点及代谢通路。
在微生物代谢组学领域，生物质谱技术的应用众多，以下列举几种：1.蛋白质谱分析：微生物体内的蛋白质是微生物代谢中最重要的功能性产物之一。
利用生物质谱技术对蛋白质进行分析，不仅可以鉴定新的蛋白质与蛋白复合物，还可以通过拟南芥前体文件夹的生物质谱分析，确定微生物蛋白的后转录修饰。
2. 代谢物质谱分析：微生物代谢产物是微生物代谢组学的重要研究内容，用生物质谱技术对微生物代谢产物进行分析，可以得到微生物的代谢通路和代谢产物谱，精准测定代谢产物的分子式和分子量，加深对微生物代谢的了解。
3. 生物膜成分分析：尤其在酵母细胞中，可以使用生物质谱技术对生物膜结构和成分进行研究，进一步了解细胞内物质运输和信号转导的过程。
《生物质谱》PPT课件
m/z
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8
质谱法的特点
1、不受被分析试样形态限制 2、灵敏度高，试样用量少，检测限可达到10-11
克。 3、分析速度快，完成一次仅需1到几秒，最快可
达10-3秒。 4、信息直观，质谱图上的质荷比与离子的质量
直接相关，质谱图的解释方便易行。 5、易于实现与色谱联用。 6、应用范围广泛，适用于无机有机物质- mass spectrometry，Bio-MS
重庆医科大学药学院 母昭德
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1
本讲介绍以下内容：
Ⅰ、质谱分析法，质谱仪，质谱图 Ⅱ、生物质谱 Ⅲ、基质辅助激光解吸电离/飞行时间质谱 Ⅳ、电喷雾电离质谱
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2
Ⅰ、质谱分析法，质谱仪， 质谱图
肽质量指纹图（
peptide mass fingerprinting, PMF） 。以PMF的数据再通过 互联网进行数据库搜索 。
串联质谱（Tandem MS ）图（MS/MS质谱图或 MSn质谱图）。以 Tandem MS的数据再通 过互联网进行数据库搜 索。
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13
以MALDI-TOF获得的准确相对分子质量的质谱图
软电离技术的发展不但使质谱技术发生了突破性的 革新，而且使质谱技术在生命科学中的应用得到了 前所未有的扩展。
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12
生物质谱法可以得到三类质谱图
测定生物大分子准确相 对分子质量的质谱图
§以MALDI-TOF获得的准 确相对分子质量的质谱 图
§以ESI-MS获得的准确相 对分子质量的质谱图
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3
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。
生物质谱技术在蛋白质组学中的应用
生物质谱技术在蛋白质组学中的应用随着科技的不断发展，蛋白质组学领域的研究也在不断深入。
而生物质谱技术作为蛋白质组学研究的关键技术之一，对于研究蛋白质的结构、功能和变化等方面提供了重要的帮助。
下面将从生物质谱技术在蛋白质的定量分析、结构鉴定和功能研究等方面的应用，探讨它在蛋白质组学中的重要作用。
一、生物质谱技术在蛋白质的定量分析中的应用对于大量、复杂的蛋白质样品，生物质谱技术可以利用质谱图谱进行高通量的鉴定和定量分析。
其中，质谱定量分析技术主要包括同位素标记定量和区域积分定量。
同位素标记定量技术需要在不同状态下使用化学标签，例如ICAT（同位素标记反向标记试剂）、TMT（同位素标记标记试剂）等。
这些标记试剂可以标记样品中的不同组分，在质谱图上进行定量。
然而，这些标记试剂的数量有限，导致质谱定量的覆盖率不高。
此外，同位素标记定量技术在鉴定样品中未知蛋白质时性能较差。
相反，区域积分定量技术通过测量样品中蛋白质荷质比峰面积来进行直接定量，而不需要额外的标记试剂。
这种技术可用于定量低丰度蛋白质和鉴定未知的蛋白质，获得的定量结果更加准确和高覆盖率。
二、生物质谱技术在蛋白质的结构鉴定中的应用对于未知蛋白质样品，为了进行结构鉴定和功能研究，需要了解其氨基酸序列、翻译后修饰以及三级结构等信息。
生物质谱技术在这方面也提供了强大的支持。
质谱技术在测量样本时将重要的信息转换为荷质比，然后可以根据这些数据计算出蛋白质质量和序列中每个氨基酸的质量。
其中，两种主要的质谱技术是Q-TOF和LC-MS/MS。
Q-TOF是液体色谱-四极杆飞行时间质谱的缩写，是一种高分辨率、精确质量测量的质谱技术。
LC-MS/MS作为一种高通量技术，可以对复杂的样品进行快速、准确的鉴定和结构分析。
三、生物质谱技术在蛋白质的功能研究中的应用生物质谱技术可以用来很好地理解蛋白质分子的表面性质和与其他分子的相互作用。
例如，蛋白质的亲和性可通过质谱扫描技术进行测量。
生物学中的质谱研究技术综述
生物学中的质谱研究技术综述质谱技术是一种通过电离、分离、检测样品中各种离子的质量和相对丰度的技术。
在生物学中，质谱技术广泛应用于蛋白质质谱、代谢组学、脂质组学和单细胞分析等领域。
本篇文章综述生物学中常用的质谱研究技术。
一、蛋白质质谱技术蛋白质质谱技术是研究生命科学中的蛋白质结构和功能的重要手段。
常用的质谱技术包括：基质辅助激光解吸电离质谱（MALDI-TOF MS）、电喷雾离子化质谱（ESI-MS）和液相色谱质谱联用（LC-MS）。
其中，MALDI-TOF MS常用于蛋白质质量分析和定量分析，ESI-MS则更常用于蛋白质的结构分析和组学研究，而LC-MS则常用于蛋白质分离与识别。
在蛋白质质谱技术中，样品预处理技术非常重要。
不同的样品类型需要采用不同的处理方法，以获得高质量的质谱数据。
同时，质谱结果的分析和解释也需要多种方法的综合运用。
目前，蛋白质质谱技术在生物学中的应用越来越广泛，包括蛋白质组学、蛋白质亚细胞定位、蛋白质-蛋白质相互作用和蛋白质修饰等多个领域。
二、代谢组学技术代谢组学是一种研究生物体内代谢产物的方法，是代谢组学研究的核心技术之一。
在代谢组学中，常用的质谱技术包括高分辨液相色谱质谱（HR-LC-MS）、气相色谱质谱（GC-MS）和核磁共振（NMR）技术。
这些技术可以对样品中代谢产物进行分析和定量，从而了解生物体内代谢通路和代谢途径，推断生物学过程中可能存在的异常或疾病的存在。
在代谢组学技术中，质谱技术的选择除了考虑样品的特性和化学性质外，还需要充分考虑样品的含量和复杂性。
因此，在样品预处理和检测过程中需要精心设计。
三、脂质组学技术脂质组学是研究生物体内脂质代谢的一种方法。
脂质作为一类化学结构繁多的物质，其分析非常困难，需要借助多种分析方法。
在脂质组学技术中，常用的质谱技术包括MALDI-TOF MS、ESI-MS和常规带电气雾离子化质谱（API-MS）等。
这些技术可以鉴定和定量各种脂质类别，并且在生物学、医学等领域具有广泛的应用价值。
生物分子的质谱分析技术
生物分子的质谱分析技术随着生物技术的迅速发展，生物分子的研究和分析变得越来越重要，质谱分析技术因其准确、灵敏、快速等优点成为生物分子分析中一个重要的手段。
一、什么是质谱分析技术？质谱分析技术是一种基于质谱仪的分析手段，通过离子化技术将分子转化为离子后，利用其粒子质量、电荷量比、运动轨迹等特性，从而达到分析分子结构与组成的目的。
质谱分析技术目前广泛应用于生物、化学、环境、物理等多个领域。
二、生物分子的质谱分析方法1. 基质辅助激光解析飞行时间质谱法（MALDI-TOF MS）MALDI-TOF MS是目前生物质谱学中最成功的质谱分析方法之一。
其主要原理是：将样品与基质混合后使其结晶固化并带有荧光基团的特定基质中，利用激光短时间的能量输入，基质吸收并传递给样品，样品分子因能量的作用也发生解离，生成离子，根据基质与样品之间的相互作用把样品中的大分子离子过滤掉，然后单独检测小分子离子质量。
利用这种方法可以分析蛋白质、寡糖、核苷酸等大分子的质谱图。
2. 高分辨质谱（HRMS）高分辨质谱是一种可以准确分析分子质量的方法，它是利用准粒子加速器、四极杆、离子陷阱等设备来实现。
高分辨质谱可以同时检测两个或多个质量相同但结构不同的离子，通过质谱图形态的变化可以推测分子的结构，较小的变化可以被精确地检测出来，这使得高分辨质谱非常适用于分析细微结构的差异。
3. 液质联用技术（LC/MS）液质联用技术，即将分离出来的物质经过液相分离后，再通过质谱仪进行分析。
液质联用技术可以检测化合物在样品中的含量、鉴定和分离不同化合物的特定质量。
例如，利用液质联用技术可以检测到蛋白质含量的变化及其酶解产物。
三、质谱分析技术在生物分子研究中的应用1. 蛋白质组分析蛋白质组学是研究蛋白在一个生物体系中的种类、数量和功能的科学，MALDI-TOF MS和液质联用技术常被应用于蛋白质组学的研究中。
通过质谱分析技术，可以对蛋白质组成进行深入分析，挖掘潜在的生物标志物，发展肿瘤、心血管疾病等相关疾病早期诊断手段。
生物质谱在蛋白质组学中的应用
生物质谱是一种重要的分析技术，在蛋白质组学研究中有广泛的应用。
以下是生物质谱在蛋白质组学中的几个主要应用：
1. 蛋白质鉴定和识别：生物质谱可用于鉴定和识别复杂蛋白质混合物中的特定蛋白质。
通过质谱仪器将蛋白质样品分离为肽段，然后利用质谱技术（如质谱图谱和数据库搜索）进行肽段的鉴定和匹配，从而确定样品中存在的蛋白质身份。
2. 蛋白质修饰分析：生物质谱可以用于检测和分析蛋白质上的各种修饰，如磷酸化、甲基化、乙酰化等。
通过质谱仪器的高灵敏度和高分辨率，可以定量和鉴定蛋白质中修饰的位置和程度，进一步了解修饰对蛋白质功能和调控的影响。
3. 蛋白质相互作用研究：生物质谱可用于分析蛋白质与其他分子（如蛋白质、小分子化合物等）之间的相互作用。
通过蛋白质亲和纯化、交联和质谱分析等技术，可以鉴定和分析蛋白质与其相互作用伙伴之间的物理交互关系，揭示蛋白质相互作用网络和信号传递机制。
4. 蛋白质定量分析：生物质谱也可用于蛋白质的定量分析。
通过使用同位素标记的内标和比较样品与内标之间的质谱峰强度比，可以定量测量样品中不同蛋白质的相对丰度或绝对表达水平，从而研究蛋白质组的定量变化，如生理过程中的差异表达分析和生物标记物的发现等。
总的来说，生物质谱在蛋白质组学研究中发挥着重要的作用，可以帮助揭示蛋白质组的复杂性、功能和调控机制。
它为我们深入了解蛋白质在生物学过程中的作用提供了强大的工具和技术支持。
生物质谱技术
生物质谱技术（Biomass Spectrometry）是一种用于分析和鉴定生物样品中化合物的分析技术。
它基于将生物样品中的化合物分离并通过质谱仪进行检测。
生物质谱技术通过测量样品中不同化合物的质荷比（m/z）来提供化学信息。
首先，生物样品（如血液、尿液、组织等）经过样品前处理，例如提取和纯化。
然后，样品中的化合物通过不同的分析方法，如毛细管电泳、液相色谱或气相色谱等进行分离。
分离后的化合物进入质谱仪，通过电离源将化合物中的分子离子化，然后根据质谱仪的设计进行质量分析和检测。
质谱仪会将离子根据其质量-荷电比进行分离和检测，生成质谱图。
通过分析质谱图，可以确定样品中存在的化合物的分子质量和相对丰度。
这种分析技术广泛应用于医药、生物学、农业、食品科学等领域。
它可以用于药物代谢研究、毒理学分析、蛋白质鉴定、生物标志物筛选等。
生物质谱技术具有高分辨率、高灵敏度和广泛的应用范围。
它可以帮助科学家们深入理解生物体内化合物的结构、功能和代谢途径，为疾病诊断和新药研发提供重要的信息。
生物质谱
+
++ + - -- + -+ +
+
+ + +
+
其他离子 试样离子
Electrospray Ionization
• 样品溶解在极性 的、 挥发性缓冲液中 (不含 盐) ，通过不锈钢毛细管 (70 - 150 mm) 以 10-100 mL/min的速度进样。 • 将3-4 kV的高压加在喷嘴上，使样品 变成雾 状液滴。 • 雾状液滴直接穿过高真空区域，液滴逐渐挥发， 尺寸慢慢接近样品分子的尺寸 (依然携带一定 的电荷)。
– Average mass:所有同位素的平均质量 – Monoisotopic mass:第一个peak的同位素质量， 这里的例子是指12C
解 析 度 ( resolution) 夠 好的质谱就可以把12C 和13C波峰和波谷分的 很清楚，由图可知 Average mass 和 Monoisotopic mass 的 质差了0.37Da,这差异 可用来做peptide mass fingerprinting。
生物质谱技术
蛋白质组学
前言
1). 质谱技术的特点
质谱仪是一个用来测量单个分子质量的仪器(Thompson)．但实际上 质谱仪提供的是分子的质量与电荷比(m/z or m/e). 质谱法是一强有力的分析技术。它可用于未知化合物的鉴定、定量分
析、分子结构及化学特性的确定等方面；
所需化合物的量非常低：10-12g, 或10-15 mole； 应用范围广: (1) 有机质谱法：生物、医药、聚合物、法医和环境等方 面；(2) 无机质谱法： 地球化学，地质矿产和无机元素分析鉴定等方 面。
电喷雾电离
生物质谱 原理
生物质谱原理
生物质谱是一种通过对生物样本的化学分析来获得有关生物分子的结构和组成的技术。
它基于样本分子中的质荷比（即质量与电荷之比）的测量，通过将样本分子转化为气态离子，然后通过对其进行加速、分离、检测和测量来确定其质荷比。
生物质谱的原理可以归纳为以下几个步骤：
1. 样本制备：生物样本（如蛋白质、肽段、代谢产物等）首先需要经过处理和净化，以去除可能的杂质和干扰物。
常用的处理方法包括提取、纯化、消解等。
2. 离子化：样本分子在离子源中被转化为气态离子。
常用的离子化方法包括电离、化学离子化和激光解析等。
其中，最常用的电离方法是电喷雾电离（ESI）和多能量离子化（MALDI）。
3. 加速和分离：离子化后的样本分子在真空中通过一系列的加速电场和磁场被加速和分离。
加速过程中，离子根据质荷比的不同，会以不同的速度分散。
4. 检测和测量：离子在分离装置中传输并到达检测器。
检测器将离子的质荷比转化为电信号，并测量其强度。
常用的检测器包括电子倍增器、离子多极子、飞行时间质谱仪等。
5. 数据分析：通过对检测到的离子信号进行处理和解析，可以获得生物样本中分子的质量、结构和组成信息。
这些信息可以用于鉴定化合物、分析代谢途径、研究生物反应等。
总的来说，生物质谱利用离子化、分离和检测等步骤对生物样本中的分子进行分析。
通过获得样本分子的质荷比和强度信息，可以得到有关生物分子的结构和组成等重要信息。
这些信息对于生物医学研究、新药开发和临床诊断等方面具有重要意义。
蛋白组学生物质谱
蛋白质组学研究思路和技术
二维 电泳
生物信 息学
质谱 技术
前言
1）质谱技术的特点
▪ 质谱仪是一个用来测量单个分子质量的仪器(Thompson)，但实际上质谱 仪提供的是分子的质量与电荷比(m/z or m/e)。
▪ 质谱法是一强有力的分析技术，它可用于未知化合物的鉴定、定量分析、 分子结构及化学特性的确定等方面。
1960~1980，科学家发展出许多方式，尝试将生物巨分子 从液相游离化成为气相分子，例如比较早期的化学游离法、 或是电浆游离法。但是这些方法只能应用到10kDa以內的 分子，对于动辄数百至数千kDa的蛋白质巨分子来说，还 有相当远的一段路要走。
拜2002年的三位诺贝尔化学奖得主所赐，将质谱的技术 做了最有效率的使用，且突破了小分子及固液相的限制， 成功的运用这种技术于蛋白质的研究上。
+
稳定性(stability)：仪器在一定时间间隔内某离子的m/z测 量值的变化。
质量范围(mass range)：仪器可以检测离子 m/z 的范围。 动态范围(dynamic range)：在动态范围内, 样品量与仪器
输出的信号应成正比例关系。
基本原理简介
质谱仪包含了五个主要的系统：
将不同型态样品导入质谱仪的进样系统(sample introduction)
质谱(Mass spectrometry)的发明，带给了研究蛋白质的人 无限的希望。
但从前质谱仅运用于小分子，对于像蛋白质这样大的分子 是一筹莫展；因为 在进行质谱分析时，必须将分子气化 及带上电荷。对于较小的分子而言，并不是相当困难，然 而对于大的生物分子（如蛋白质分子），要将分子气化及 帶电，同时不能伤害分子的完整性，非常不容易。
质谱的分类
质谱的分类质谱是一种仪器分析技术，广泛应用于化学、生物、环境科学等领域。
根据不同的质谱仪原理和应用范围，质谱可以分为多种类型。
本文将对质谱的分类进行详细介绍。
一、按质谱仪原理分类1. 电离质谱电离质谱是质谱技术的基础，它将样品中的分子或原子气化，并将其电离成为带正或负电的离子，通过加速器和质量分析器分离和检测离子的种类和数量。
电离质谱的种类非常多，包括电子轰击电离质谱、化学电离质谱、MALDI-TOF质谱等。
2. 高能量离子撞击质谱高能量离子撞击质谱是将高能离子束照射到样品表面或统一粒子中，用来分析样品化合物的组成和结构。
该技术主要包括静电喷射（ESI）、电喷雾（API）和多重离子分解（MS/MS）。
3. 磁共振质谱磁共振质谱是一种基于核磁共振原理进行分析的质谱仪。
该技术主要应用于原子核、电子自旋共振谱、亚硫酸盐及氧化物等化合物的结构分析。
4. 时间飞行质谱时间飞行质谱是一种利用质谱仪对带电粒子进行测量的技术。
它将离子束激发成带电状态后通过匀强电场进行加速，然后通过不同速度的运动到达检测器，利用不同时间上的到达时间来进行质量分析。
5. 快速原子轰击质谱快速原子轰击质谱（FAB）是一种将阴离子和低能质子轰击到样品表面来进行质量分析的技术。
它主要应用于有机化合物、天然产物等的分析，具有灵敏度高、分析时间短等优点。
6. 等离子体质谱等离子体质谱（ICP-MS）是一种利用带电离子束进行分析的质谱技术。
该技术主要应用于分析地质、环境、食品等样品中的微量量级元素。
二、按应用范围分类1. 生物质谱生物质谱是指质谱技术在生物化学和生物医学领域中的应用。
它主要应用于蛋白质、糖类、核酸等生物分子的分析和结构确定。
2. 化学质谱化学质谱是指在化学研究和分析中使用的质谱技术。
它主要应用于有机化合物、天然产物等的结构鉴定和分析。
3. 环境质谱环境质谱是指质谱技术在环境科学中的应用。
它主要应用于大气、水体、土壤等环境样品中污染物的分析和检测。
生物质谱分析
质谱技术中的离子源
(6)电喷雾电离 (Electrospray Ionization，简称ESI): 是一种使用强静电场的电离技术。它主要应用 于液相色谱-质谱联用仪或毛细管电泳-质谱联 用仪，既作为色谱和质谱之间的接口装臵，同 时又是电离装臵。
电喷雾电离是在“离子蒸发”的原理基础上 发展起来的一种离子化方法。待测分子溶解在溶 剂中，以液相方式通过毛细管到达喷口，在喷口 高电压作用下形成带电荷的微滴，随着微滴中的 挥发性溶剂蒸发，微滴表面的电荷体密度随微滴 半径的减少而增加，到达某一临界点时，样品将 以离子方式从液滴表面蒸发，进入气相，即实现 了样品的离子化，由于没有直接的外界能量作用 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。
快原子轰击技术缺点：
试样涂在金属板上，溶剂也被电离，使质谱图复 杂化。
质谱技术中的离子源
(5)大气压化学电离源 (Atmospheric Pressure Che mical Ionization，简称APCI):主要用于液相 色谱-质谱联用仪，主要用来分析中等极性、 弱极性化合物。APCI主要产生单电荷离子， 分析化合物的相对分子质量一般小于1000.
样品板
EI源 FAB源 MALDI源 ESI源
Quadruopole Ion trap Time-of-flight
电子倍增器 闪烁计数器
LC或GC
化合物分子在高真空条件下，受高速电子流 “轰击”或强电场其他作用，失去电子生成离子 或发生化学键断裂成为碎片离子，离子经加速器 进入磁场，其动能与加速电压及电荷遵循： zU=(1/2)m2 m/z=2U/ 2
早期，质谱分析法仅限于小分子和中等分子 的研究，因为要将质谱应用于生物大分子需要将 其制备成气相带电分子，然后在真空中物理分解 成离子。如何使蛋白分子经受住离子化过程而又 不丧失其结构形态是个难题。20世纪70年代，解 吸技术的出现成功地将蛋白分子转化成气相离子 ，而后快原子轰击与其紧密相关的溶液基质使得 具有极性、热不稳定的蛋白分子可经受住电离过 程。但这些方法仅限于10kD以下蛋白分子的研究 。80年代电喷雾电离(ESI)和基质辅助激光解吸电 离(MAILDI) 技术的发展则使得质谱方法成功应 用于高分子量蛋白分子的研究。
生物质谱细菌鉴定
生物质谱细菌鉴定生物质谱细菌鉴定是一种基于质谱技术的细菌鉴定方法。
以下是其基本原理、要求和步骤：一、原理：生物质谱技术是一种通过检测生物分子质量来鉴定生物样品的技术。
在细菌鉴定中，质谱技术通过分析细菌全细胞蛋白质组指纹图谱来实现鉴定。
具体来说，激光激发靶板上的细菌与基质，使细菌的蛋白在真空的飞行管中飞行，检测器通过检测蛋白飞行时间的不同来建立一个曲线图谱，进而与数据库中的信息比对，得出可能的菌种。
二、要求：1．样品准备：将待鉴定的细菌样品进行处理，提取全细胞蛋白质。
2．质谱分析：将处理后的样品进行质谱分析，获取细菌全细胞蛋白质组指纹图谱。
3．数据库比对：将获得的指纹图谱与数据库中的标准菌株图谱进行比对，以确定可能的菌种。
4．结果判定：根据比对结果，结合其他鉴定方法，如形态观察、生化试验等，综合判定细菌的种类。
三、步骤：1．菌株分离与筛选：从检测样品中分离微生物株，并进行培养和杂菌混合筛选，以获取未知微生物株。
2．细胞破碎和蛋白质提取：通过物理或化学方法破碎细菌细胞，释放细胞内的蛋白质。
3．蛋白质的酶解：将提取的蛋白质进行酶解，将大分子蛋白质分解成多个小肽段。
4．肽段的质谱分析：将酶解后的肽段进行质谱分析，得到肽段的分子质量和电荷等参数。
5．数据库比对：将得到的肽段信息与已知的细菌蛋白质数据库进行比对，找出匹配的肽段对应的蛋白质。
6．鉴定细菌种类：根据比对结果，结合其他鉴定方法，如形态观察、生化试验等，综合判定细菌的种类。
需要注意的是，质谱鉴定细菌的方法需要结合其他鉴定方法进行综合判断，因为质谱技术只能提供部分蛋白质信息，而不能提供完整的细菌鉴定信息。
同时，质谱鉴定细菌的方法也需要考虑实验操作和数据分析的准确性，以确保结果的可靠性。
软电离生物质谱
软电离生物质谱摘要：1.软电离生物质谱的概述2.软电离生物质谱的原理3.软电离生物质谱的应用4.软电离生物质谱的优势与局限性5.我国在软电离生物质谱领域的发展正文：一、软电离生物质谱的概述软电离生物质谱（Soft Ionization Mass Spectrometry，简称SIMS）是一种广泛应用于生物分析领域的质谱技术。
它以生物大分子（如蛋白质、核酸等）为主要分析对象，通过将其离子化并进行质量分析，从而获取有关生物大分子结构和组成的信息。
二、软电离生物质谱的原理软电离生物质谱的原理主要基于电离和质量分析两个过程。
首先，样品在离子源中被转化为带正电荷的离子，这个过程通常采用软电离技术，如电喷雾离子化（ESI）和基质辅助激光解吸离子化（MALDI）等。
然后，这些离子在质量分析器中受到电磁场作用，根据离子的质量/电荷比进行分离，最终达到质谱分析的目的。
三、软电离生物质谱的应用软电离生物质谱在生物领域具有广泛的应用，主要包括：1.蛋白质组学：分析蛋白质的组成、结构和功能，有助于研究生物过程和疾病机理。
2.代谢组学：研究小分子代谢物的组成和变化，有助于揭示生物体代谢途径和代谢紊乱相关疾病。
3.核酸分析：检测核酸序列和修饰，对研究基因调控和表观遗传学具有重要意义。
四、软电离生物质谱的优势与局限性软电离生物质谱具有以下优势：1.高灵敏度：能够检测到低浓度的生物大分子。
2.高分辨率：能够准确分析生物大分子的质量和电荷。
3.广泛适用性：可用于多种生物样品的分析。
然而，软电离生物质谱也存在一定的局限性，如离子源稳定性和质量分辨率等方面的问题，需要不断优化和改进。
五、我国在软电离生物质谱领域的发展我国在软电离生物质谱领域取得了显著的发展，已成为国际上该领域的重要参与者。
微生物质谱原理
微生物质谱原理
微生物质谱是一种用于分析微生物样品中化学成分的技术。
它基于质谱仪的原理，利用样品中的化学物质被电离、分子裂解和离子化的特性，来确定样品中的化合物的种类和相对丰度。
微生物质谱的原理是在质谱仪中，通过将样品中的化合物分子转化为带电的离子，然后在磁场中进行离子分离和检测。
首先，样品被加热或者使用激光等外部能量源进行离子化。
离子化的原理有多种，包括电喷雾（electrospray）、自由电子激发（electron impact）、飞行时间（time-of-flight）等。
离子化后，离子会进入质谱仪中的质量分析器。
最常用的质量分析器是质量过滤器和飞行时间仪。
质量过滤器通过调节磁场或电场来分离不同质量的离子。
飞行时间仪则根据离子的质量和电荷比来计算离子飞行的时间。
最后，离子到达质谱仪的检测器，例如电子增强器或者荧光屏。
检测器会将离子的信号转化为电子信号，并且根据信号的大小来确定离子的相对丰度。
质谱仪会将离子信号转化为质谱图，其中横轴表示质量比（m/z），纵轴表示离子相对丰度。
通过分析质谱图，可以确定微生物样品中不同种类化合物的质量比和相对丰度。
这些化合物可以是生物分子如蛋白质、核酸等，也可以是小分子如代谢产物、有机酸等。
微生物质谱的应用非常广泛，包括微生物的分类、代谢组学、生物标志物的发现等。
总结而言，微生物质谱利用质谱仪的原理，将样品中的化合物转化为离子，并根据离子的质量比和相对丰度来确定样品的化学成分。
这种技术在微生物学研究中有着重要的应用。
生物技术中的质谱研究技术
生物技术中的质谱研究技术质谱研究技术是现代生物技术中极为重要的一个分支。
它通过对样本中离子的质量和比例进行分析，揭示了分子、低分子化合物、蛋白质结构以及代谢产物等方面的关键信息。
随着研究技术的不断进步，质谱研究也越来越深入。
本文将对生物技术中的质谱研究技术进行详细讨论。
1. 质谱基础概念质谱是一种研究物质分子的分析方法，通过测量离子质量来确定样品中包含的不同化学成分的含量和结构。
质谱法首先将样品原子或分子中的一个或多个电子从原子、分子中激发出来，并在电场和/或磁场作用下对其进行加速分析，最终通过粒子检测器进行实验的测定。
质谱技术可以分为开环与闭环两种形式，二者主要区别是其能不能同时测量多中物质。
开环质谱技术只能测定离子质量，无法进行分子分析；而闭环质谱技术则可同时分析多种物质。
2. 质谱技术在生物学中的应用在生物科技中，质谱技术的应用范围十分广泛，涉及到许多不同的领域。
(1) 代谢组学代谢组学是一种基于质谱技术的分析方法，用于识别和量化一个生物体内多组代谢产物或生物标志物。
该技术可用于曲轴组代谢组的研究，以及代谢组的特征和活动等领域的相关研究。
(2) 蛋白质组学蛋白质组学是涉及到大规模维持蛋白质组组成与功能分析的大规模研究。
质谱技术可用于鉴定游离氨基酸、糖基化产物、交叉链接产物和多肽等，进而得出蛋白质的结构和功能信息。
(3) 遗传组学遗传组学是一种基于基因编码的基于宏基因和微基因的研究方法。
生物分子筛筛芽质谱分析可以确定有机分子的分布和极性，进而用于血脑屏障的研究和治疗。
(4) 药物研究质谱技术也可用于药物研究中，用于药物分析和药代动力学等方面的研究。
由于药物代谢产物的含量和分布通常与药物疗效和效果有关，因此可通过质谱技术来确定药物代谢产物的种类和含量，最终用于药物研究的相关领域。
3. 近年来质谱技术的发展在质谱技术的研究过程中，科学家们不断尝试结合新的技术手段，去提高质谱技术的分辨率、灵敏度和速度。
生物质谱原理
生物质谱原理
生物质谱原理是一种分析技术，用于研究生物样品中的化合物和它们的分子结构。
它的原理建立在样品中化合物的分子量和分子结构会影响它们在质谱仪中的行为上。
生物质谱的原理有以下几个主要的步骤：
1. 样品制备：生物样品（如血液、尿液或细胞）需要进行预处理，以提取或纯化目标化合物。
这可以通过化学分离、染色或其他技术来完成。
2. 电离：在质谱仪中，样品中的分子将通过电离过程转化为离子形式。
这可以通过多种方式实现，如电子轰击、化学电离或激光脱附。
3. 加速和分离：得到的离子将通过电场或磁场加速，以便将它们分离开来。
这是根据离子的质量/电荷比（m/z）来实现的。
4. 检测：分离的离子将被传送到检测器中，以测量它们的数量和质量。
最常见的检测器是质量分析器，如质谱仪。
质谱仪通过将离子在磁场中进行偏转，然后测量被离子诱导的电流来确定其质量。
5. 数据分析：收集到的数据可以通过计算机进行处理和解释。
这可能涉及到数据库的比对，以找到与已知化合物的匹配或者通过质谱图的解释来确定未知化合物的结构。
生物质谱原理的主要优势是可以提供高分辨率、高灵敏度和高特异性的分析结果。
它在生物医学、生化学、药物研发和环境科学等领域具有广泛的应用。
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生物质谱早期有机质谱主要用于测定普通的有机小分子，对多肽、蛋白质及其他生物大分子难测定。
因：1．分子量太大2．气化高温分解。
80年代后，发明了快原子轰击电离（FAB），电喷雾电离（ESI）和基质辅助激光解吸电离（MALDI）。
生物大分子可转变成气相离子。
产生了生物质谱。
Biomass Spectrometry有机质谱的一般应用1.有机化合物的分子量和结构测定2.化学反应的鉴别和反应机理的研究3.石油组分和添加剂的分析4.化工原料和化工产品的分析5.毒品分析和中毒病人中毒品的鉴定6.空气、水和泥土有机污染物的分析7.香料中组分分析8.食品中维生素等组分、食油中组分的分析9.染料、涂料的分析10.有机聚合物的分析11.酒中组分的分析12.植物中有机组分的分析13.粮食、蔬菜、水果农药残留物的分析14.烟草中组分的分析15.禽肉中一些激素的分析1.天然药物结构测定，合成新药结构确证2.新药中杂质、药物降解物分析，新药稳定性研究3.药代动力学研究和药物代谢物结构分析4.新药研究中组合化学库中组分的鉴定5.多肽、蛋白质分子量的测定6.多肽和重组蛋白一级结构的确定7.多肽序列的测定8.蛋白质变异体的检测9.蛋白质中巯基测定和蛋白质中二硫键的指定10.蛋白质翻译后修饰的测定11.蛋白质高级结构的研究12.生物分子非共价键相互作用的研究13.未知蛋白质的鉴定和蛋白质组学研究14.蛋白质复合物中组分的分析15.寡核苷酸、DNA片段分子量测定16.寡核苷酸序列分析17.SNP研究18.用模型识别软件快速鉴别微生物19.结构免疫学研究中的应用20.细胞生物学中的应用快原子轰击电离（FAB）1981原理：在进样探头放样品，溶于底物（甘油或硫化甘油），惰性气体（Ar）电离后，加速，使之具有较高的动能，在原子枪(atom gun)内进行电荷交换反应：Ar+（高动能的）+ Ar（热运动的）→Ar（高动能的）+ Ar+（热运动的）高动能的Ar原子束再轰击样品分子使其离子化，样品离子进入质谱。
适用于难汽化,极性强的大分子。
注意：FAB质谱图中会出现基质分子产生的相应的峰及基质分子与样品分子的结合峰。
电喷雾电离（ESI）1984用于质谱原理：样品溶液从毛细管出，电场、气流使成雾状带电液滴，蒸发，液滴变小，离子从液滴出来，通过锥孔，透镜进质谱仪。
20世纪90年代中期，ESI出现纳喷雾离子源（nanoelectrospray ionization source）,纳升流速，分析灵敏度提高，且少至0.5uL的样品溶液可得到30min稳定喷雾，有充分机会进行质谱参数优化和许多串联质谱分析。
基质辅助激光解吸电离（MALDI）MALDI可使热敏感或不挥发的化合物由固相直接得到离子。
1988原理：混合物（样品加基质）真空下受激光照，基质分子能有效的吸收激光的能量，成基质离子，碰撞样品，使样品分子解吸附进入气相并得到电离，进质谱仪。
MALDI适用于生物大分子，如肽类，核酸类化合物。
可得到分子离子峰，无明显碎片峰。
1995Hillenkamp 用MALDI-TOF 测定短杆菌肽S合成酶，分子量为512000uR. Nelson 用MALDI-TOF测定单克隆人体免疫球蛋白抗体，分子量为982000u以后R.D.Smith 用ESI/FT-ICR-MS测定DNA片段，分子量为1.1 10 8 u应用范围：生物大分子的分子量测定肽序列分析（根据其质谱中的碎片离子来推导）鉴别生物大分子的构象蛋白质中二硫键、糖基化(glycosylation site)、磷酸化(phosphorylation) 连接点用ESI观察非共价键相互作用的研究I．生物大分子的分子量测定用MALDI-TOF 测定，多数只得单电荷离子，质谱图中的谱峰与样品各组分的质量数由一一对应关系。
所以MALDI-TOF-MS最适合分析多肽及蛋白质混合物。
在ESI-MS时，易形成多电荷离子[M+nH]n+或[M-nH]n-。
要确定电荷态。
a．低分辨状态下测电荷态对于任意两峰M1 =(M+n)/n M2 =(M+[n+1])/n+1 相邻两峰相差一个电荷数计算多电荷离子所带电荷数，进而换算出该离子带单电荷时的质量，一般根据多个多电荷峰计算多个质量后取平均值。
b．高分辨状态下测电荷态可分辨出单个离子峰的同位素峰，任意两峰之间质荷比的差值，计算其倒数（电荷值）。
由电荷数可计算该多电荷离子的单电荷分子离子质量。
II．肽质量指纹谱（peptide mass fingerprinting, PMF）鉴定技术蛋白质被酶切位点专一的蛋白酶水解，得到的肽片段质量图谱。
由实验测得的蛋白质酶解肽段质量数在蛋白质数据库中检索，寻找相似肽指纹谱的蛋白质。
最有效的仪器: MALDI-TOF-MS 每个谱峰代表一种肽段III. 多肽、蛋白质、DNA片段的序列分析蛋白质的一级结构：以肽链结构为基础的肽链线型序列串联质谱仪可直接测定肽段的序列，多肽被电离后，各种键会断裂，形成强度不同的离子。
肽键断裂形成b n 、y n系列离子。
推断氨基酸连接顺序。
Roepstorff 和Fohlman建议如下式：a、b、c型离子保留肽链的N末端，电荷留在离子C端x、y、z型离子保留肽链C端，电荷留在离子N端b型和y型离子在质谱图中较多见，丰度较高。
还会b-H2O和y-NH3等离子形式与PMF谱图相比，串联质谱技术获取的肽序列谱图相对复杂，需计算软件帮助计算识别b、y等个系列离子。
区别肽质谱离子来自C端或N端，衍生方法：N-乙酰化，甲酯化分析肽序列方法：FAB/CIDBOC—Gly—Ala—D—Val—Leu—Ile—ObzlBOC = t-butyloxy carbonyl Bzl = benzylH2N C C N C N C N C COOHCR1O R2O R3O R4H HCHx3y3z3x2y2z2x1y1z1a1b1c1a2b2c2a3b3c3H2N C C OR1HH3N C N C COOHR3R4OH HHb1y"2H H HBOC NH CH2CONH CH CONH CH CONH CH NH CHCOCOOBzly4y3y2y1离子类型MH MH-56 MH-100 y4 y3 y2 y1 b4 b3 b2 b1 m/z 662 606 562 505 434 335 222 441 328 229 158形成bn离子和yn 系列离子ESI/CID十七肽：NQQPLQTSGVINMKAAG Glu (Q ) Lys (K )b1-b16115 243 371 468 581 709 810 897 954 1053 1166 1280 1411 15391610 1681y”16-y”11642 1514 1386 1289 1176 1048 947 860 803 704 591 477 346 218147 76ESI/FT-ICR-MS美国1994年，用MS/MS测牛胰多肽（分子量4226u）全部肽序。
MALDI/PSDPSD为源后分解（Post-source Decay）德国人R.Kaufmann 提出。
M p m f + m n E f 较E小M p为先前离子Angiotensin IIAsp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe 八个氨基酸y”1---y” 7166 263 400 513 676 775 931b 7---b 1881 784 647 534 371 272 116串联质谱法Tandem MS （MS/MS）MS-1产生待测离子（MH）进入碰撞室，经惰性气体（He 、Ar）碰撞活化裂解（collisional activation dissociation），经MS-2分离得质谱图。
仪器可用：MALDI- Q -TOFESI-TSQMALDI-FTMSESI-FTMS寡肽：甲硫氨酸络脑菲肽ESI/MS/MS 子离子谱Tyr-Gly-Gly-Phe-Met MW 573.2y” 354.2 297.3 150.0b 425.3 278.2 211.0检测a、b、y系列离子十四肽谷氨酸纤维蛋白肽B ESI/MS/MS 子离子谱Glu-Gly-Val-Asn-Asp-Asn-Glu-Glu-Gly-Phe-Phe-Ser-Alg-Argy” 1285.5 1171.3 1056.3 942.3 813.2 684.4 627.2 480.4 333.2z 1039.7 924.5以y系列为主的离子蛋白质非共价复合物的电喷雾质谱ESI/MS for the study of Non-covalent Complexes生物大分子之间弱的非共价键相互作用，是细胞内许多生物功能实现的基础。
如酶和底物、蛋白质-配体、蛋白质-蛋白质、抗原-抗体之间的作用。
药物分子发挥作用也要先与作用靶点结合再发挥功能。
软电离技术离子化方式柔和，不裂解，可以分析非共价结合的生物大分子复合物，具有高分析速度和灵敏度。
1）蛋白质与小分子配体相互作用肌红蛋白(myoglobin)与血红素(heme)的结合: 在近中性条件下,血红蛋白(16.9kDa)与血红素(616Da)复合物的电喷雾质谱图显示复合物(17568Da)的两个多电荷峰，带9个电荷的m/z1953，带8个电荷的m/z2197 2) 蛋白质与蛋白质相互作用蛋白质亚基之间的非共价相互作用使多肽链折叠成多聚体，形成蛋白质的四级结构。
利用电喷雾可研究形成蛋白质四级结构的亚基数目。
链酶亲和素（streptavidin，由4个含159个氨基酸残基的单体形成四聚体用ESI分析，pH2.5且含有机溶剂时，没有非共价键形成，质谱图显示为蛋白质单体的质荷比。
PH6.9的乙酸胺溶液中，质谱图显示蛋白质的四聚体质荷比。