“100家实验室”专题：访中科院化学所北京质谱中心

　　为广泛征求用户的意见和需求，了解中国科学仪器市场的实际情况和仪器应用情况，仪器信息网自2008年6月1日开始，对不同行业有代表性的“100家实验室”进行走访参观。近期，仪器信息网工作人员参观访问了本次活动的第三十四站：中国科学院化学研究所北京质谱中心。

　　中国科学院化学研究所北京质谱中心，是根据《国务院关于“九五”期间深化科技体制改革的决定》中提出的“要采取有力措施，促进共建、共用大型仪器设备”的精神，由科学技术部、中科院和教育部共同出资，于1998年12月建立。

　　北京质谱中心成立以来，成功完成其科学研究、人才培训、测试服务三个中心的功能定位，作为面向全国科研机构和生产企业的开放性公共技术平台，充分发挥了现有仪器的性能，不失时机地开展了各类质谱学和质谱应用技术方面的科学研究，取得了一批具有创新和实际应用意义的科研成果，增加了自身的质谱技术储备。

　　王光辉研究员和熊少祥研究员热情接待了仪器信息网到访人员，据介绍，北京质谱中心装备了多台不同类型的质谱仪，配有多种电离技术。其中，傅立叶变换离子回旋共振(FT-ICR)质谱仪是中国大陆引进的第一台超高分辨率质谱仪，无论使用哪种电离技术，都可以给出准确的离子质量数，误差小于百万分之四(外标法)，可以进行多级质谱分析。　　

　　我国第一台FT-ICR质谱仪

　　这台仪器承担着重要的检测任务，自运营后基本上都是24小时运转，除去节假日，很少停机。在我们采访之际，了解到这台FT-ICR质谱仪的真空泵停止了运转，王光辉研究员正带领实验室的部分工作人员维修这台FT-ICR质谱仪。由于其复杂的结构和电路，所以一旦出现故障，其维修过程也是一个高难度、高挑战的巨大工程。王光辉研究员利用多年的质谱操作经验，仔细研究了真空泵的内部构造，甚至自己研究各个部件的电路图，关键部件的维修和调试过程中，完全是靠自主研发和自购原材料，为国家和本实验室节省了很大的维修费用。　　

王光辉老师向我们讲解维修仪器的技术难题

　　就在截稿之日，记者通过电话了解到，这台高端精密仪器已经修理完毕并投入使用，在短短的两天内，已分析了近百个高难度的样品，获得数据的准确度多在2ppm左右，充分说明这台仪器已达到维修之前的最佳水平。

　　另外，北京质谱中心还配有基质辅助激光解吸电离-飞行时间(MALDI-TOF)质谱仪，这台仪器则可以分析分子量高达数十万的分子。　　

Autoflex III飞行时间质谱系统(MALDI-TOF)

　　北京质谱中心其他的分析仪器：　　

QP2010型GC/MS质谱仪　　

GCT型GC-TOF质谱仪　　

2010型LC/MS质谱仪　　

Ultima Global型Q-TOF质谱仪

　　北京质谱中心是中国第一个大型科学仪器共用中心的试点，目的是要统筹资金、共享仪器，建立一个仪器配套、人员精干的专业化大型仪器中心。北京质谱中心自1998年成立后每年国家拨款20万补贴，作为仪器维护、实验室运转的费用。自2009年开始，国家不再供给补贴，中心完全自负盈亏。而记者了解质谱中心每台仪器的维护成本相当高，以FT-ICR质谱仪为例，平均每年的液氦需要8万左右，再加上液氮的费用，一年的维护成本就已经达到十几万。

　　由于集中使用资金，保证了北京质谱中心能有精良而配套的质谱仪器，因此可以承担覆盖面很广的各种分析任务：从非极性分子到极性分子，从有机物小分子到生物大分子及合成高分子，从纯化合物结构分析到复杂混合物的联用分析，从一般性结构分析到疑难的结构分析。

　　北京质谱中心成立至今，为中科院、教育部、卫生部、公安部、军事医学科学院等部委所属的研究机构和国内生产企业提供了大量的高质量分析测试服务。所测样品种类繁多，来自全国各地，许多是在当地难以解决的高难度样品和问题。样品中三分之二以上属于国家自然科学基金、攀登计划、863、973、国家科技攻关、国防军工等重要项目。

　　北京质谱中心的科研人员在完成分析测试任务的同时，积极开展相关的科学研究。其获得的学术成果，在国内外核心学术期刊上发表论文约100篇，并多次被邀请作大会报告或专题报告，达到了扩大北京质谱中心影响，与国内外同行交流学术思想和工作经验的良好效果。　　

王光辉研究员(左二)、熊少祥研究员(左三)和仪器信息网工作人员

　　采访后记

　　本次采访过程中，令笔者印象深刻的莫过于：王光辉研究员带领北京质谱中心工作人员成功维修、升级改造中国第一台FT-ICR质谱仪的事情，除去科研人工成本之外，仅仅再投入几万元的资金就使这台高端仪器重新运转起来、充分发挥其效能。

　　可以说，大型科学仪器设备的升级改造，对于改善我们的科研基础条件，逐步提升现有大型科学仪器的应用水平，具有非凡的意义;同时，充分挖掘现有科技资源的潜力，盘活了国家固定资产，又具有良好的经济社会效益。

　　目前，由于市场需求与行业发展，国家的确需要投入大量的人力、物力新建各种检测机构，但同时也可能存在重复建设的情况，或许政府机构对检测机构应合理规划，并对已有检测机构给予更多支持或进行结构调整，同时，科技部与各地省市部门在大型仪器设备升级改造项目支持政策上适度倾斜，在资源共享的基础上充分发挥新老检测机构的功能。

　　附录：北京质谱中心近几年取得的学术成果

　　北京质谱中心先后主持、参加了国家自然科学基金、中国科学院重大项目、北京市自然科学基金等多项研究项目。这些研究项目的组织和实施，充分发挥了北京质谱中心的研究中心功能，在分析方法上取得了一批具有创新性意义和实用价值的成果，极大地支持和促进了化学和生命科学中的基础研究。现略举数例如下：

　　(1)首次发展了一种简便易行而且廉价的样品靶表面处理方法，可以在靶面上形成一层疏水薄膜，从而使分析样品的最小需要量下降了约2个数量级，对于分子量为1000左右的多肽，在样品靶改进之前，需要约0.1 pmol的样品才能得到信噪比S/N > 10:1的质谱图，而样品靶处理之后则只需要约1 fmol的样品即能得到信噪比相当的质谱图(灵敏度提高了2个数量级)，而且质量测定的误差由原来的大于100ppm下降到小于30ppm。这一成果对当前处于研究热点的蛋白质组研究具有重大的应用价值，解决了含量低的蛋白质组分，用常规的质谱技术无法检测的难题。已经成功地用于研究脊椎损伤修复过程蛋白质或多肽的变化等项目中的蛋白质鉴定。

　　(2)用电喷雾电离-傅立叶变换离子回旋共振质谱，分别测定了从牛脑、蝎毒、芋螺毒素、蚯蚓中提取分离得到的具有生物活性的蛋白质的精确分子量，方法简单、快速。研究的从罂粟花粉中分离得到的17肽，其对人胃癌肿瘤细胞(BGC-823)和膀胱癌肿瘤细胞(ET)有一定的抑制效果。另外，用ESI/CID方法，分析了多种具有生物活性的多肽，分别获得了完整的b系列离子及y系列离子，从而准确地确定了多肽的序列，其具有的高分辨、高准确度特点，是其它质谱无法相比的。

　　(3)研究了用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱测定了一系列甲克型液晶高分子材料的新方法，获得了分子量分布规律，确定了末端基;测定了一系列发光高分子材料的分子量分布及推断其不同的末端基。准确地确定了高分子材料的结构。为改进合成工艺和改善高分子材料的性能提供了可靠的实验数据。其分析方法和实验数据推广应用到了包括国外新加坡大学等单位。

　　(4)利用傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR-MS)，分析了复合粘土和采油添加剂样品中的两类复杂表面活性剂成份。结果表明：高分辨FT-ICR-MS，可以简单、快速、准确地获得两类化合物的结构信息，利用其高准确度的质量测定数据，计算出复杂样品中各组份的元素组成，鉴定出具体化合物，显示了FT-ICR-MS的在分子结构分析和未知物鉴定中的强大能力。

　　(5)对基质辅助激光解吸电离飞行时间(MALDI-TOF)质谱表征大环多糖进行了研究，探讨了基质种类、添加剂、样品浓度、制备方法等因素的影响，建立了MALDI-TOF质谱分析大环多糖的方法，对两个从植物中提取得到的实际样品，进行了测定，获得了满意的结果。

　　(6)选用了包括纳米粒子在内的多种化合物作为基质或辅助物，以甘油、硝基苄醇、液体石蜡等为溶剂，形成了多种不同组成的液相基质。以多肽、蛋白、大环寡糖、小分子有机化合物等为测试样品，系统地考察所用液相基质对各种类型化合物的MALDI-TOF质谱分析的适用情况，找到了一些具有较大普适性的液相基质体系，建立了新的利用液相基质定性、定量的MALDI-MS分析方法。

　　(7) 目前，将内标物引入质谱中以保证质量测定准确度的方法，还存在许多问题。最近本实验室发明了一种新型的多功能大气压下离子枪(已申请专利)，使用这种离子枪的组合，能方便、可靠地将内标物引入质谱中，从而显著地提高了质量测定的准确度，该方法已在本实验室的 Q-TOF质谱仪上进行严格的考查，在三个月的日常分析中，分析了近百个各种类型的实际样品，获得质量测定准确度在3ppm。Q-TOF质谱仪装备了该离子枪后，性能得到显著提高。该离子枪还可用于进行多种分子离子反应的研究。