飞行质谱仪

日前，由福建省计量科学研究院承担的国家质检总局科技计划项目《飞行时间质谱仪计量技术研究》(项目编号：2011QK186)通过专家验收。　　随着科技的发展和分析技术的进步，高分辨质谱的性能不断提升，应用领域逐渐拓宽。飞行时间质谱仪(Time of Flight Mass Spectrometer，TOF)是一种新型质谱仪，是继磁质谱仪、四极杆质谱仪之后的第三代具有广泛用途的质谱仪器，具有可检测的分子量范围大、扫描速度快、仪器结构简单、价格便宜等优势。　　近年来尤其随着蛋白质组学和代谢组学的发展，各实验室飞行时间质谱的数量迅速增加，越来越多的检测和校准实验室配备了飞行时间质谱仪。拒不完全统计，各个检测和校准实验室每年使用飞行时间质谱出具的报告多达千份。　　但由于国内缺乏对飞行时间质谱仪的相关标准，难以保证这类仪器的准确性和测定结果的可溯源性。针对此问题，福建计量院提出了评价飞行时间质谱仪的技术特性要求，并建立了技术性能的测试方法，能够保证其测量数据的可靠和准确。　　资料显示，福建计量院隶属于省质量技术监督局，为依法设置并由国家质检总局授权的省级法定计量检定机构和福建省量值溯源中心。全院拥有检测、科研用房13000平方米，其中恒温恒湿实验室面积为3400多平方米。拥有计量标准器、检测设备3500多台(套)。　　福建计量院经国家质检总局和省质监局考核并批准建立的经济社会发展需要的公用计量标准达268项 具备经中国合格评定国家认可委员会会认可的校准能力516项，检测能力83项 经国家法定计量检定机构考核并计量授权的检定能力444项，校准能力469项以上。取得水表、电能表、非自动衡器、称重显示器、称重传感器和电子天平等6项国家型式评价实验室资质。　　近年来，福建计量院负责的科研项目屡屡获奖，此次承担的国家质检总局科技计划项目《飞行时间质谱仪计量技术研究》顺利通过验收，不但解决了对飞行时间质谱仪评价测试问题，还为计量校准机构、实验室提升检测技术能力起到了促进和保障的作用。

10月31日，沈阳出现首个严重污染天气，针对此次重污染天气，辽宁省环境监测中心站出动了飞行质谱仪，对沈阳上空的空气成分进行了监测。飞行质谱仪是啥?它是如何运作并分析出污染源的?在何种天气下才会启动飞行质谱仪呢?带着以上疑问，沈阳晚报、沈阳网记者采访了省环境监测中心站的工作人员。　　飞行质谱仪，全称叫做在线单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪，是专门设计用于大气气溶胶研究和测量的有力工具。它用于在线监测空气中单个PM2.5颗粒的质谱特征，进一步解译出水溶性阳离子、元素碳、有机碳等化学组分。通俗地说，就是从环境中监测到污染颗粒物，含有硫酸盐、硝酸盐、铵盐等不同化学成分，把这些化学成分作为&ldquo 指纹&rdquo 去&ldquo 破案&rdquo ，并分析每类源的含量及大类源的含量，得出源分配比例。飞行质谱仪不是在空中飞行的仪器，据介绍，它的体积约2立方米，重达300公斤，可车载或实验室固定使用。相比于半年到一年才能出结果的人工化学分析方法，在线源解析效率大为提高，1-2个小时内做出源解析。飞行质谱仪有无雾霾天均可使用。　　省环境监测中心站工作人员表示，据10月31日17时至21时的监测数据分析，当时空气中以钾为主要特征的二次无机盐粒子数量占比达66%，是平时的3倍左右。可得出秸秆焚烧是本次严重污染的主要原因，但也有燃煤源、工业源和机动车尾气的&ldquo 贡献&rdquo 。

p　　毫厘之差，已远不能形容现代科技测量的变化范围。高新技术企业北京毅新博创生物科技公司研发的飞行时间质谱仪，能在纳秒级对物质分子量进行测定，更敏锐地发现基因变化。记者日前获悉，该技术产品已获得北京市科委新技术新产品认证。/pp　　1纳秒相当于十的负九次方，即十亿分之一秒，飞行时间质谱仪的精度可见一斑。通过这一技术，可测定基因、蛋白、糖基的变化，从而发现肿瘤、缺陷基因等突变，在优生优育、精准医学、分子遗传育种等领域有着极广的应用。此前，该技术和产品均被国外垄断。/pp　　据项目工程人员介绍，该技术利用试剂把基因、蛋白质等生物大分子离子化后，在高能脉冲电压作用下，让其“飞一会儿”，最终通过测量离子飞行时间，计算分子量的变化，分析出基因或蛋白中发生的具体变化。/pp　　“精度可以达到分子量的千分之一量级。”毅新博创董事长马庆伟介绍。在一般初中和高中的化学课本中，精确到个位数的分子量，已足够人们去计算各种化学反应中物质种类、数量的变化。测量到千分位后，对分子内部变化都可以“明察秋毫”。举例说，水的分子量是18，如果精确到千分位，就可知道水分子中不同元素的同位素比例，来自长江、黄河的水即使提炼为纯净水，也一样可以迅速、精确地分辨出来。/pp　　该项目运用到临床中，可提前预警肿瘤。一位70岁的患者肺部出现阴影，但无法确诊是否是肿瘤。通过飞行时间质谱仪，检测到基因出现变化，并准确判断出血液循环肿瘤DNA中“KRAS”基因发生了突变。这名患有结肠癌合并肺转移的患者手术后，通过测量血液循环肿瘤DNA，术后第二周就可以发现基因突变，预警肿瘤复发，而目前临床检测手段直到术后第八周才能确诊肿瘤是否复发。/pp　　据介绍，飞行时间质谱仪对肿瘤的检测灵敏度，要比基因测序检测提高十倍。基因测序需要将所有基因测一遍，才能发现突变基因；而飞行时间质谱仪可以很精确地检测发生突变的基因位点。过去寻找基因中的突变靶位，需要几天时间才能完成基因测序，解读测序数据又需要花费几周时间。而利用飞行时间质谱仪几个小时就能完成检测，速度提升数十倍，患者所花费的检测费用也会大幅降低。/pp　　高精度的飞行时间质谱仪应用非常广泛。例如，用在优生优育领域，可以无创检测侏儒症、先天性耳聋等基因，完成产前检查、新生儿筛查 用在分子遗传育种领域，可以快速、准确找到优势基因，实现精确杂交，过去几年才能完成的杂交育种筛选，有望一两年内就能完成。目前飞行时间质谱仪已经开始在水稻、玉米、小麦等品种中建立基因数据库，下一步将在花卉、蔬菜、奶牛、蛋鸡等品种中开展基因数据库的建设，为推出高产、高质的新品种奠定分子基础。飞行时间质谱仪还可以用于病毒分析等微生物检测。/pp　　“之前，这一领域是外国技术的天下，现在终于实现中国‘智’造。”马庆伟介绍，这项完全自主知识产权的技术，已经申请发明专利60余项。今年年底到明年年初，马庆伟计划与美国霍普金斯大学合作建立一个实验室，让这项新技术接受国际竞争与挑战。/p