几种质谱仪的介绍

几种质谱仪的介绍

1. QSTAR PUlsarl型串连四极杆飞行时间液质联用质谱仪

1.1设备型号、厂家、图片

设备型号：QSTAR Puslar

厂家：北京师范大学蛋白质组学研究中心

图片：

1.2工作原理、相关理论知识及技术参

数

QSTAR是将传统的四极杆质谱与

飞行时间质谱相结合，构成串连型质

谱。该仪器由两大部分组成，即水平方

向的四极杆部分和垂直方向的飞行时

间部分。其中四极杆部分由卿、Ql和

Q2三个主要部分组成，飞行时间部分

由加速器、反射器和检测器组成(见图

1)。如果将QSTAR与三级四极杆质谱

做个比较，就可以看出，QSTAR比三

级四极杆多一个Q0，而三级四极杆质

谱的质量分析器Q3则由时间飞行质谱

替代。

在强电场的作用下，使ESI源的样品溶液带上电荷喷出，并形成微粒，飞行微粒首先与逆向运动的气帘气迎面相遇，其中未带电荷的微粒将被气帘气吹出，而带电微粒则在电场的作用下继续前进，其中的液体则在气帘气的作用下挥发而随气流流出，从而将电荷留给肽段使之成为带电粒子。肽离子在电场的作用下进人Q0，Q0为由一组施加射频电压的四极杆组成的预过滤器，离子在Q0中经过聚焦后进入Ql，Q1为四极杆质量过滤器，即可以通过在四极杆上施加特定的电压选择特定质荷比的离子通过，也可以通过连续变化的电压(扫描)使所有质荷比的离子通过。Q2为离子裂解室，接有裂解气(氢气或氮气)。经Ql选择的离子进人Q2后被裂解。QSTAR的Q2附加了脉冲式的离子延迟装置，称为O2巧151皿。通过一个延迟电压.使向TOF飞行的离子速度变慢，从而起到离子富集的作用。其基本原理可以简单的比喻为脉冲式的“关闸蓄水，然后突然放水”，使原来的涓涓细流变成“洪峰”(离子流的高峰)进人TOF的加速器，从而使每次加速器加速的离子增加。对于质荷比高于600的离子的富集效果为3一5倍，低于600的较小离子的富集效果一般为1o一20倍。离子经过Q2Pulsing后进人TOF部分，并被加速器的在垂直方向加速，然后通过反射器到达检测器。QSTAR的灵敏度在fmol级，分辨率一般在8000以上。

1.3应用

基因组学的发展得益于大规模测序技术，蛋白质组学的兴起则离不开生物质谱技术。“组学”的含义在于研究的对象不是一个或几个基因或蛋白，而是“全部”的基因或蛋白。因此蛋白质组学的发展需要像基因测序技术那样大规模、高通量地分析鉴定蛋白质的技术。蛋白质的质谱鉴定技术为蛋白质组学提供一个比较理想的平台，尽管其还无法达到基因测序技术的夫叫漠与速度。目前蛋白质组研究中最常用的质谱有离子阱、四极杆质谱和傅立叶变换质谱，其分析生物大分子的能力各有所长，同时也各有所短。因此，目前新推出的

功能更强大的生物质谱多是串连质谱，串连质谱达到了取各家之所长，且避其所短的目的，

从而大幅度地提高生物质谱分析生物大分子的精确度和可靠性。

2. PE最新台式气相色谱/质谱仪TurboMasTM

1997年10月PE向全世界推出与Autosystem XL(GC联用的，以MS windows NT支持下软件操作的新一代的色质联用仪。

2.2工作原理、相关理论知识:

自动化高性能智能型的气相色谱仪一带有“4P’，新技术PPS一程序升温毛细管分流/不分流进样品，可独立地进行三阶程序升温，升温速率高达200℃/分，利用溶剂吹扫功能可实行大体积进样(LVI)，最高进样量可达150μl。(自动进样器50μl)。PPc1M一无旋钮和程序化全气路控制系统，‘可达12个气路区域PreventTM一有隔离型、溶剂吹扫增强型及省时型三种工作模式ProTectTM一利用PPc气路控制对预柱的气体流动方向和速度编程，实现对重组份在毛细管预柱中反吹而保护了毛细分离柱研究级的四极质谱仪带有预过滤的四极滤质器一13lmm×12mm钥四极杆16mm×12mm钼预过滤四极杆可保护主四极杆免受污染，并增加了离子传输率，提高了灵敏度。

2.3技术参数：

质量范围一2一1200Daltons(amu)

质量稳定性—士o.lm/z’48hrs

离子化方式一EI(标准型)，正/负化学离子化(任选件)

电离电压一10一100eV连续可调

灯丝材料一钨合金丝

真空系统一可选择:801/Sec空气冷却的油扩散泵

250L/sec。空气冷却的涡轮分子泵

(水冷却任选件)

抽真空时间一=

检测器一密封的长寿命光电倍增器

(汇传输线一可加热到50℃一350℃的毛细柱直接连接，

可安装内径0.53mm宽口径柱，流量高达5ml/min

离子源温度120℃一350℃任意设定

调机标样一PFTBA(FC一43)或用户自选

用涡轮分子泵

扫描速率，最高达6O00Da/Se。可调式

最大全扫描采样速率在50一650Da范围内5scans/sec

线性动态范围，浓度达105化合物，电信号104－107

决于采样速率单离子检测的离子数一32个离子的32组

灵敏度一EI全扫描:IPg八氟萘，在S/N10:1RMS(2:1对峰)

El单离子检测:100fg八氟茶，在S/N25:

IRMS(5:l峰对峰)

正化学离子化全扫描:10pg二苯酮.在S/N10:

1RMS(2:l峰对峰)

负化学离子化全扫描:1pg八氟蔡，在S/N20:

IRMS(4:1峰对峰)

2.4环境要求

供电一220V+16%，一10%，7 .SA，50/60比

室温一10℃一35℃

相对湿度一20一80%，无水滴冷凝

质谱外型一宽3ocmx深64cmx高4Icm，重45kg

2.5应用

TurboMasTM的设计和生产均符合ISO9001国际标准，它的问世是对现代化学分析实验室提供了一种性能出众、高质量、高可靠性而结构紧凑的台式四极质谱仪，配合PE的样品预处理技术，如HS一40顶空进样器.ATB400自动热脱附进样装置，这将在环境分析、精细化工、法医公安、医学制药、材料科学等有极其重要和广泛的应用。

3肖特基质谱仪

3.1肖特基质谱仪的原理

肖特基噪声和散粒噪声是电子管在高频使用时发现的.肖特基噪声的一个主要性能是,噪声电流的均方值〈i2〉=2Iedf.在此,平均电流I=Ne,e为电子电菏,N为电子数,df为所选频段.电子冷却存储环上肖特基质谱仪的信号是束流在两片十分靠近金属窄板间穿过时感应的信号.这对金属板称作拾取单元,带电荷Ze的束流离子在存储环中转一圈的时间为T,它是肖特基质谱仪信号的周期,通常在10-6s量级;回转频率f和圆频率ω有ω=2πf=2π/T的关系.如环中仅一个离子,f则是它每秒穿过拾取单元的次数.这时肖特基信号的均方值与2(Zef)2成比例,所以对高Z离子更灵敏,信号与噪声比和Z2成正比.

肖特基信号中含有周期性,其在t信号的乘积,或关联函数R(t)=〈U(t)·U(t+τ)〉,若单个离子在冷却存储环转一圈的回转周期为T,则τ=T,2T,3T,„nT(-∞

单个离子若偏离中心轨道,就会使肖特基谱存在线宽.更何况若有108个离子在存储环中,它们的速度无论在纵向或横向都有一些差别,则肖特基谱很宽.谱宽的FWHM相对值为 δf/f=nδf/nf=ηδp/p=δp/p(1/ 2-1/ 2t)这里 是相对论罗仑茨因子,它由离子速度β=v/c确定. t由存储环的磁场和注入条件所定,是一常数.电子冷却下dp/p将减小到5×10-7, 值也向 t趋近(通常

4ＱToF质谱仪简介

4.1工作原理

ＱToF是由四极杆质谱和飞行时间质谱组成的串联型质谱仪)。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能。装有反射器的飞行时间(TOF)分析装置与四极杆垂直配置,在ＭＳ和ＭＳ/ＭＳ状态下均有质量分析功能。在四极杆和ＴＯＦ分析器之间是碰撞活化室(ＨＥＸＡＰＯＬＥＣＯＬＬＩＳＩＯＮＣＥＬＬ),能够实现碰撞诱导解离(ＣＩＤ),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ＴＯＦ ＭＳ进行质量分离,仪器的最终检测器为高

敏感性的微通道板。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(ＭＡＬＤＩ),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(ＦＷＨＭ)左右。ＥＳＩ源由电喷雾探针和Ｚ ｓｐｒａｙ源组成,Ｚ ｓｐｒａｙ技术是Ｗａｔｅｒｓ的专利技术,可以有效防止离子源和仪器污染,防止热裂解,广泛适合ＨＰＬＣ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而无需放空仪器。

4.2应用

自1996年第一代Ｍｉｃｒｏｍａｓｓ公司高分辨高灵敏度Ｑ-Ｔｏｆ仪器推出后,经不断的发展,目前Ｑ-ＴｏｆＵｌｔｉｍａＧｌｏｂａｌ型串联质谱仪结合电喷雾源(ＥＳＩ)、基质辅助激光解离源(ＭＡＬＤＩ)、质量锁定(ＬＯＣＫ ＳＰＲＡＹ)、四极杆选择离子传输方式、ＴＯＦ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。

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。Ｑ-ＴｏｆＵｌｔｉｍａＧｌｏｂａｌ型串联质谱仪具有高灵敏度和高质量检测范围,使得在ｐｍｏｌ(10-12)至ｆｍｏｌ(10-15)水平上准确地分析分子量高达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。

5 Ｓａｔｕｒｎ（台式离子阱质谱仪）的串联质谱技术及应用

5.1基本原理

Ｓａｔｕｒｎ质谱仪在进行串联质谱操作时包含以下基本步骤:

(1) 电离被分析物,使其产生碎片离子

(2) 自碎片中筛选并储存母离子

(3) 激化母离子使其产生子离子

(4) 收集子离子质谱

Ｓａｔｕｒｎ串联质谱仪将上述步骤在相同的空间中循序完成,为时间串联式(Ｔａｎｄｅｍ-ｉｎ-Ｔｉｍｅ)质谱仪。Ｓａｔｕｒｎ串联质谱仪用于ＭＳ/ＭＳ分析至少有以下几个优点:

① 串联质谱仪的分析步骤均在同一空间完成,可减少离子传输损耗,提高灵敏度。 ② 串联质谱仪不需额外空间,亦不增加真空系统负担,硬体设备较为经济。

③ 由母离子产生子离子的条件容易控制,有很好的再现性与较高的转化率,且不需特殊

的操作技巧。

④ 系统体积小维护操作简单。

Ｓａｔｕｒｎ质谱仪的基本元件由一个环电极(ｒｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｄｅ)和两个端电极(ｅｎｄｃａｐｅｌｅｃｔｒｏｄｅ)组成,三个电极内表面均为双曲(ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ)面。Ｓａｔｕｒｎ串联质谱仪作用的三个电极间以绝缘体阻隔,互不接触。操作时通过环电极上射频(ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙ)交流电压,与端电极的交流电压交互形成三维空间的四极电场与轴向的二极电场,从而分离筛选母离子、激化母代离子使其产生更小的特性离子碎片并分析离子碎片质谱,完成串联质谱仪的功能。Ｓａｔｕｒｎ以Ｖａｒｉａｎ特有的波型板控制电路(ＷａｖｅＢｏａｒｄ)控制频率与强度,并在上述四个步骤前加上预扫功能(Ｐｒｅｓｃａｎ),系统会根据预扫功能判断被分析物的浓度,并实时(ＲｅａｌＴｉｍｅ)调整仪器参数,确保仪器有最佳的灵敏度与分辨率。速度是Ｓａｔｕｒｎ串联质谱仪的另一项特有技术,在该仪器上串联质谱加上预扫功能全程仅需0.2ｓ,足以确保快速且完整地分析待测物(图1)。

5.2Ｓａｔｕｒｎ质谱仪串联质谱技术的应用

串联质谱技术作为分析混合物和分子结构鉴定的重要手段,很早以前已在大型质谱仪上得到应用,在两个前后串联的质谱/质谱仪中,前级质谱主要用于担任分离工作,在样品被电离后,它只允许被分析的目标化合物的母代离子碎片,经过碰撞裂解后,由第二级质谱分析裂解后产生的离子碎片,由于上述过程的完成至少需要三个质量分离器串联而成,故在大型质谱

仪上应用串联质谱技术成本较高,而且操作比较复杂,从而限制了该技术的广泛应用。随着离子阱质谱仪的发展,利用其可实现时间串联的特性,即串联质谱的每个阶段在不同时间段进行,使用同一个离子阱质量分离装置就可以完成串联质谱的分析,甚至可以进行多级质谱的分析,Ｖａｒｉａｎ公司的Ｓａｔｕｒｎ串联质谱仪目前可以做到ＭＳ6。从而大大降低串联质谱分析的成本,而且性能优异的工作站软件也使该分析的操作变得十分容易。目前,该技术在环境分析、食品分析、生物分析等方面得到了广泛的应用。它不仅适用于复杂基体混合物的定性分析,而且可以利用得到二级质谱结果进行定量。

5.2.1环境分析

环境样品分析是目前串联质谱技术应用最多的一个领域,例如环境样品中二恶英、呋喃、多氯联苯、多环芳烃以及各种农药残留物的分析,一直是串联质谱技术应有的重点,目前,利用串联质谱技术Ｓａｔ ｕｒｎ2000质谱仪是目前市场上唯一的一台能满足ＥＰＡ1613方法测定环境样品中二恶英的台式质谱仪。在测定环境地表水的多氯联苯方面,该技术的检出限可达1ｐｇ·Ｌ-1(见ＶａｒｉａｎＧＣ/ＭＳＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＮｏｔｅ#64)。结合大体积进样和串联质谱技术,Ｓａｔ ｕｒｎ质谱仪在测定水中1ｎｇ·ｇ-1的多环芳烃时,可得到非常好的重现性,美国ＥＰＡ的试验结果显示利用串联质谱技术测定16个土壤样品中的20种农药残留物,在1ｐｇ·μｌ-1的检出限下,ＭＳ/ＭＳ的选择性和灵敏度要优于ＥＣＤ检测器。

5.2.2食品分析

蔬菜、水果、牛奶中农药残留物的检测由于样品本底复杂,难度一直很多,美国农业部的ＢｅｌＡｓｖｉｌｌｅ农业研究中心利用ＣｈｒｏｍａｔｏＰｒｂｂｅ直接进样杆技术和串联质谱技术分析了水果和蔬菜萃取物中22种农药残留物,结果表明上述技术即可以大大简化样品前处理过程,还可以得到良好的回收率和重现性,检出限小于2ｎｇ·ｇ-1,而美国纽约州农业署的食品实验室对蔬菜、水果、牛奶中100种农药残留物的分析表明,使用Ｓａｔｕｒｎ2000质谱仪的串联质谱功能,上述农药残留物的检出限可达ｎｇ·ｇ-1的范围。氯丙醇是化学合成酱油等调味品的副产品,试验表明,氯丙醇对人体有害,是致癌物,各国对其在调味品中的食量有非常严格的要求,欧盟的标准要求其低于0.01μｇ·ｇ-1,常规使用ＥＣＤ或质谱全扫描在测定ｎｇ·ｇ-1级的样品时,常驻常出困难,而利用串联质谱技术分析衍生物的样品,在5ｎｇ·ｇ-1时,其信噪比要大于10。

β-兴奋剂(盐酸克伦特罗)曾被放入猪饲料,以提高猪肉的瘦内,但其对人体有害,近来国内对其加强了管制,质谱检测是监管的主要方法,但因浓度较低,ｎｇ·ｇ-1级通常要使用选择离子方式代替全扫描以提高灵敏度,由于选择离子方式的局限性样品的复杂程度,有试验表明会出现错检的现象,而利用串联质谱技术,因有清晰的二级质谱结果作参考,故可以大大提高检测分析的准确性。

5.2.3生物样品分析

生物样品的复杂性使得在利用气质联用技术分析时,对样品的前处理技术提出非常高的要求,而使用串联质谱技术则可大大简化样品前处理过程,提高工作效率并且方便方法的优化开发。目前尿样中类固醇、滥用药物的分析,人发、汗液、血液中毒品的检测等应用都有了广泛的报道。例如,澳大利亚利用串联质谱技术测定血液中的ＴＨＣ,其检出限可达1ｍｌ·Ｌ-1,Ｍｕｎｏｇ Ｇｕｅｒｒａ等在利用Ｓａｔｕｒｎ质谱仪检测2000个体育比赛中的尿样时,有45个被普通全扫描漏掉的样品,在串联质谱功能下被检出限性,所分析的违禁药物有23种。

参考文献

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