生物质谱分析

美国科学家约翰· 芬恩1917年出 生于美国纽约市，1940年获耶鲁 大学化学博士学位，1967年到 1987年间任该大学教授，1987年 起被聘为该大学名誉教授，自 1994年起任弗吉尼亚联邦大学教 授。他因为“发明了对生物大分 子进行确认和结构分析的方法” 和“发明了对生物大分子的质谱 分析法”而获得今年诺贝尔化学 奖1／4的奖金。
第二节
质谱仪
一、质谱仪的工作原理
二、质谱仪的基本结构 1. 真空系统 2. 进样系统 3. 离子源 4. 质量分析器 5. 检测与记录
一、质谱仪的工作原理
样品导 入系统
离子源
质量过滤/分析器
检测器
+ + +
+++ + + + + +++ + ++ + + + + + + + + + + + + + ++ +++ +++
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。
• 一般质谱仪由机械真空泵(低真空泵)，扩散泵或 分子泵(高真空泵)组成真空机组，使离子源和分 析器部分的达到真空。 • 只有在足够高的真空下，离子才能从离子源到 达接收器，真空度不够则灵敏度低。
2. 进样系统
要求： 高效重复的将样品引入到离子源中并且不能 造成真空度的降低，而样品导入离子源的方式决 定于样品的物理性质。 方式： (1)间歇式进样系统 (2)直接探针进样 (3)毛细管进样（从HPLC、GC及CE）
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
2002年诺贝尔化学奖获得者
瑞士科学家库尔特· 维特里希 1938年生于瑞士阿尔贝格， 1964年获瑞士巴塞尔大学无 机化学博士学位，从1980年 起担任瑞士苏黎世联邦高等 理工学校的分子生物物理学 教授，还任美国加利福尼亚 州拉霍亚市斯克里普斯研究 所客座教授。他因“发明了 利用核磁共振技术测定溶液 中生物大分子三维结构的方 法”而获得2002年诺贝尔化 学奖一半的奖金。 日本科学家田中耕一(Koichi Tanaka)1959年出生于日本富山 县首府富山市，1983年获日本 东北大学学士学位，现任职于 京都市岛津制作所，为该公司 研发工程师，分析测量事业部 生命科学商务中心、生命科学 研究所主任。他对化学的贡献 类似于约翰· 芬恩，因此也得到 了1／4的奖金。
通常将试样放入小杯中，通过真空闭锁装臵 将其引入离子源，可以对样品杯进行冷却或加热 处理。
ห้องสมุดไป่ตู้
对于在间歇式进样系统的条件下无法变成气 体的固体、热敏性固体及非挥发性液体试样，可 直接引入到离子源。
这种进样方式不必使样品充满整个储存器，
因此，可适用样品量较小和蒸汽压较低的物质。
直接进样法扩大了质谱法的应用范围。
质谱仪的发展历史
1906年 在 J.JThomson在实验中发现带电荷离子 电磁场中的运动轨迹与它的质荷比有关 并于1912年制造出第一台质谱仪 飞行时间质量分析器 四极杆质量分析器 质谱仪首次用于多肽测序 离子共振质谱 电喷雾离子源 傅里叶变换离子回旋共振分析器 基质辅助激光解吸电离质谱
1946年 1953年 1959年 1965年 1968年 1974年 1987年
(1)间歇式进样系统
可用于气体、液体和中等蒸汽压的固体样品 进样，通过可拆卸式的试样管将少量固体或液体 试样引入试样储存器中。 由于进样系统的低压强及储存器的加热装臵， 使试样保持气态。加之进样系统的压强比离子源 的压强大，样品分子或离子可以通过分子漏隙以 分子流的形式渗透进高真空的离子源。
(2)直接探针进样
(3)毛细管进样 气相色谱-质谱联用仪
从毛细管气相色谱柱流出的成分可直接引 入质谱仪的离子化室。
生物分析技术
第5讲 生物质谱分析
2011年10月
主要内容
第一节 概述
第二节
第三节
质谱仪
生物质谱的应用
第一节
概述
质谱分析法 (Mass Spectroscope,MS) 是将 化合物形成离子或碎片离子，按质荷比 (m/z)的 不同进行测定，从而进行成分分析和结构分析 的一种方法。根据质谱分析法的结果（质谱图 ）所提供的信息可以进行有机物、无机物的定 性和定量分析，生物大分子的结构分析，同位 素的测定及固体表面的结构和组成分析。 生物质谱就是用于生物分子分析的质谱技 术。由于生物分子大多数以其高相对分子质量 区别于分子质量在几十到几千的无机或有机小 分子，因而，生物质谱要求测定上万甚至几十 万的分子质量。
具有速度 的带电离子进入质谱分析器的 电磁场中，根据所选择的分离方式，最终各种 离子按质荷比的不同实现分离。
质谱仪的分类
二、质谱仪的基本结构
1. 真空系统 2. 进样系统 3. 离子源 4. 质量分析器 5. 检测与记录
计算机控制与数 据处理
质谱仪的构造和功能
1. 真空系统
• 质谱仪的离子源、质量分析器和检测器必须在 高真空状态下工作，一般应在10-5～10-6Pa。 (1) 真空度差，过多的氧气将损耗或烧毁离子源 的灯丝； (2)高本低气压将干扰质谱图; (3)电离空气压过高，会发生离子-分子反应，改 变碎片谱图； (4)离子源内的高气压将干扰电子束的调节； (5) 电离气或离子源内的高气压，可能引起高达 数千伏的离子加速电压放电。