Q_TofUltimaGlobal质谱仪的简介及应用_图文

1、Q-Tof Ultima G lobal质谱仪的简介及应用钟丽君万乐人彭嘉柔(北京大学医药卫生分析中心北京100083摘要简要介绍Waters公司Q-T of Ultima G lobal质谱仪的工作原理及性能特点,并从使用的角度介绍该仪器的软件及离子源特点。关键词Q-T of质谱蛋白质组学生命科学被誉为21世纪的最前沿科学之一,随着人类第一张基因序列草图的完成和发展,生命科学的研究也进入一个崭新的后基因组学时代,即蛋白质组学时代。正如基因草图的提前绘制得益于大规模全自动毛细管测序技术一样,后基因组研究也正在借助于现代生物质谱等技术得到迅猛发展。质谱的开发历史要追溯到20世纪初J1J1Thom

2、s on创制的抛物线质谱装置,1919年Aston制成第一台速度聚焦型质谱仪,成为质谱发展史上的里程碑。现今,质谱分析的足迹已遍布各个学科的技术领域,在固体物理、冶金、电子、航天、原子能、地球和宇宙化学、生物化学及生命科学等领域均有着广阔的应用。质谱技术在生命科学领域的应用,更为质谱的发展注入新的活力,形成独特的生物质谱技术。电喷雾质谱技术和基质辅助激光解吸附质谱技术是诞生于20世纪80年代末期的两种电离技术。这两项技术的出现使传统的主要用于小分子物质研究的质谱技术发生革命性的变革。它们具有高灵敏度和高质量检测范围,使得在pm ol(10-12至fm ol(10-15水平上准确地分析分子量高达

3、几万到几十万的生物大分子成为可能,从而使质谱技术真正走入生命科学的研究领域,并得到迅速的发展。2003年9月北京大学医学部引进美国Waters 公司2002年最新推出的Q-T of Ultima G lobal质谱仪。该仪器将电喷雾(ESI质谱技术和基质辅助激光解吸附(M A LDI质谱技术整合在一台仪器上,而且ESI和M A LDI两种模式之间可以快速切换,因此给生物化学研究提供一个灵活的空间。为叙述方便以下用Q-T of代表该质谱仪。1Q2Tof质谱仪简介Q2T of是由四极杆质谱和飞行时间质谱组成的串联型质谱仪(结构见图1。四极杆在MS模式下有离子导向作用,在MS/MS状态下有质量分选功

4、能。装有反射器的飞行时间(T OF分析装置与四极图1质谱仪V模式工作原理示意图杆垂直配置,在MS和MS/MS状态下均有质量分析功能。在四极杆和T OF分析器之间是碰撞活化室(HEX APO LE C O LLISI ON CE LL,能够实现碰撞诱导解离(CI D,在进行MS/MS质谱实验时,第一级四极杆质谱选取单一离子并将它送入碰撞活化室与惰性气体(氩气发生碰撞并使母离子发生诱导裂解,碰撞活化室由六极杆组成,在工作状态下极杆上仅有射频电位, 因而所有离子均能通过碰撞活化室,到达垂直飞行时间质谱的加速器中,在推斥极的作用下,离子进入T OF2MS进行质量分离,仪器的最终检测器为高敏感性的微通道

5、板。由于此仪器配以电子喷雾电离源(ESI和基质辅助激光电离源(M A LDI,可以分别实现与高效液相色谱联用或直接进样。为适应研究的需要进一步提高分辨率,此仪器装有多级反射器(W型,由于多级反射,其分辨率可达20000 (FWH M左右(见图2。ESI源由电喷雾探针和Z2 spray源组成,Z2spray技术是Waters的专利技术(见图2装有多级反射器质谱仪W模式工作原理示意图23现代仪器二五年第一期图5送检样品的T OF MS 谱图图中箭头为双电荷峰图3,可以有效防止离子源和仪器污染,防止热裂解,广泛适合HP LC 各种分离条件并提高灵敏度,源隔断阀可有效保护真空系统和检测器易于清洗离子源

6、而无需放空仪器 1 。图3使用Z -spray 技术工作原理示意图样品喷入后其溶剂被锥孔气体(C one gas 吹散,中性分子和离子在一级真空泵负压的作用下被吸入离子盒(I onblock 并推出,在电场的作用下只有离子发生偏转进入离子传输通路(T rans fer optics 。2Q -Tof 的工作模式Q -T of 可以进行多种模式的质量检测,主要包括MS Scan 、T OF MS 和T OF MS MS ,这些模式同样可以用于负离子的检测。MS Scan 不用于样品的测定,只用于对四极杆部分进行校对。T OF MS 是Q -T of 的主要工作模式之一,用以获得肽指纹图谱及蛋白质

7、的图谱,该仪器装有的MaxEntl 软件可将多电荷图谱转化为单电荷图谱(见图4。图所示为BS A 的多电荷谱图,经软件转化后能体现出其含有的多种成分的分子量,有助于对样品的组分进行分析和测定。T OF MS MS 模式则可以进一步选择肽指纹图谱中的肽段来进行二级质谱 (见图5。二级质谱得到的图谱经MaxEnt3软件处理后可以对该肽段氨基酸的序列进行鉴定(见图6。从而得到更大量的信息,增加鉴定结果的准确性,有利于对未知蛋白的研究。3与Q -T OF 匹配的离子源Q -T OF 可接的离子源有APCI 源、ESI 源、M A LDI源,本实验室以蛋白质组学研究为首要目标,依据生物质谱的特点配有ES

8、I 源、M A LDI 源。311ESI 源31111N ormal Flow E lectrospray 与注射器相连可以离线检测蛋白质样品,但其要求样品量较大。31112Nan oflow E lectrospray 3111211Nan o -LC Option 与注射器相连可以离线图4图A 为BS A 的多电荷谱图图B 为转化后的BS A 的单电荷谱图33二五年第一期仪器评介 图6选择任意双电荷峰得到二级质谱后进行氨基酸序列标识本图得到的氨基酸序列经网上检索为Creatine kinase (肌氨酸激酶。检测蛋白质样品,也可以在线检测LC 分离样品。液相色谱与质谱联用技术发展迅速,使之

9、已经成为蛋白质组学研究的重要手段,目前液质联用已经做到自动化,可以高效的分析混合的蛋白质样品2。液质联用后可以应用W aters 公司特有的专利软件DDA (Date Directed Analysis ,DDA ,其功能适合于复杂化合物的分析、酶解蛋白质氨基酸序列和翻译后修饰分析。DDA 步骤为(1MS Survey ,第一级四极杆、碰撞室仅聚焦传输离子流至T OF 区域,获得单极高分辨T OF 质谱图。(2自动切换至MS/MS 分析,根据单极T OF 质谱图分子离子峰值、电荷数、域值、相对或绝对强度设置,第一级四极杆依次选择单一分子离子峰完成碰撞诱导解离,T OF 分离检测后获得高分辨质谱

10、数据。(3自动网上检索。DDA 可自动切换分别采用高、低能量碰撞或根据分子离子峰通过程序扫描自动优化碰撞能量。3111212G lass Capillary Option 用于离线质谱检测110L 的蛋白样品。其特有的设计可以使1L 的样品连续工作30min ,对微量样品的研究极为有利。为确保质量测量精度该仪器采用Lockspray 双喷雾针设计,它是waters 公司的专利,它使Q -T OF 系列高分辨精确质量数测定准确(<5ppm ,其操作软件masslynx 自动控制Lockspray 双喷雾通道,最小切换时间降低离子源内校正参考物与分析物之间相互离子抑制效应,以达到实时动态分析

11、。液相色谱与Q -T OF 联机分析时Lockspray 消除液相色谱流速、梯度影响,确保联机后的高分辨分析。312MA LDI 源诞生于20世纪80年代末期的M A LDI -T OF MS 技术,极大地推动传统的主要用于小分子物质研究的质谱技术发生革命性的变革,从而生物质谱技术发展迈入新的时代。M A LDI -T OF MS 以其高灵敏度、极高的质量上限,分离效率高、分析速度快、信息直观等特点在分析多肽、蛋白质和高分子聚合物方面具有无法比拟的作用3。本仪器配有waters 公司独特的lock m ass 功能,保证每个样品在临近点获得校正,并动态校正仪器漂移和偏差以保证数据的准确度。4结

12、语自1996年第一代Micromass 公司高分辨高灵敏度Q -T of 仪器推出后,经不断的发展,目前Q -T of Ultima G lobal 型串联质谱仪结合电喷雾源(ESI 、基质辅助激光解离源(M A LDI 、质量锁定(LOCK 2SPRAY 、四极杆选择离子传输方式、T OF 高分辨高灵敏度优点于一体,必将在蛋白质组研究,氨基酸序列快速测定,未知物结构测定,药物开发和药物代谢分析等领域发挥巨大的作用。参考文献Q -Tof ultima global mass spectrometry and its use in proteomicsZhong Lijun Wan Leren Peng Jiaorou(Peking University ,Medical Health Analitical lentre Beijing 100083Abstract This thesis gives a brief introduction to Q -T of Ultima G lobal Mass S pectrometer from Waters C