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质谱技术与生命科学研究一 质谱的基本原理与发展沿革1 基本原理2 发展沿革3 仪器简介4 常用术语二 质谱的联用技术1 气质联用2 液质联用3 质谱-质谱联用三 质谱在生命科学研究中的应用1 生物质谱技术简介2 蛋白质、多肽研究3 寡核苷酸和核酸分析4 基因工程药物质量控制5 药物代谢6 组合化学7 天然产物8 微生物鉴定四 蛋白质组研究中的生物质谱技术1 蛋白质组的概念及由来2 蛋白质组研究的技术体系3 蛋白质组研究中的质谱技术4 蛋白质组研究的应用进展一质谱的基本原理与发展沿革(略) 1 仪器简介质谱仪器组成框图检测器质量分析器离子源进样系统 真空系统数据处理系统 供电系统 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，以减少本底干扰，避免发生不必要的离子-分子反应。有机质谱仪的离子源的真空度应达10-310-4Pa,质量分析器和检测器的真空度应达10-410-5Pa。进样系统：进样系统的作用是将被分析物质（即样品）送进离子源。有机质谱和生物质谱的进样装置有a加热进样系统；b直接进样系统；c色谱进样。离子源：离子源的作用是将样品中的原子、分子电离成为离子，并使这些离子在离子光源系统的作用下会聚成有一定几何形状和一定能量的离子束，然后进入质量分析器被分离。有机质谱常用的离子源有电子轰击离子源（EI）,对热不稳定或高分子量化合物有化学电离源（CI）；解吸化学电离源（DCI）；场电离源（FI）；场解吸电离源；快中子轰击电离源（FAB）；离子轰击电离源（IB）；激光解吸电离源（LI）；热喷雾和电喷雾电离源（ESI）等。质量分析器：质量分析器的作用是使离子按照质荷比的大小分离开来，以便得到按质荷比大小顺序排列成的质谱图。有机质谱和生物质谱常用的质量分析器有a磁质量分析器；b四极杆质量分析器；c飞行时间质量分析器；d离子肼质量分析器；e离子回旋共振质量分析器。离子检测器：离子检测器用以测量、记录离子流强度，从而得出质谱图。有机质谱和生物质谱常用的检测器有a直接电检测器；b电子倍增器；c闪烁检测器；d微通道板。在上述部件中，离子源的结构与性能对分析效果的影响极大，有人称之为质谱仪器的心脏，它与质量分析器、离子检测器皆为质谱仪器的关键部件。质谱仪器的分类同位素质谱仪：主要用以测定同位素丰度，对测量准确度、精密度与丰度灵敏度的要求较高。采用同位素稀释法可进行定量分析。无机质谱仪：主要用以进行无机物分析。按照不同的用途，还可细分为气体分析质谱仪、火花源固体分析质谱仪、质谱检漏仪等等。有机质谱仪：主要用以进行有机物结构分析。低分辨仪器可满足多数定性（含结构判断）、定量分析的要求；高分辨仪器可精确测定分子量，有利于结构剖析。多数仪器可与色谱仪联用，先进仪器则可实现质谱-质谱联用。生物质谱仪：主要用以进行生物大分子质量与结构分析。以八十年代后期出现的基质辅助激光解吸附飞行时间质谱仪和电喷雾四极质谱仪为代表。可对分子量高达几十万的生物大分子进行快速（几分钟一个样品）、精确（0.01%）和高灵敏度（10-15mol）的测定。2 常用术语(1)分辨率（resolution）两个相邻的质谱峰之一的质量数与两者质量数之差的比值，规定为仪器的分辨率，用R表示。设两个相邻峰的质量数分别为M1和M2，两峰质量数之差为M，则分辨率R=M2（或1）/M2-M1=M/M （1）如M1=500，M2=501，两峰刚好完全分开，则R=500/501-500=500如M1=500.0，M2=500.1，则R=500.0/500.1-500.0=5,000如M1=500.00，M2=500.01，则R=500.01-500.00=50,000这就是说,仪器的分辨率为500时,只能分开在整数位有差别的相邻两峰;分辨率为5,000时,则能分开相差0.1个原子质量单位的相邻两峰;分辨率为50,000时,质量精度可达到0.01。显然，当用分辨率为50，000的仪器测定质量数为200附近的两个峰时，质量数的精确度就更高些。这可代入式（1）计算出来：50，000=200/M，M=200/50，000=0.004,即可把200.00和200.004的两个峰刚好完全分开,但是,当用同样分辨率的仪器测定质量数为1,000附近的两个峰,质量精确度则降为M=1,000/50,000=0.02,虽然也是准确到小数第二位,但是最高只能精确到0.02原子质量单位(amu)。双聚焦磁质谱仪的分辨率为10，000-100，000。傅立叶变换离子回旋共振质谱仪的分辨率可达1000，000。（2）灵敏度（sensitivity）绝对灵敏度指仪器可检测的最小样品量（必要时注明相应的信噪比）；相对灵敏度指仪器可同时测定的大组分与小组分的含量，常用110-6表示。最新型的基质辅助激光解吸附飞行时间质谱仪的灵敏度可达10-15-10-18。（3） 准确度（accuracy）指质谱分析的测定值（质量、同位素比值或化学组分）与理论值的偏差。最新型的四极杆飞行时间质谱仪的质量准确度可达5ppm.傅立叶变换离子回旋共振质谱仪的质量准确度可达1ppm.（4） 质量范围质谱仪所能测定的原子量（分子量）范围，单位为Da.最新型的基质辅助激光解吸附飞行时间质谱仪的质量范围可达400，000Da.（5）分子离子有机化合物分子受到外来电子撞击后，绝大多数是失去一个电子，这就使分子带有一个正电荷，这种带正电荷的粒子就叫作分子离子。分子离子用来测定化合物的分子量。（6） 碎片离子当撞击电子能量较高、超过分子本身电离所需能量时，分子离子的一部分、大部分或全部就要发生裂解，生成的分子碎片也可以带正电荷，这就是碎片离子。碎片离子用来测定化合物的结构。二质谱的联用技术（1） 气相色谱-质谱联用技术及其应用（略） 1 液相色谱-质谱联用技术及其应用概述色谱与质谱的联用集高效分离、多组分同时定性和定量为一体，是分析混合物最为有效的工具。但是，由于许多有机化合物的高极性、热不稳定性、高分子量和低挥发度等原因，需要用液相色谱来分离，因此，LC和MS的联用在有机混合物分离分析中具有重要意义。 分子量 LC-MS 105 104GC-MS 103 102 极性 GC-MS和 LC-MS的应用范围LC-MS 的发展关键：接口技术首先是如何解决高压液相和低压气相间的矛盾。质谱离子源的真空度常在1.3310-210-5Pa,真空泵抽去液体的速度一般在1020l/min, 这与通常使用的高压液相色谱每分钟0.5毫升的流速相差甚远。因此，去掉LC的流动相是LC-MS的主要问题之一。另一个重要的问题是分析物的电离。用LC分离的化合物大多是极性高，挥发度低，易热分解或大分子量的化合物。经典的电子轰击电离（EI）并不适用于这些化合物。自LC-MS研究以来，前后至少提出过27种以上接口技术，但是直到热喷雾电离（TSI）、大气压化学电离（APCI）、特别是电喷雾电离（ESI）方法出现后，LC-MS的研究才有突破性的进展。当前有成效的LC-MS技术多是集接口和电离于一身。在去除大量LC溶剂的同时解决分析物的电离问题。ESI方法的原理及特点电喷雾电离原理见图。电喷雾接口见示意图。电喷雾：常见的电喷雾喷嘴是内径0.1mm的金属毛细管。当在它上面施加38kV的电压时，由于毛细管的顶端很窄，形成的电场强度可高达106V/m。当流速为0.55l/min的LC流出物溢出金属毛细管时,会形成扇状喷雾。它是细小的液珠和溶剂蒸气的混合体。由于高压电场的作用，溶液中带某种电贺的溶质会向液体表面移动，使液珠表面该种电荷过剩。离子的形成：当表面带有大量电荷的精细液珠向下游移动时，溶剂迅速挥发，液珠表面积不断缩小，电荷密度增高。当此情况达到Rayleigh极限时，液珠会分裂成更小的液珠。在质量和电荷在分配后，更小的液珠进入稳定态，然后在重复蒸发、电荷过剩和液珠分裂。在整个过程的某个阶段，分析物可以单电荷或多电荷离子的形式进入气相。离子的输送：大气压条件下形成的离子，在电位差的驱使下（当然也有压力差的作用），通过取样孔进入质谱真空区（见示意图）。离子流通过一个加热的金属毛细管，进入第一个降压区，在毛细管的出口处形成超声速喷射流。由于分析物带电荷并且动量大，可通过下游处于低电位的锥形分离器的小孔，进入第二降压区，经聚焦后进入质谱。而与分析物离子一同穿过毛细管的少量的溶剂，由于呈电中性而且动量小，则在第一和第二降压区被抽走。ESI方法的特点（1）ESI对质谱分析的重要贡献之一是产生大量的多电荷离子。质谱是测定质荷比。在ESI以前的电离技术主要是产生单电荷离子，所测得的值即是离子的质量。普遍使用的四极矩质谱的质荷比测量范围一般在3000以下。磁质谱的测量范围一般在5000以下。由于产生多电荷离子，离子的质量数落在一般的四极矩的测量范围之内，因此对于分子量在几万以上的生物大分子，传统的质谱是不可企及的。ESI技术的出现使质谱在这方面的应用有了根本的改观。（2）在ESI过程，几乎没有任何外能输给化合物，因此ESI是迄今为止最为柔和的电离方法。ESI-MS谱图主要给出与准分子离子有关的信息，例如（在单电荷离子的情况下）MH+， MNa+，（M）nH+，M-H-，M-Na-，（M）n-H-等，很少给出化合物碎片。这不利于化合物结构推导。为了克服此不足，ESI常与MS-MS联用。不同类型的液相色谱仪与质谱联用（1） 常规LC选择LC-MS联用时,需考虑下列几个因素: LC流动相的组成、辅助试剂和流速要与接口的特性相匹配; 质谱本身有相当高的分辨能力,利用选择性电离,离子色谱图,选择性离字检测和MS-MS功能可以鉴别重叠的色谱峰。因而对LC的分离度的要求可以略微降低； 质谱在区别许多异构体方面有一定的局限性，这方面的分析在很大程度上要依赖色谱的分离； LC色谱的峰宽要与质谱的的扫描速度相匹配。目前发展的毛细管液相色谱柱（内径小于1mm，流速在几微升到几十微升），柱效高，流速低，可直接通过电喷雾接口与质谱相连，不需要柱后分流。（2） 超临界流体色谱（SFC）受接口发展的限制，应用不够普遍，主要用作GC-MS和LC-MS的补充手段，分析一些由于挥发性、热稳定性、溶解度、或分离度等因素而既不适于GC分离，又不适于LC分离的混合物。SFC-MS的强项是分析非极性或中等极性的化合物。较多的应用是在石油和高分子化学领域。（3） 毛细管电泳（CE）CE技术是近年来分析化学研究中最为活跃的领域之一。特别是它在微量生化分析中的独到之处（例如在单细胞生化分析中的应用），使得CE-MS的重要性日益提高。CE-MS联用始于八十年代末，虽然目前已有商品仪器，但仍在发展。选择CE-MS联用，需要考虑下列因素： CE的操作牵涉到几十KV的高电压和电解质缓冲液，要妥善解决CE毛细管终端与质谱安全有效地接触问题； CE是靠电渗透为动力来分离不同组分，流速1l/min。与质谱直接相连时，质谱的高真空造成的压差，会引起CE液体的层态流动，破坏分离； CE的进样量一般在0.510nl之间,例如浓度为10-6mol的蛋白质溶液,在CE上的绝对上样量也只有几个fmol,MS对此要有很高的灵敏度。LC-ESI-MS的应用LC-ESI-MS当前应用最多的是测定多肽和蛋白质类化合物的分子量、氨基酸序列、肽谱以及蛋白质翻译后的修饰。这些化合物带有大量酸性或碱性中心，很容易带上多个电荷。在溶液和pH值适当的情况下，电离效率可接近100%，因此特别适于LC-ESI-MS分析。目前测量的蛋白质分子量已达108Da，测量精度可达0.01%或更高。（1） 多肽、蛋白质分子量（2图）（2） 肽谱（图）（3） 翻译后修饰（4） 药物及其代谢物（5） 糖类及多糖类（6） 寡核苷酸（7） 环境污染物2 质谱-质谱（MS-MS）联用技术概述MS-MS是一种质量分离的质谱检测技术，它把化学分析的分离与鉴定结合在一个仪器内进行。通过离子在运动过程中发生的自然和人为的质量或者电荷的变化，研究母离子和子离子的关系，获得碎裂过程的信息，应用于高灵敏度和高专一性的分析。MS-MS仪器的分类（1） 扇型场质谱-质谱仪（2） 四极质谱-质谱仪（3） 混合型质谱-质谱仪（4） 其它质谱 四极飞行时间质谱仪（Q-TOF） 离子肼质谱仪 傅立叶变换离子回旋共振质谱仪发展过程近代的MS-MS法始于Cornell大学的Mclafferty的实验室和Purdue大学的Cook的实验室。最初的设备是扇形磁场后接电场的反置双聚焦仪器，称之为质量分析离子动能谱术（MIKES）。串联质谱仪从气相离子化学研究中的一个工具转变为独特的质量分析系统，并设计成商品的分析仪器是由Yost等引入三级四极质谱仪（triple quadrupole massspectrometer）开始的。第一台三级四极质谱仪诞生于1978年，其标准结构见图。基本原理在MS-MS中，样品在离子源内电离后第一个四极质量过滤器（Q1）让感兴趣组分的分子离子通过，去除其它的分子离子。第二个四极质量过滤器（Q2）用惰性气体氮气或氩气加压到210-3torr或0.3Pa并在射频电压下工作。它是作为一个碎裂区域和聚焦器。在此发生的碎裂过程叫做碰撞活化解离（CAD）或碰撞诱导解离（CID）。经第一个四级质量过滤器选择的分子离子在第二个四级质量过滤器碎裂，碎裂后产生的碎片离子由第三个四级质量过滤器（Q3）进行分析。由此可见，MS-MS与GC-MS的主要区别在于MS-MS中的分离过程实际上是瞬间完成的，离子源内混合物中所有组分是同时可被利用的。这一主要差别就导致了MS-MS具有一些特殊的操作方式。MS-MS的主要操作方式MS-MS法有四种主要的操作方式，它们是子离子扫描、母离子扫描或前体离子扫描、中性丢失碎片扫描和选择反映监测等。（1）子离子扫描在子离子扫描实验中，第一个四极分析器Q1仅允许通过特定的m/z离子，此离子在Q2内经CID后碎裂，由Q3扫描和检出生成的所有碎片离子。子离子谱适合于从分子离子获得分子结构信息。（2）母离子扫描在母离子扫描实验中，四极分析器的功能与子离子扫描时正相反，Q1进行质量扫描，离子经CID后Q3仅允许通过特定m/z的离子。这种方式适用于检测同一类型的化合物，它能追溯碎片离子的来源，能对产生某种特征碎片离子的一类化合物进行快速筛选。（3）中性丢失碎片扫描Q1 和Q3在同样速度下扫描，但两者相差一定的质量数，测得的质谱将显示出丢失了一个选择的质量后的所有离子。这一扫描方式特别适合鉴别含有相同功能团具有相同碎裂方式的同一类型的化合物。（4） 选择反应监测（SRM）选择反应监测不产生谱图，而是用来监测从预选的母离子所形成的预选子离子。其基本过程如图： 离子源 MS1 碰撞室 MS2 m/z184 m/z102 仅通过母离子 通过所有离子 仅通过子离子MS1选出母离子m/z184，经过碰撞诱导活化，产生一系列子离子，MS2仅检出其中一个子离子m/z102，由此实现这一对离字的监测。这种方法具有高的信噪比，因而与扫描的MS-MS相比有较高的灵敏度，专一性也好。与选择离子监测相比，缺点是牺牲了在谱图中留下的其它信息。SRM主要用于复杂体系中对目标化合物的快速筛选，如环境监测，法庭毒物学等。MS-MS的应用实例1 多肽序列测定（图）2 药物代谢物鉴定（图）3 中草药有效成分鉴定4 真菌毒素鉴定三质谱在生命科学研究中的应用概述生命科学的发展总是与分析技术的进步相关联。X射线晶体衍射对DNA双螺旋结构的阐述奠定了现代分子生物学的基础，使人类对微观领域的认识迈出了决定性的一步。大规模、自动化基因测序技术的问世，使本世纪生命科学领域最宏大的研究项目-人类基因组计划的实施比预期一再提前。自1886年E.Coldstein发明早期质谱仪器常用的离子源，到1942年第一台单聚焦质谱仪商品化，质谱基本上处于理论发展阶段。随后质谱在电离技术和分析技术上的发展和完善，使之很快应用于地质、空间研究、环境化学、有机化学、制药等多个领域。然而，即使在等离子体解吸（plasma desorption, PD)和快原子轰击（fast atom bombardment, FAB)两项软电离质谱技术出现以后，质谱分析的分子量范围也只是在几千左右。真正意义上的变革发生在80年代中期出现的两种新的电离技术：电喷雾电离（electrospray ionization, ESI）和基质辅助激光解吸电离（matrix-assisted laser desorption ionization, MALDI），这两种技术所具有的高灵敏度和高质量检测范围，使得在pmol （10-12）乃至fmol（10-15）水平检测分子量高达几十万的生物大分子成为可能，从而开拓了质谱学一个崭新的领域生物质谱，促使质谱技术在生命科学领域获得广泛应用和发展。生物质谱技术简介现代生物质谱是从电喷雾电离技术和基质辅助激光解吸附电离技术的出现开始的。以这两种软电离技术为基础设计的各种商品化仪器的出现，使质谱技术真正走进了生物化学家的实验室，而不仅仅是化学家或药物学家手中的工具。1 电喷雾电离技术（略）2 基质辅助激光解吸附电离技术基质辅助激光解吸附（Matrix Assistant Laser Desorption Ionization）简称MALDI是由两位德国的科学家Franz Hillenkamp 和Michael Karas于1988年发明的，并且因此获得了美国质谱协会（ASMS）1997年度杰出贡献奖（图）。基本原理MALDI 的基本原理是将分析物分散在基质分子（尼古丁酸极其同系物）中并形成晶体。当用激光（337nm 的氮激光）照射晶体时，由于基质分子吸收辐照光能量，导致能量蓄积并迅速产热，从而使基质晶体升华，导致基质和分析物膨胀并进入气相。由于MALDI产生的离子常用飞行时间（time of flight, TOF）质量分析器来分离，所以MALDI常与TOF连在一起，称为基质辅助激光解吸附飞行时间质谱仪（MALDI-TOF-MS）。（图）特点（1） MALDI的最大优点是它能耐受较高浓度的缓冲溶液、盐和去垢剂的存在。（2） MALDI产生的质谱图多为单电荷离子，因而质谱图中的离子与多肽和蛋白质的质量有一一对应的关系。（3） 与ESI-MS 相比，MALDI具有较高的灵敏度和较大的质量范围。最新型的MALDI-TOF-MS灵敏度可达fmol(10-15),质量范围可达400kDa。（4） MALDI-TOF测定速度快，混合样品不需分离，非常适合生物活性物质快速大规模高通量筛选。（5） MALDI-TOF-MS仪器构造简单，操作容易，适合普通生化实验室的非质谱专业人员使用。 MALDI-TOF 的两个最新改进技术（1） 延迟提取（Delayed Extraction,DE）使仪器的分辨率大大改善。（图）（2） 源后裂解(Post Source Decay,PSD)使MALDI-TOF具有串联质谱的功能，有利于获得被分析物的结构信息。（图） 1蛋白质和多肽的分析分子量测定分子量是蛋白质、多肽最基本的物理参数之一，是蛋白质、多肽识别与鉴定中首先需要测定的参数，也是基因工程产品报批的重要数据之一。分子量正确与否往往代表着所测定的蛋白质结构正确与否或者意味着一个新蛋白质的发现。生物质谱可测定生物大分子分子量高达400,000Da，准确度高达0.1%-0.001%，远远高于目前常规应用的SDS电泳技术与高效凝胶色谱技术。生物质谱配以响应的软件还可实现对组合化学多肽产物的快速测定。（3图）肽谱测定（Peptide Mapping）基本概念：蛋白酶切（图）肽谱是基因工程重组蛋白结构确认的重要指标，也是蛋白质组研究中大规模蛋白质识别和新蛋白质发现的重要手段。生物质谱可测定肽质量指纹谱，并给出全部肽段的准确分子量，结合蛋白质数据库检索，可实现对蛋白质的快速鉴别和高通量筛选。肽序列测定技术基本概念：b-形离子，y-形离子（图）肽序列标签技术（peptide sequence tags）构成蛋白质的常见氨基酸有20种，一段3个氨基酸的肽段碎片将有8,000种可能的排列方式，4个氨基酸将有160,000种排列方式，即一个特定的4个氨基酸序列的出现概率为1/160，000。因此即使对于不是很大的原核生物的蛋白质组来说，一个短的序列片段也具有很高的特异性。生物质谱技术中的串联质谱技术可直接测定肽段的氨基酸序列，将串联质谱产生的肽段序列用于数据库查寻，称之为肽序列标签技术，目前广泛应用于蛋白质组研究中的大规模筛选。较之传统的Edman降解末端测序技术，生物质谱具有不受末端封闭的限制，灵敏度高，速度快的特点。(图)肽阶梯序列技术(peptide ladder sequencing)采用不同浓度的蛋白酶分别降解同一蛋白或多肽，产生长短不等的一组多肽样品，根据质谱测定的肽段质量间的差异推导出多肽的序列。（图）疏基和二硫键定位二硫键在维持蛋白和多肽三级结构和正确折叠中具有重要作用，同时也是研究翻译后修饰所经常面临的问题，自由疏基在研究亚基之间及蛋白与其它物质相互作用中具有重要意义。将生物质谱技术中的串联质谱技术与蛋白酶切、肽谱技术相结合，可实现对二硫键和自由巯基的快速定位与确定。在含有多二硫键结构的活性多肽与蛋白质研究中有重要用途。（图）蛋白质翻译后修饰：蛋白质在翻译中或翻译后由于不同功能所需会发生二十多类修饰，其中最常见的是磷酸化和糖基化，具有重要生物学功能的蛋白质往往存在翻译后的修饰，这些修饰将影响蛋白质的电荷数、疏水性、构象和稳定性，进而影响其生物活性。串联质谱技术是目前最有效的对蛋白质翻译后修饰进行识别与鉴定的分析手段。这方面的研究已有大量文献报道。鉴于修饰的多样性，目前已有报道认为，可结合生物质谱技术，建立蛋白质修饰数据库FindMod，其完善和发展必将推动蛋白质大规模鉴定的进程。糖基化：蛋白质的糖基化经常是不均一的，因而在质谱图上常常出现相差一定质量数的一组峰。将蛋白酶切、糖苷酶切与质谱技术相结合，可以测定糖蛋白的准确分子量，碳水化合物含量，糖基化位点，糖苷键类型以及寡糖序列。（2图）磷酸化：激酶与磷酸酶调控许多蛋白的活力是通过快速可逆的磷酸化和去磷酸化。因而鉴定蛋白质的磷酸化位点对于了解这些酶的调控作用有重要意义。蛋白质的磷酸化常发生在酪氨酸、丝氨酸和苏氨酸。一个磷酸化使蛋白质的分子量增加79（PO3-）。利用蛋白酶切与质谱的前体离子扫描技术，可以确认蛋白质磷酸化位点（图）生物分子相互作用及非共价复合物：蛋白质与其它生物分子相互作用在信号传导、免疫识别、药物作用靶标的寻找等方面有重要作用。也是国际上研究的热点。软电离技术的发展，促进了非共价复合物的研究。质谱研究已涉及了分子伴侣对蛋白折叠作用、蛋白/DNA复合物、RNA/多肽复合物、蛋白质-过渡金属复合物及蛋白-SDS加合物等多种类型的复合物的结构及结合位点的研究。（图）2寡核苷酸和核酸的分析人类基因组有30亿个碱基，但真正与疾病有关的只是少数可变的基因。基因库中有一个很丰富的资源是300万个单核苷酸多态性片段（SNPs），它们可以作为药物基因组学中基因型和表型的纽带。SNPs不一定要准确定位，关键是测定其在种群中出现的频率及其遗传和表型的关系，这便需要大规模的测序技术。Griffin T.J.等用浸染剪切分析（一种不经PCR而可以直接进行SNPs分析的信号放大方法）结合MALDI-TOF-MS分析人基因组SNPs，该法节省时间，又适于高通量分析，有利于特异性基因的定位、鉴定和功能表征。DNA在内环境中的温度、pH、机体代谢过程产生的超氧化物自由基，外环境中的各种化学物质（如烷化剂）、物理因素（紫外线等）各种条件作用下，都可能发生损伤，若损伤不能及时修复，就会产生严重的生物学后果，各种条件下DNA损伤的质谱研究多有报道。采用MALDI-TOF/MS已经实现对数十个碱基寡核苷酸的分子量和序列测定。此技术可用于天然或人工合成寡核苷酸的质量控制。（图）3药物代谢近年来质谱在药物代谢方面的研究进展迅速。其主要研究药物在体内过程中发生的变化，阐明药物作用的部位、强弱、时效及毒副作用，从而为药物设计、合理用药提供实验和理论