质谱碎片峰

大家好，本周为大家分享一篇2024年发表在Analytical Chemistry上的文章，Panda-UV Unlocks Deeper Protein Characterization with Internal Fragments in Ultraviolet Photodissociation Mass Spectrometry1。该文章的通讯作者是来自北京蛋白质组学研究中心的常乘研究员以及中国科学院大连化学物理研究所的王方军教授。　　在过去的十年里，UVPD (193nm)因其出色的碎裂效率而备受关注。它能够产生a/x, b/y, c/z等多种类型离子，并能够对小于30 kDa的蛋白质提供近乎完整的序列裂解。它是完整蛋白表征的有利工具，能够提供序列、PTM、次级结构等丰富信息。常规的UVPD分析主要依赖于识别N-端或C-端碎片(a/x, b/y, c/z)，尽管已经满足大部分的小分子蛋白质(20 kDa)的需求，而对于大分子蛋白质的表征仍然有限。通过解析内部碎片(ax, ay, az, bx, by, bz, cx, cy, cz)而进一步获得更深度的序列信息是常用的策略。但由于内部片段数量庞大和匹配的低置信度，导致内部片段在很大程度上仍未得到充分利用。为了解决这一问题，作者开发Panda-UV这一新型软件工具，通过结合质谱校准技术和皮尔逊相关系数(PCC)评分系统，实现了UVPD内部碎片的有效识别和高精准匹配。Panda-UV有非常友好的界面，即便不具备编程技能也能使用(图1)。使用者需要提供蛋白序列、去卷积后的质谱数据、固定修饰信息、甚至非共价结合配体还能作为unlocalized modification添加进去用于holo-fragmemts的搜索。PCC评分系统将对碎片离子实验测定的同位素分布与理论计算的同位素分布进行比较，由此过滤掉低置信度的匹配。此外，软件中还增加了Mass Calibration用于校正实验测定的m/z或去卷积后的mass，以便获得更准确的内部碎片匹配和打分。　　图1. Panda-UV使用界面　　具体工作流程如图2所示，当设定好所有参数提交后，程序会先进行碎片匹配。首先以20 ppm进行N-端或C-端的碎片匹配，计算所有匹配上离子的平均质量误差(ppm)，此误差将带入以下公式mass_calibrated = mass/(1 + error × 10-6)，用于去卷积后的质量校正。该步骤可以尽可能扣除由仪器测定引入的误差，以便后续更准确的打分和匹配。完成校准后，再使用用户自定义ppm对校准后的去卷积质量进行第二轮碎片匹配。完成碎片匹配后，进入碎片PCC打分阶段。通过根据碎片离子的带电荷量以及化学式生成理论的同位素分布，将其与实验测定的同位素分布进行比较，主要比较同位素峰之间强度的变化趋势。完成PCC打分之后，需要删除不明确的匹配。由于理论搜索空间大，一个实验碎片可以在定义的质量误差范围内(ppm)匹配多个理论碎片，综合考虑质量误差和PCC评分，以去除歧义匹配。完成碎片匹配后，Panda-UV会根据蛋白序列和碎片匹配结果绘制蛋白整体的碎裂图以及各个残基位点的末端/内部碎片强度汇总图。　　图2. Panda-UV工作流程　　通过在三种模型蛋白质上进行全面基准测试，展示了Panda-UV强大性能(图3)。内部片段的加入使得识别的片段数量提高了26%，并将平均蛋白质序列覆盖率提高到了93%，解锁了模型蛋白质中最大蛋白碳酸酐酶II的隐藏区域。此外，平均65%的内部片段可以在多次重复实验中被识别，展示了Panda-UV识别片段的高置信度。与现有的内部片段匹配软件ClipsMS进行对比，Panda-UV通过对代码框架的优化，搜索模型蛋白的一个质谱数据不超过9分钟，比ClipsMS快50倍。最后，在分析单克隆抗体时，Panda-UV将识别的片段数量翻倍，mAb亚基的序列覆盖率可以提高到86%，并且CDR几乎完全测序，显著提高了mAb的识别准确性(图4)。　　图3. A) B)Panda-UV与C) D)Clips MS解析CA、Mb、Ub三种蛋白的UVPD数据对比　　图4. Panda-UV在mAb UVPD数据分析中的应用　　总的来说，Panda-UV赋予研究人员解锁UVPD数据中内部片段的能力。尽管Panda-UV是专门为UVPD设计开发的，但是用一般解离方法(例如：HCD、ETD)得到的质谱图也是兼容的。Panda-UV揭露了完整蛋白质表征的隐藏深度，为蛋白质组学top-down深度分析提供了帮助。　　撰稿：刘蕊洁编辑：李惠琳文章引用：Panda-UV Unlocks Deeper Protein Characterization with Internal Fragments in Ultraviolet Photodissociation Mass Spectrometry　　参考文献　　1. Zhu Y, Liu Z, Liu J, et al. Panda-UV Unlocks Deeper Protein Characterization with Internal Fragments in Ultraviolet Photodissociation Mass Spectrometry. Anal Chem. 2024 96(21): 8474-8483.

近日，中国科学院大连化学物理研究所所仪器分析化学研究室质谱与快速检测研究中心（102组）李海洋研究员团队在现场检测微型质谱及应用方面取得新进展，基于自主研发的现场快速检测微型质谱（Anal. Chem.，2022），开发了简单易控、高碎片化效率的新型多重碎片化碰撞诱导解离技术，可实现单次进样条件下获得丰富碎片离子信息，对于化学战剂、D品的准确识别，以及新型合成D品的结构解析具有重要意义。　　新型D品层出不穷、种类繁多，成为当前D品犯罪案件的突出特点。此外，D品的种类不断翻新，更具伪装性、隐蔽性和迷惑性，使得检测难度大。因此，开发便携式仪器用于新型D品的及早发现，以及传统D品的现场快速准确识别对禁D工作具有重要意义。李海洋团队前期基于微型质谱关键技术，实现了传统D品和新型芬太尼类D品的定性检测（Anal. Chem.，2021；Anal. Chem.，2021；Anal. Chem.，2019；Anal. Chem.，2019），并在云南边境多个检查站开展了推广应用。　　传统共振碰撞解离技术需要多次进样才可以获得多重碎片离子信息。本工作中，基于此前构建的现场检测微型质谱，该团队开发了一种简单易控的新型碰撞诱导解离方式技术，可实现单次进样条件下获取多重离子碎片信息。基于对离子阱内微区电场分布的研究，团队还揭示了该技术的微观本质，即增大离子阱质量分析器的直流偏置电压有利于增强径向电场强度，从而驱动离子进入强射频场获得能量、发生碰撞诱导解离。通过调控电场、离子的初始动能和气压等，该碰撞诱导解离技术可实现100%的碎片化率。该技术还可同时获得多个碎片离子，有利于提升识别准确性，实现痕量D品同分异构体的区分、化学战剂的准确识别等。此外，该技术通过分析母离子以及不同碎片离子之间的质量数差异，可实现对D品的结构解析与分类，适用于新型合成D品早期发现预警，在D品稽查、公共安全等领域具有广阔应用前景。　　相关研究以“Radial Electric Field Driven Collision-Induced Dissociation in a Miniature Continuous Atmospheric Pressure Interfaced Ion Trap Mass Spectrometer”为题，于近日发表在《美国质谱学会杂志》（Journal of the American Society for Mass Spectrometry）上，并被选为封面文章。该工作的第一作者是我所102组博士研究生阮慧文。上述工作得到国家自然科学基金、我所创新基金等项目的支持。（文/图 王卫国、阮慧文）　　文章链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jasms.3c00324

德国科学家在最新一期《海洋科学前沿》杂志上撰文指出，在过去5年时间里，他们调查了北极海岸塑料碎片的组成及来源情况。分析显示，其中1/3的塑料碎片仍然带有印记或标签，可对其来源进行追踪，其中大部分来自德国。塑料碎片是一个全球性问题，据观察，有相当数量的塑料碎片漂浮在遥远的北冰洋上，但目前尚不清楚这些碎片从何而来。最近，由亥姆霍兹极地和海洋研究中心（AWI）阿尔弗雷德韦格纳研究所开展的公民科学项目提供了第一个有价值的信息。该研究负责人梅勒妮伯格曼博士说：“从2016年起，我们开始与公民科学家合作，调查北极海岸塑料碎片的组成，期间参与活动的游客收集并记录了斯瓦尔巴群岛海岸上的塑料碎片，到2021年他们共收集了23000件物品，总重量为1620公斤。”伯格曼指出，他们调查了那些仍然带有标记、标签或印记的碎片来自何处，结果发现了来自遥远的巴西和美国的碎片，而欧洲特别是来自德国的塑料碎片占总数的8%。他进一步说：“研究和计算机模型显示，塑料污染来自当地和偏远地区。在当地，塑料碎片从船只和废物管理系统较差的北极地区流向海洋；来自遥远地方的塑料碎片和微塑料则通过河流和洋流从大西洋、北海和北太平洋输送到北冰洋。”专家们指出，为有效解决这些问题，不仅需要改善当地的废物管理，尤其是船舶和渔业的废物管理措施，还需要大规模减少全球塑料产量，特别是在欧洲、北美和亚洲的工业化国家。

3月5日，日本共同社报道了一个令人担忧的消息。据报道，日本东京电力公司对福岛第一核电站1号机组反应堆安全壳内部的调查结果显示，来自熔落核燃料(燃料碎片)的物质，当年未全部清理干净，如今很可能仍大范围分布在底部堆积物的表面。随着日本计划在2023年将核废水排放入海，这些核燃料碎片如果随之暴露，将造成何种影响，难以设想……大量放射性核残渣，后患无穷据共同社报道，2022年12月，东电向积水的安全壳内投放了配备辐射检测传感器的水下机器人，向底部堆积物放下传感器。2023年2月根据分析结果发现，检测到燃料碎片散发出的强烈中子射线，以及显示存在燃料碎片所含放射性物质“铕-154”的放射线。此外，东电对支撑装有核燃料的反应堆压力容器的底座外侧进行调查，所有8处均检测到燃料碎片散发出的特有核辐射。据分析，1号机组的燃料碎片冲破压力容器，从正下方的底座开口处流到了安全壳底部。开口处附近出现像是构造物熔化后的堆积物，呈现越远离开口处就越薄的倾向，里面也可能含有燃料碎片。堆积物的厚度、距开口处的距离与测得的铕辐射量等没有相关性，东电认为“堆积物的表面附近存在来自燃料碎片的物质”。燃料碎片是指核燃料和构造物熔化后冷却凝固而成的物体，但也有从碎片上散落的微小粒子，东电认为这些都是“来自燃料碎片的物质”。今后，东电还将使水下机器人进入底座内侧，尝试拍摄内部的损伤情况和压力容器下部等。向太平洋排放核废水，日本“铁了心”虽然福岛核电站真实状况不甚明朗，但近日，日本首相岸田文雄在参院预算委员会会议上，关于东京将核废水排放入海的开始时间明确表示，“预计2023年春季到夏季的这一时间不变”。岸田称，将切实推进反应堆报废工作，并认为“为了实现福岛重建，核废水的处置是无法推迟的课题”。立宪民主党批评称尚未得到渔业相关人士等的理解。事实上，自日本政府早前宣布将核废水排放入太平洋后，日本国内外的反对之声便不绝于耳。对于此事，日本民众首先无法接受。2022年3月，日本福岛县和宫城县的多个民间组织，向东京电力公司和经济产业省提交了一份18万人联合署名、反对将福岛核电站污水排入大海的请愿信，要求采用其他方法处理。日本各界民众还多次自发举行游行集会，质疑政府并未充分听取民意，单方面实行这一决定。日本龙谷大学政策学部教授大岛坚一曾表示，“核污染水排入大海不仅破坏当地渔民赖以生存的渔场，还将影响到周边海域，对全球海洋生态环境造成不良影响”。日方的做法，也引发邻国强烈反对。中国外交部一再重申，福岛核污染水处置关乎全球海洋环境和环太平洋国家公众健康，绝不是日本一家的私事。中方再次敦促日方，切实履行应尽的国际义务，以科学、公开、透明、安全的方式处置核污染水，停止强推排海方案。韩国政府也表示，对日方核监管机构批准排污入海的做法感到忧虑，并将采取应对措施。同时，韩国将就此提升与国际原子能机构合作，加强对国内海洋环境辐射的检测工作。俄罗斯方面也已表示，将关注日方对核废水的处理动向，对其举动表示关切。(完)

全信息串联质谱&mdash &mdash MSE简介贾伟沃特世科技（上海）有限公司实验中心 未知物的（一级）母离子与（二级）碎片离子数据是对其进行质谱分析所必须的信息。除了具备DDA串联质谱采集方法外，沃特世质谱更提供了独有的全信息串联质谱（MSE）技术。那么MSE技术是如何获得串联信息，并做到信息收集的最优化与最大化呢？全信息串联质谱（MSE）能提供什么样的信息？1. 未知分析物的定性与定量在同一次分析中完成。2. 同时获得母离子及碎片离子的高分辨、高质量精确数据。3. MSE普遍适用于各种未知物分析，而且方法设置非常简便。4. 充分发挥UPLC-MS液质联用的卓越性能。什么是全信息串联质谱（MSE）？1. MSE是在一次液质分析中同时获得高精确的母离子及碎片离子信息的串联质谱方法。2. MSE由&ldquo 无碰撞能&rdquo 与&ldquo 高碰撞能&rdquo 两种扫描交替构成，分别记录母离子及碎片信息。3. MSE通过母离子与其碎片离子具有相同色谱行为的特性进行母-子离子的关联归属。全信息串联质谱（MSE）有哪些特点？1. 全面：所有的离子信息都被记录，定量、定性更加准确。2. 精准：全部母离子与碎片离子信息都是高精度、高分辨的质谱数据。3. 简单：方法设置仅需：质量范围、采集时间、碰撞能量三个参数。4. 灵活：碰撞能量为线性升高的方式，因此不同分析物可在其最佳碰撞能下实现碎裂。与常规的DDA串联质谱法比较，MSE的优点是什么？数据依赖型串联质谱法（DDA. Data Dependent Acquisition）是通过选择特定母离子进入碰撞池，从而采集相应的碎片离子。而MSE并不选择特定母离子进行单独碎裂，而是同时采集了所有母离子的碎片离子。这样MSE就避免了由于DDA采集速率的限制而造成的信息采集不全的问题。此外，MSE这种匀速高频的数据采集模式，对每个离子都可以得到其&ldquo 完美&rdquo 色谱图，而用以精准定量。相较之下，DDA由于采集的偶然性问题，其色谱峰往往存在缺陷，而影响定量准确度。为什么说MSE与UPLC是最佳搭档？UPLC在色谱分辨率（选择性）、峰高（灵敏度）和运行时间（速度）方面都较HPLC有了质的飞越。但是UPLC短暂而修长的色谱峰也给质谱分析提出了更高的要求。一方面，MSE质谱方法巧妙地解决了DDA采集频率的限制问题；另一方面，UPLC也为MSE方法实现高准确的母子离子归属提供了坚实的基础。MSE技术在生物制药分析、蛋白质组学、代谢物鉴定、代谢组学、脂质组学、杂质鉴定、法医毒理学、环境分析、食品检测、化学材料分析等不同的领域已经得到了广泛的应用。参考文献(1) Bateman, Carruthers, Hoyes, Jones, Langridge, Millar, Vissers A novel precursor ion discovery method on a hybrid quadrupoleorthogonal acceleration time-of-flight (Q-TOF) mass spectrometer for studying protein phosphorylation, J. Am. Soc. Mass Spectrom., 2002 13, 792-803.(2) Silva, Denny, Dorschel, Gorenstein, Kass, Li, McKenna, Nold, Ric hardson, Young, Geromanos Quantitative proteomic analysis by accurate mass retention time pairs. Anal Chem. 2005 Apr 1 77(7):2187-200.(3) Blackburn K, Mbeunkui F, Mitra SK, Mentzel T, Goshe MB. Improving protein and proteome coverage through data-independent multiplexed peptide fragmentation. J. Proteome Res. 2010 Jul 2 9(7):3621-37.(4) C ha kra borty AB, Berger SJ, Gebler JC. Use of an integrated MS-multiplexed MS/MS data acquisition strategy for highcoverage peptide mapping studies. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2007 21(5):730-44.(5) Tiller PR, Yu S, Castro-Perez J, Fillgrove KL, Baillie TA. Hight hroughput, accurate mass liquid c hromatography/tandem mass spectrometry on a quadrupole time-of-flight system as a &lsquo first-line&rsquo approach for metabolite identification studies. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2008 Apr 22(7):1053-61.(6) Simplified approac hes to impurity identification using accurate mass UPLC/MS Waters Application Note, http://www.waters.com/webassets/cms/library/docs/720 03850en.pdf(7) T he utility of MSE for toxicological screening Waters Technology Brief, http://www.waters.com/webassets/cms/library/docs/toxicology_brief_8_2010.pdf(8) A case of pesticide poisoning: T he use of a broad-scope Tof screening approach in wildlife protection Waters Application Note, http://www.waters.com/webassets/cms/library/docs/720003470en.pdf(9) Addressing c hemical diversity and expanding analytical capabilities with APGC Waters White Paper, http://www.waters.com/webassets/cms/library/docs/72003292en.pdf(10) McEwen, McKay A combination atmospheric pressure LC/MS:GC/MS ion source: Advantages of dual AP-LC/MS:GC/MS instrumentation, J. Am. Soc. Mass Spectrom., 2007 16, 1730-1738.

科学仪器被称作科学家的“眼睛”。质谱仪作为国际上最尖端的科学仪器之一，是直接测量物质原子量、分子量的唯一手段，被誉称为“科学仪器皇冠上的明珠”。 十多年前，质谱技术在国内基本还是一片空白。海归博士周振把“做中国人的质谱仪器”作为自己的终身奋斗目标。他创办了广州禾信仪器股份有限公司，并带领公司建成了我国第一个质谱仪器正向研发平台，实现了我国高性能飞行时间质谱仪国产化和产业化，使我国成为世界上少数几个掌握飞行时间质谱核心技术的国家之一。 2021年11月，在同一梦想与追求的驱动下，放射化学家、中国科学院院士柴之芳把院士专家工作站设立在禾信仪器。禾信仪器正联合院士团队向质谱仪的关键核心技术发起攻关。他们的目标是自主研制一款超高分辨率、快速分析的EIT质量分析器，质量分析器正是质谱仪的关键核心零部件。打响国产质谱仪“突围战”科学发现往往离不开新工具的发明与使用。相比于天文望远镜与显微镜，大众对于质谱仪却是陌生的。质谱仪便是最精密、最灵敏的科学分析仪器之一，可以准确测定物质的分子量以及根据碎片特征进行化合物的结构分析。 诺贝尔化学奖得主弗朗西斯威廉阿斯顿曾有一句名言：“要做更多仪器，要多加测量。” 阿斯顿便是质谱仪的发明者。质谱仪让阿斯顿在同位素的研究如虎添翼，他先后发现天然存在的287种核素中的212种，提出同位素的普遍存在性，证实“自然界中某元素实际上是该元素的几种同位素的混合体，因此元素的原子量是依据同位素在自然界的占比而得到的平均原子量。” 鉴于质谱技术对引领科学发展的巨大作用，不仅是弗朗西斯威廉阿斯顿，欧内斯特劳伦斯、沃尔夫冈保罗等多位科学家都曾因对质谱技术作出贡献而获得过诺贝尔奖。 高端科研仪器的创新、制造和应用水平，往往考验着国家科技实力和工业实力。质谱仪涉及精密电子、精密机械、高真空、软件工程、自动化控制、电子离子光学等多项技术及学科，研发难度大、周期长、投入大。而中国每年对质谱仪进口额达到上百亿元，这已成为制约我国自主创新能力提升的一个重要因素。 怀抱着质谱强国梦，海归博士周振2004年来到广州创办了中国第一家专业质谱仪器公司一一禾信仪器。“质谱仪是一项对国家科学水平具有标志性意义的尖端技术，中国发展自己质谱仪刻不容缓，这就是我创办禾信的原因。” 周振说。 禾信创立之时，基本没有人相信中国人能造出质谱仪。但是周振带领团队逐步攻克了单颗粒气溶胶在线电离源、双极飞行时间质谱技术、真空紫外光电离源、膜进样系统等核心技术，研发出单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪、VOCs在线监测飞行时间质谱仪、微生物鉴定质谱仪等多款产品。禾信已经成为少数掌握高分辨飞行时间质谱核心技术的企业之一。继续向关键核心技术发起冲击经过十余年的研发积累，禾信仪器已经构建了质谱研发、生产、测试、售后服务、品质控制及应用开发的整套技术创新链条，形成了从基础研究成果向产业化应用转化的技术创新能力体系，包括技术顶层设计能力、产品规划设计能力、产品创新优化能力等。质谱强国梦正逐渐照入现实，但是禾信仪器也面临着挑战。目前国内质谱行业上下游产业发展不成熟，精密电子、精密机械、特殊材料等上游产业的支撑能力还不足。沃特世、丹纳赫、布鲁克、安捷伦、赛默飞、岛津、生物梅里埃等巨头依然合计占据了全球质谱仪市场约90%的份额。“我头脑从来没有发热膨胀的时候。” 周振心里深知，禾信仪器只是打破了完全依赖进口的局面，要发展自己的民族品牌，推动国内质谱仪器行业良性发展，还要靠几代人的努力。为了在这场长跑中实现“反超”，周振正带领团队培育与发展整个质谱产业链，打造质谱生态圈。在2019年于广州举办的首届粤港澳大湾区高端科学仪器产业发展论坛上，禾信及国内科学仪器行业有关单位联合发起的广东粤港澳大湾区高端科学仪器产业促进会进入筹备阶段，禾信更宏大的愿景是推动粤港澳大湾区高端科学仪器创新中心的建立。“我们希望创新中心十年内实现每年培育四五十家仪器制造企业，二三十家核心零部件企业。”周振说，这是一条覆盖“政产学研用金”的完整链条。同样是在这场论坛上，包括柴之芳院士在内的一批行业专家与禾信等产业链企业代表一同发起《关于支持高端科学仪器产业发展的建议书》，共同呼吁将高端科学仪器研发列入广东省各级政府“十四五”和中长期科技发展规划的重点发展领域，培育建立完整的高端科学仪器产业链，制定切实有效的国产科学仪器政府采购政策，支持高端科学仪器创新中心建设。2021年8月广东省政府印发了《广东省制造业高质量发展“十四五”规划》，明确提出，支持广州加快建设粤港澳大湾区高端科学仪器创新中心，以质谱仪器开发为主线，重点攻克相关关键核心技术。攻克高端科学仪器关键核心技术同样一直是柴之芳院士的梦想。在2011年和2017年，禾信曾牵头承担2项国家专项，柴之芳院士担任项目总体组、技术专家组及用户委员会专家，为项目的应用研究及管理提供技术支持。在柴之芳院士看来，没有先进的仪器和方法，是无法做出重大原创性成果的。我国的科学研究高度依赖国外仪器的情况现在虽然正在改变，但仍十分严重，已成为制约我国攀登科学顶峰的一个瓶颈。自主研发EIT质量分析器柴之芳是著名的放射化学和核分析研究专家，曾在2005年摘得国际放射分析化学和核化学领域的最高奖一一乔治冯海维希奖。他将核技术、核分析和放射化学方法应用于一些交叉学科中，在若干重要元素的分子-中子活化分析、铂族元素丰度特征、金属组学、环境毒理学和纳米安全性、核试验快中子谱等方面取得了一批成果。质谱技术起源于同位素的发现，发展初期主要是为了满足核工业领域同位素丰度比值的测定要求，并伴随着物质组分分析技术的发展而逐渐得到完善。随着核工业的兴起和快速发展，质谱技术被应用于核燃料与核材料中杂质分析、核燃料燃耗的测定以及核反应过程中的裂变产额测定等。质谱测量技术的进步推动了核工业的可持续发展，核工业的发展也对质谱技术提出了更新的要求。铀资源勘查、铀矿治、铀同位素分离、同位素应用、核医学、乏燃料后处理和长寿命核素分离嬗变、核保障监督等都离不开先进的质谱测量技术。柴之芳院士专家工作站的研究项目是《超高分辨率、快速分析的静电离子阱质量分析器的研制》。质量分析器是质谱仪的核心，是决定质谱仪检测精度和准度的关键，但高端质量分析器仍被海外龙头企业垄断。而院士专家工作站要自主研发的静电离子阱质量分析器 (EIT质量分析器) 便是一种具备超高质量分辨率、高质量精度、高灵敏度、快速分析等特点的通用型质量分析器。该项目结合柴之芳院士在放射化学、核化学等研究方向中丰富的质谱应用经验，实现EIT质量分析器性能指标达到国际先进水平，并在核物理、放射化学、环境科学等领域的应用。基于该项目的研究成果，可以进一步开发以EIT质量分析器为核心的有超高分辨率、高精度质量分析需求领域的定制产品，也可以开发用于环境监测、食品检测、生物医疗等领域的通用在线超高分辨率大气压电离质谱产品。目前，院士专家工作站已完成EIT质量分析器的原理研究、质谱整机各模块的设计与制造，研制出原理样机，申请发明专利3项，与院士团队联合发表论文1篇。柴之芳院士常教导弟子，有志于科学研究的人要安心，要清净，要踏实。周振率领的禾信同样是一家愿意“十年磨一剑”的科技企业。如今两支有共同梦想的团队聚在一起，正在以共同步调向质谱强国梦继续进发。

1996年Waters公司推出了世界上首台商业化Q-TOF质谱，从那时起Waters就成为引领Q-TOF质谱发展的旗手。2007年Waters创造性地将行波离子淌度（T-Wave）嵌入质谱中，推出SYNAPT HDMS&mdash 一举获得了当年PITTCON金奖。从此质谱不仅可提供质量信息，而且可以根据离子的形态进行分离、分辨。加之在液相领域至今所向披靡的UPLC技术，Waters为使用者呈现出了一个由质量、形态、色谱构成的多维分析空间。SYNAPT已帮助科学家在蛋白质复合体四级结构、蛋白单体变化及聚合物分析等领域，在Cell、Nature等期刊发表诸多论文。 SYNAPT没有止步，它带来了越来越多的惊喜。首先是T-Wave与前后两个碰撞池结合的TriWave技术。这个巧妙的设计使Q-TOF质谱具备了三级质谱性能。更令人兴奋的是，此三级远非常见的三级方法：母离子在第一个碰撞池产生的碎片，可在之后的T-Wave迁移腔中根据形态分离，因此当碎片离子按照形态顺序依次进入第二个碰撞室后，最终产生的三级碎片不仅包含质量信息，而且蕴含了结构信息。这种被称为时间排列平行碎裂（TAP，TimeAligned Parallel Fragmentation）的三级质谱技术，在糖肽结构分析中，可巧妙地分别采集糖链及多肽的碎片信息，为蛋白质糖基化及其它化合物分析提供了全新的策略。 T-Wave还可以提高质谱信号强度，提升信噪比！使用两个T-Wave组成的离轴迁移腔被命名为Step-Wave。它在使分析离子&ldquo 上一个台阶&rdquo 进入质谱分析器的同时，让中性干扰物&ldquo 下一个台阶&rdquo 而远离质量分析器。因此采用Step-Wave的SYNAPT G2-S对痕量物质的分析具有了前所未有的分析能力。较前代产品，SYNAPT G2-S的信号检测强度提高了约30倍，信噪比提高了5-6倍，最低检测限也下探了一个数量级。灵敏度的显著提高、无与伦比的选择性和分析能力、以及离子淌度分离等多重优势，使SYNAPT G2-S能够以在低于任何其它高分辨率质谱仪的分析浓度条件下定性、定量分析物。HDMSE是T-Wave技术的又一创新应用，它使沃特世独有的MSE专利技术进一步升华。MSE通过碰撞池在低、高能量匀速高频切换，分别得到全部母离子与所有碎片离子信息。之后通过母离子与其碎片具有一致色谱行为的性质，进行碎片离子归属，从而得到所有母离子的二级碎片信息。MSE的优势在于它不仅采集了最全的离子信息，而且&ldquo 完美&rdquo 地记录了色谱数据。这对于分析物的定性和定量堪称绝佳的解决方案。 HDMSE技术的推出，进一步对色谱行为相近的分析物通过离子淌度区分，极大地改善了数据的信噪比，使定性结果更加准确（图2左）。使用MSE以及HDMSE采集多肽GVIFYESHGK二级图谱的对比实验中可以看到，在MSE数据中有多达254个碎片信号，其中大部分是干扰信号，如果这些信号都被用来检索，将可能影响鉴定的准确性；而通过HDMSE得到的潜在产物离子碎片仅有35个，也就是说绝大多数干扰信号都被去除了，这极大地提升了最终的鉴定可信度（图2右上）。更让人兴奋的是，HDMSE技术在对复杂体系蛋白鉴定的数量上，较MSE也有了近一倍的提升（图2右下），产生了质的飞跃。配备MALDI离子源的SYNAPT G2-S还可进行MALDI Imaging实验。较常规的MALDI Imaging技术，通过T-Wave技术的使用，科学家可以得到更加丰富、可信的实验数据，因此得到了广泛的应用。此外，ETD（电子传递解离）等丰富的研究手段都可在SYNAPT G2-S上实现。SYNAPT G2-S还具有最广泛的离子源，包括：电喷雾（ESI）、大气压化学电离（APCI）、双电喷雾和APCi（ASCi）、大气压电离（APPI）、常压气相色谱法（APGC）、NanoFlowR（ESI）、基质辅助激光解吸（MALDI）、大气固体分析探头（ASAP）和微控UPLC（T RIZAIC UPLC）等。它还可与包括DESI（Prosalia）、DART（IonSense）、LDTD（Phytronix）和TriVersa nano Mate(Advion)源在内的诸多第三方离子源兼容。SYNAPT G2-S质谱作为2011年Waters最新发布的尖端质谱，正在融入生命、材料、环境、食品、农业、中药等领域的研究与实践应用中。关于沃特世公司 (www.waters.com)50多年来，沃特世公司(NYSE:WAT)通过提供实用和可持续的创新，使医疗服务、环境管理、食品安全和全球水质监测领域有了显著进步，从而为实验室相关机构创造了业务优势。作为一系列分离科学、实验室信息管理、质谱分析和热分析技术的开创者，沃特世技术的重大突破和实验室解决方案为客户的成功创造了持久的平台。2010年沃特世拥有16.4亿美元的收入和5,400名员工，它将继续带领全世界的客户探索科学并取得卓越成就。

pbr/ 　　他们在质谱分析领域兢兢业业，掌握最前沿的应用技术，具有丰富理论知识和实践经验，我们都应向他们学习讨教。他们的在学术上的深度、钻研的态度值得我们追仿。br/br/br/王光辉br/　　中国科学院化学研究所质谱中心研究员，中国最早从事质谱研究的专家之一，参与了国内多项质谱仪器的研发工作，有丰富的理论知识、实践经验和培训教学经验。代表著作： 《有机质谱解析》br/br/br/br/苏焕华br/　　北京石油化工科学研究院高级工程师,70年代初开始有机质谱应用研究，参与了国内质谱仪器的研发工作，组织过多种质谱应用技术培训，有丰富的教学经验。代表著作：《色谱-质谱联用技术及应用》br/br/br/br/李重九br/　　中国农业大学理学院应用化学系教授，农残分析领域著名质谱专家，在大学主讲色谱、质谱等仪器分析课程。代表著作：《有机质谱应用：在环境、农业和法庭科学中的应用》br/br/br/　　本月，大家有机会跟这三位资深的专家学者面对面，探寻质谱在分析领域有何最新进展，快速提升自己现有谱图解析水平，从掌握到精通...br/br/br/br/第15期有机质谱谱图解析应用技术培训班即将开始~br/br/ br/会议安排br/br/　　会议时间：2016-11-29至2016-12-2（4天）会议地点：北京外国专家大厦（华严北里8号院外国专家大厦（北四环））适用对象： 使用有机质谱联用仪进行常规检测、科研或研发的技术人员。br/br/ br/您能学到什么br/br/　　1、本课程将有机质谱繁杂的裂解规律归纳提炼为简要、易学、易记的六大裂解类型br/br/　　2、课程将讲解如何使用专属应用软件或手工计算的方式，计算未知物的元素组成br/br/　　3、本课程将介绍若干免费网站，进一步查找特定元素组成可能的对应结构br/br/　　4、本课程将以实例讲解偶电子离子的裂解规律，应用于ESI源(CID谱)br/br/　　5、本课程将讲解合理的中性碎片及氮规则等谱图解析中的核心原理，以识别分子离子峰br/br/　　除此之外，你不懂的或者工作当中遇到的问题都可以带到课堂上来，授课专家会为您一一解答指导！br/br/br/课程内容br/br/　　一、谱图解析基础知识1、原子中电子的排布2、奇电子离子与偶电子离子3、氮规则4、环加双键值5、同位素峰6、单分子反应br/br/　　二、离子的丰度1、质荷比与离子丰度包含的结构信息2、影响碎片离子丰度的基本因素br/br/　　三、离子碎裂的基本机理1、断裂2、环的开裂3、重排反应4、置换反应5、消除反应br/br/　　四、常见有机化合物的质谱图特征1、碳氢化合物2、醇、酮、醛、酸、酯、醚3、胺类、酰胺类, 氨基酸,硝基化合物,腈基化合物4、卤代物5、多官能团化合物br/br/　　五、由质谱图推测分子结构1、基本方法及思路2、实例练习br/br/　　六、NIST谱图库检索实用技术1、NIST谱图库简介2、NIST谱图库主要功能3、NIST谱图库检索实例注：学员可自带原始数据采集文件，讲师可采用学员的文件作为案例进行分析）br/br/br/报名咨询br/br/　　联系人：李老师 座机：010-51654077-8119 电话：15910410867邮箱：a href="mailto:liru@instrument.com.cn"liru@instrument.com.cn/a/p

《质谱新技术丨原位探针离子化质谱仪DPiMS 第一期》为大家介绍了DPiMS的技术背景和工作流程；《质谱新技术丨原位探针离子化质谱仪DPiMS 第二期》介绍了DPiMS在食品安全、法医学、临床毒理学和生物学研究中的应用实例。 本期将隆重介绍DPiMS家族新成员——DPiMS QT，进一步拓展这一极具潜力的新型离子源的应用边界。 DPiMS QT 特点 1 前处理简单、操作简便、快速完成测定● 只需简单的前处理即可开始分析。● 与Q-TOF质谱仪联用，实现高分辨质谱分析。● 仅需微量样品即可完成分析，大大降低对于MS离子源的污染。 2 只需简单的前处理即可测定液体或固体样品● 使用传统方法分析血液、尿液和其他生物样品所需的时间减少约 50%。● 可以分析食物、组织切片和其他固体样品。● 样品前处理时间显着减少。3 快速定性分析● DPiMS QT定性筛查分析时，无需等待色谱分离的时间，效率更高。4 无残留的分析系统● 每次进样时，仅几十pL的样品粘附在探针上，无需担心质谱仪内部受到污染。也可以通过更换探针来防止样品残留，在测定浓缩样品和未知浓度的样品时无需担心交叉污染。5 在 DPiMS QT 和 Q-TOF LC/MS 之间轻松切换● 移除 DPiMS QT 装置约仅需15秒，即可重新配置为LC-QTOF系统。通过 DPiMS QT 实施初步筛查和定性分析，可以减少 LC-QTOF 分析所需的资源（溶剂和色谱柱），从而减少需要定量分析的样品数量，提高实验室工作效率。应用实例 对添加曲唑酮（500 ng/mL）的全血样品进行定性分析， MS和MS/MS分析在一个序列中同时进行。LabSolutions Insight Explore 支持组成推测、库搜索和结构解析。 1 MS分析检查色谱峰——通过在化合物表中输入分子式或对应的质量数来提取目标离子的质量色谱图。组成推测——从获得的质谱图中，选择任意 m/z 的质谱，并使用组成推测功能按匹配度分数顺序列出预测的分子式。 2 MS/MS分析碎片归属——使用 LabSolutions Insight Explore 中的结构分析归属功能，根据产物离子质谱图对碎片进行归属。通过谱库检索评分——通过使用 LC-QTOF 创建的质谱库，对使用 DPiMS QT 分析得到的质谱图进行评分。

质谱法是利用带电粒子在磁场或电场中的运动规律，然后按照质量或荷质比实现分离分析的技术。早在1898年，W.维恩用电场和磁场使正离子束发生偏转时发现,电荷相同时，质量小的离子偏转得多,质量大的离子偏转得少。1913年J.J.汤姆孙和F.W.阿斯顿用磁偏转仪证实氖有两种同位素。阿斯顿于1919年制成一台能分辨一百分之一质量单位的质谱计，用以测定同位素的相对丰度，成功鉴定了多种同位素。质谱计的发展也从只用于气体分析和测定化学元素的稳定同位素到后来用于对石油馏分中的复杂烃类混合物进行分析，并证实了复杂分子能产生确定的能够重复的质谱之后,才将质谱法用于测定有机化合物的结构,开拓了有机质谱的新领域。 图1. 图左为英国物理学家J.J.汤姆孙，图右为诺贝尔化学奖获得者F.W.阿斯顿 质子传递反应质谱（Proton Transfer Reaction- Mass Spectrometry）是分析挥发性有机物（VOCs）的一种新的先进分析手段。该技术具有检测速度快、灵敏度高、无需内标定量测量等优点，特别适合挥发性有机物的实时在线监测与预警。基于多年挥发性有机物在线分析质谱研究经验，法国AlyXan公司研发的质子传递反应-傅里叶变换离子回旋共振质谱（BTrap）通过运用先进的傅里叶变换离子回旋共振质谱技术，使仪器的质量分辨率高达10000，成为质量分辨率高的质子传递反应质谱。BTrap具有高质量分辨率，高度与稳定性、低离子碎片、高灵敏度高、低检测限等诸多优势，可用于材料，环境，汽车工业，化工等多领域的气体组分在线监测分析，适应各种复杂实验气候与环境。 质子传递反应质谱一般采用质子（H3O+ ）作为电离源，该技术的原理是大多数VOCs的质子亲和能高于水而低于高聚水，可以跟质子反应而被电离。但对醇，醛与长链烷烃类化合物，该方法的应用会受到很大限制。如正丁醇在正常测试条件下，不能测到分子离子峰，只能测到脱去羟基的丁烯的峰，为正丁醇的测试带来的很大困难。针对此类问题，法国AlyXan公司研发了一种全新的前驱体——1,4-二氟苯(C6H4F2)[1]。1,4-二氟苯的质子亲合能为718.7 kJ/mol，介于691到750 kJ/mol。因此C6H5F2+可以与大多数VOCs反应，同时产生更少的碎片，可以作为更加温和的质子转移试剂。同时1,4-二氟苯分子非常稳定，生成离子只会发生质子转移反应，不会参与其他反应。分子量比质子大，具有更小的质量歧视效应。 如图2所示，以正丙醇分子为例。在1.26×10-5 mbar的压力下，(a)采用C6H5F2+作为电离源，分子离子（C3H7OH2+）强度非常高，而脱羟基产物（C3H7+）的峰浓度一直维持再非常低的浓度；（b）采用H3O+作为电离源，脱羟基产物将为主要离子，分子离子峰为次要离子。说明有大量分子离子峰发生脱羟基反应，生成C3H7+离子。(c) 在更高的压力7.34×10-5 mbar下, 采用C6H5F2+作为电离源，分子离子峰（C3H7OH2+）依然为主要离子，脱羟基产物，水合离子及高聚水离子的含量非常少；(d) 采用H3O+作为电离源, 脱羟基产物为主要离子，分子离子峰为次要离子，同时有大量水合离子及高聚水离子生成。 图2. 以正丙醇为样品，离子相对强度图 1.26×10-5 mbar压力下， （a）C6H5F2+作为电离源，（b）H3O+作为电离源 7.34×10-5mbar压力下 （c）C6H5F2+作为电离源，（d）H3O+作为电离源。 从下表数据中可以发现，在其他有机物中可以有效重复试验结果，新型前躯体产生的C6H5F2+可以与大多数VOCs反应，并产生少的碎片信号。 除此之外，很多测试实例也证实了质子传递反应-傅里叶变换离子回旋共振质谱技术的先进性和可靠性，1,4-二氟苯作为一种新型的前驱体，有效解决了醇、醛及长链脂肪烃的测定难题，为质子传递反应质谱分析提供了突破性的解决方案。参考文献：[1] Latappy, H. Lemaire, J. Heninger, M. Louarn, E. Bauchard, E. Mestdagh, H. International Journal of Mass Spectrometry 2016, 405, 13.质子传递反应质谱；1,4-二氟苯；VOCs；高分辨率；少碎片相关产品：法国Alyxan公司高分辨质子传递反应质谱（BTrap）：http://www.instrument.com.cn/netshow/C247308.htm

p style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体,SimSun "百味盐为首！食盐既是人们日常生活中必不可少的调味品，也关系着人民群众的身体健康。自古以来，食盐一直在国民经济中扮演着重要角色。然而， 2017年爆发的“臭脚盐”事件却引发了公众对食盐安全的担忧。/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体,SimSun "“臭脚盐”，一种用手搓热后会散发出浓烈的“脚臭味”的食用盐，在食盐专营制度改革正式实施之年突然进入公众视野。它从何而来，臭味如何产生，食用后对人体是否有危害？此类问题引起了公众的广泛关注，“央视《新闻1+1》甚至进行了专题报道。为此，工信部收到国家领导人批示，要求严查此事，加强食盐安全管理。/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体,SimSun "为应对该事件，工信部邀请中国检验检疫科学研究院张峰团队为该突发事件的应对提供技术支持。张峰带领团队第一时间到达现场，进行了科学的采样工作，研发了食品中异味物质的精准质谱检测技术（同时开发了DART质谱检测技术并发表在SCI期刊上），准确鉴定出“臭脚盐”中的主要异味成分，分析了其安全风险，确定了异味产生的原因，并提出了控制措施，有效阻止了社会对食盐质量安全的担忧和恐慌，保障了食盐专营制度改革的顺利进行。/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体,SimSun "除了“臭脚盐”事件外，张峰还牵头组织应对了其他多起食品安全突发事件，包括 “云南牛肝菌检出尼古丁”、“台湾潲水油”、“瘦肉精”等，收到了工信部、质检总局等部门的感谢函，为保障国家食品安全及促进我国外贸发展做出了杰出贡献。近日，仪器信息网编辑采访到这位资深的食品安全专家，就食品安全检测技术及其应用、未来发展方向等问题进行了深入探讨。/span/pp style="text-align: center "img title="张峰11_副本.jpg" style="max-height: 100% max-width: 100% " alt="张峰11_副本.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/202005/uepic/0a9546dc-ddf7-4804-a100-7bf469654e10.jpg"//pp style="text-align: center line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-size: 14px "strongspan style="font-family: 宋体,SimSun "国家科技进步奖二等奖获得者、中国检验检疫科学研究院副院长张峰/span/strong/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "strongspan style="font-family: 宋体,SimSun "钻研食品安全质谱检测技术 荣获多项荣誉奖励/span/strong/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 楷体,楷体_GB2312, SimKai "他是中国检验检疫科学研究院副院长、首席专家，国家“万人计划”科技创新领军人才，科技部“创新人才推进计划”中青年创新领军人才。/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 楷体,楷体_GB2312, SimKai "他也是国家中长期科技发展规划编制组专家、国家市场监督管理总局食品安全抽检监测秘书处副秘书长，食品安全国家标准审评委员会理化检验方法专家委员会副主任委员、澳大利亚默多克大学兼职教授。/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 楷体,楷体_GB2312, SimKai "他还是国家科技进步奖二等奖获得者（排名第一）、茅以升科学技术奖获得者、中央国家机关青年五四奖章获得者、全国质检系统先进工作者。/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 楷体,楷体_GB2312, SimKai "他就是张峰，是守护食品安全的质谱人！/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体,SimSun "谈及其如何走上守护食品安全之路，张峰介绍，他也是机缘巧合之下进入了这个领域。在大学时，分析化学课的指导老师是当时刚毕业的唐波教授（唐老师后来获得国家自然科学奖和国家科技进步奖）。唐教授上课形式生动活泼，像“侦探案情”一样引人入胜。比如，他的实验课是给学生一瓶未知溶液，让学生根据提供的已知标准溶液自行设计反应，从而判断未知溶液的化学组成，并记录考试成绩。这类考试张峰每次都第一个完成，都是满分。唐教授评价张峰是“学分析化学的好苗子”。这既激发了张峰在分析化学领域继续深耕的热情，也为他以后从事食品安全分析工作奠定了基础。/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体,SimSun "为了继续攀登分析化学的高峰，张峰报考了著名的中国科学院大连化学物理研究所，并师从梁鑫淼研究员从事中药分析新技术相关研究。在攻读博士学位期间得到了梁老师的悉心培养，且从1999年开始学习刚诞生不久的液相色谱串联四极杆质谱技术，从此踏入了质谱的大门。/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体,SimSun "2005年，张峰获得博士学位并如愿申请到德国马普基金，赴德国Max Planck Institute of Biochemistry (马普生物化学研究所)，在Nigg教授指导下开展博士后研究，研究方向是人类磷酸化蛋白质组学，并应用了最新的质谱技术——MALDI-TOF-MS、Nano LC-Q/TOF和Orbitrap MS。/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体,SimSun "2006年，张峰结束学业后回到中国，并任职于中国检验检疫科学研究院食品安全研究所，从此投身于食品安全事业。当时恰逢科技部“十一五”项目开局之年，在领导的支持下，他完成了多项国家科技支撑计划课题，率先将代谢组学和质谱运用到食品安全残留标示物的筛选当中。并于2008年主持了北京市科技计划重大项目《食品中未知添加物质的筛查确证技术研究》，尝试开拓食品中未知有害物的质谱筛查领域。/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体,SimSun "2014年张峰任食品安全研究所所长后，科研项目和成果更是取得了飞跃，并与所率领的团队主持了多项重大专项和国家级课题，如主持国家重点研发计划重大项目4项、主持国家级课题及子课题14项、主持“欧盟地平线2020”课题1项。他取得了大量科研成果：在国内外学术杂志上发表文章200余篇，主编著作6部，授权专利12件，制定国家标准9项。同时他还主持获得国家科技进步奖二等奖、中国分析测试协会科学技术奖一等奖、国家质检总局科技兴检奖一等奖等科技奖励十余项。。。。。。/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体,SimSun "取得如此多的成果也为张峰带来了更多荣誉。2012年”五四”青年节，张峰作为“中央国家机关青年五四奖章”获得者参加了在人民大会堂举行的纪念中国共产主义青年团成立90周年大会；2019年十月一日，张峰受中共中央组织部的邀请，在天安门广场参加了中华人民共和国成立70周年庆祝大会及联欢活动。2020年1月10日，备受瞩目的科学届盛会——2019年国家科学技术奖励大会在人民大会堂隆重召开，张峰作为第一完成人的《食品中化学性有害物检测关键技术创新及应用》项目荣获国家科技进步奖二等奖，会前张峰得到了习近平等党和国家领导人的亲切接见并合影留念。这些亮眼成绩反映出的是张峰及其团队扎实的科研功底和踏实的钻研精神。/span/pp style="text-align: center "img title="张峰1_副本.jpg" style="max-height: 100% max-width: 100% " alt="张峰1_副本.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/202005/uepic/d49d7d9e-b3de-4a62-a3ed-fb3ece94b442.jpg"//pp style="text-align: center line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-size: 14px "strongspan style="font-family: 宋体,SimSun "张峰在2019年国家科学技术奖励大会领奖现场/span/strong/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "strongspan style="font-family: 宋体,SimSun "推动食品安全科技进步 承担多项重大专项/span/strong/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "strongspan style="font-family: 宋体,SimSun "/span/strongspan style="font-family: 宋体,SimSun "自从学成归国，张峰就一直深耕食品安全科学研究工作。近年来，更是带领团队承担了多项国家重大专项，打破多个技术壁垒，不但提高了我国食品安全技术水平，还促进了我国的进出口贸易。/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体,SimSun "2017年，张峰作为项目负责人主持承担了国家重点研发计划项目《应对国际贸易食品安全法规精准检测关键技术研究》，共12家科研机构参加了项目。据介绍，由于我国与国外的食品安全法规标准存在一定的差异，导致“进口食品风险难以发现、出口食品易遭受技术贸易壁垒”，随着我国进出口食品贸易种类和总量与日俱增，迫切需要技术上进行提升。因此，项目组将构建我国与主要贸易国食品安全法规差异性动态数据库，并建立基于色谱质谱和化学计量学的多维、多模式全息识别方法，开发建立基于超高效超临界流体色谱技术和实时直接质谱技术的食品安全绿色检测技术体系；通过研究开发新型MOF、COF、MIP和免疫材料，提高富集净化能力，开发出超痕量物质的检测方法，从而可以打破发达国家设立的技术贸易壁垒甚至树立我国的绿色壁垒。/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体,SimSun "同年，针对我国药食同源产品功效成分基础研究相对薄弱，且缺乏可靠的品级、真伪和安全评价手段，不符合欧美国家的食品安全标准等一系列制约进出口贸易的问题，张峰团队主持承担了国家重点研发计划项目《进出口药食同源产品质量检测技术研究》，共20家科研机构参加了项目。通过构建进出口药食同源产品“品级、安全、真伪”三元综合评价技术体系，形成质量评价的整体解决技术方案，可实现进出口药食同源产品质量安全的可检测、可判定、可控制、可溯源，从而促进我国该类产品的进出口贸易。/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体,SimSun "2018年，张峰团队骨干杨敏莉研究员，主持承担了国家重点研发计划项目《口岸食品安全控制与智能监控技术研究》，共12家科研机构参加了项目。该项目针对乳及乳制品、肉及肉制品等贸易量大且高风险的口岸食品，研发并应用色谱技术、质谱技术、成像技术、大数据技术、智能分离材料、化学计量学等技术，开展其中潜在风险因子的捕捉和智能识别监测技术研究，并研制开发风险食品的实时分选设备，实现口岸食品智能监控。/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体,SimSun "2019年，张峰团队骨干国伟研究员主持承担的国家重点研发计划项目《食品安全监测与控制技术的全链条区域综合示范》，共10家科研机构参加了项目。主要构建食品安全风险数据采集标准化体系，建设国家级食品安全“风险监测-监督抽检-风险控制”全链条云服务平台，通过应用示范，完善我国食品安全监管部门相关信息融通共享，实现食品安全政产学研综合安全服务监测和控制的信息化和智能化，全面提升我国食品安全从“农田到餐桌”全链条的风险监测与控制能力。/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体,SimSun "而2019年获得国家科技进步奖二等奖的项目《食品中化学性有害物检测关键技术创新及应用》，则是以食品中化学性有害物为研究对象，针对质谱检测理论创新不足的问题，阐明了食品中主要化学性有害物的质谱软电离裂解机理，为同类结构未知有害物发掘提供了理论依据；此外，还开创了标志性中性丢失（或碎片）质谱扫描发掘技术，实现了未知有害物发掘技术从无到有的突破；研制了高选择性富集材料和检测设备关键元件，实现了灵敏度、准确度、精密度和检测效率的显著提升。/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体,SimSun "谈及团队未来研究方向，张峰介绍，目前食品安全检测新技术有很多，他们团队将重点关注食品安全质谱成像技术、食品安全“绿色”检测技术、过度加工食品的判别技术及内外源物质的同位素质谱检测技术。同时，他们还将开展食品安全智能分析材料的研发并尝试集成到质谱离子源中。/span/pp style="text-align: center "img title="合照2_副本.jpg" style="max-height: 100% max-width: 100% " alt="合照2_副本.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/202005/uepic/cb5738e3-ac73-4cac-8fe0-8d3a29434875.jpg"//pp style="text-align: center line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-size: 14px "strongspan style="font-family: 宋体,SimSun "张峰及其团队部分成员在其主办的会议上/span/strong/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "strongspan style="font-family: 宋体,SimSun "展望食品安全科技发展 智能、绿色是方向/span/strong/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体,SimSun "研究食品安全检测技术多年，张峰对该领域技术的发展有着深刻的认识。谈及现今我国食品安全检测技术的发展状况，他认为，近年来由于国内外食品安全事故频发，食品安全检测与监管受到高度重视，人们对食品安全检测技术提出了更高的要求。张峰说，传统的检测技术都属于被动式检测，如美国三聚氰胺宠物事件发生后，美国动用全国FDA实验室历时半年才发现当时未知的有害物是三聚氰胺。而目前的检测技术已经开始从靶向检测向非靶向检测发展，从低通量向高通量发展，从“逐一扫描”向“逐类扫描”质谱检测发展。同时，国际上食品安全事件的频发，也促使食品现场快检技术快速发展。/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体,SimSun "张峰说，食品安全检测技术有很多种，包括质谱、色谱、光谱、生物技术、电化学、免疫学等技术。这些技术各有特点，比如光谱技术，优点在于几乎不需要前处理，但获得的结构信息少，定性困难；色谱技术可以做分离，但定性定量受限于检测器，如果采用的是通用型检测器，检测灵敏度有时差强人意；免疫技术选择性强、灵敏度高，不过由于选择性太强，反而导致通量太低。目前，应用最广的是色谱质谱联用技术，该技术通量高、灵敏度强、分辨率及稳定性也非常不错，是研究食品中化学性有害物的强有力武器。/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体,SimSun "质谱分析具有灵敏度高、样品用量少、分析速度快、可同时进行分离和鉴定等优点，目前已经应用于食品中农兽药残留、生物毒素、持久性有机污染物、重金属、添加剂及非法添加物质的检测。近些年，质谱分析还涌现出一系列新技术，如：四极杆-轨道阱杂交质谱技术、DESI等各种新型离子源技术、质谱成像技术等。张峰提到，随着食品科技的发展，这些新型质谱技术在食品安全领域得到了新的应用，如基于标志碎片的质谱筛查技术，通过研究各类结构的食品中有害物质的质谱软电离裂解规律，应用化学计量学技术筛选出可标识该类结构的特征性标志碎片，开发标志碎片多通道同时扫描技术，可解决同类结构未知化学性有害物的发掘难题，可以发现为逃避监管而对监管目录内有害物进行结构修饰的行为；质谱成像技术，可获得化合物的空间分布信息，有助于探索食品中化合物的生物合成和代谢途径，以控制食品的生产、贮藏与加工过程中的安全。这些新技术为我国食品安全检测技术的发展起到了明显的推进作用。/span/pp style="line-height: 1.75em text-indent: 2em "span style="font-family: 宋体,SimSun "食品基质极其复杂，而污染物又具有种类多、含量低等特点，因此检测方法存在样品前处理过程繁琐，周期长，对操作人员能力要求高等问题。谈到未来食品安全检测技术的发展，张峰说，随着科技的进步，检测技术将朝着智能、绿色、可视化的方向发展，并将体现不同学科的交叉融合。今后人们将结合计算机技术、生物技术、新型材料等各学科技术，构建智能化、可视化、实时在线、绿色的检测体系。比如：针对智能化检测的需求，构建不同种类、不同来源食品基质信息海量数据库，开发可以自动推荐前处理及仪器分析方法的智能化检测技术；针对食品样品基质复杂的特点，研发高蛋白、高脂肪、高色素食品基质的高特异性样品净化、富集材料，研发几乎不存在有机试剂污染的绿色检测技术；针对有害物组织分布和代谢机理的研究需求，开发可视化监测技术。最终，实现食品安全检测技术的智能化和现代化。/span/pp /p

最近发表的论文显示，新型质谱平台正在显著增强单细胞蛋白质组学实验的覆盖深度。研究人员在单细胞实验中发现，使用Bruker timsTOF Ultra和Thermo Fisher Scientific Orbitrap Astral仪器后，检测的蛋白质数量增加了一倍多。这两种仪器都在6月份的美国质谱学会年会上（ASMS 2023）首次亮相。timsTOF Ultra是Bruker timsTOF系列的最新产品，它提高了现有timsTOF SCP对小样本的分析能力，还可以对较大样本进行高性能分析。（新产品详情了解）Orbitrap Astral标志着赛默飞世尔公司进军一项新技术，即Astral（用于不对称轨道无损）分析仪，该分析仪与飞行时间（TOF）分析仪一样，测量离子沿仪器内轨道的行进及其到达探测器表面的情况。（新产品详情了解）哥本哈根大学的研究人员于11月发布在BioRxiv预印本上的文章首次展示了Astral在单细胞蛋白质组学研究中的分析能力。在这项研究中，科学家们能够在单个HeLa细胞中识别出5000多种蛋白质。他们指出，这是之前单细胞实验通常达到数量（约2000种蛋白质）的两倍多。哥本哈根大学Novo Nordisk基金会蛋白质研究中心教授兼副主任、预印本资深作者Jesper Olsen表示，Astral “真正改变了游戏规则”，并指出Astral分析仪“提供了极高的灵敏度”。东北大学（美国）生物工程副教授、专注于单细胞蛋白质组学研究的PTI所长Nikolai Slavov表示：“我们注意到单细胞蛋白质的分析性能大幅提高，而新仪器占据了主要原因。”并表示，新的质谱仪器能够准确地定性定量多种肽和蛋白质。维也纳分子病理学研究所蛋白质组学技术中心负责人Karl Mechtler认为，如果没有新的仪器，很难进行单细胞的最近研究。他说：“通过和单细胞领域的研究者讨论，我们都认为新仪器是向前迈进的重要一步。”Mechtler的实验室拥有Ultra，并计划购买Orbitrap Astral，这两种仪器都将用于单细胞实验。在ASMS上，Mechtler展示了Ultra的研究数据。在250pg（大约相当于单个细胞中的蛋白质量）中，他和同事测量了约6000个蛋白质组，中位变异系数（CV）为10%，而使用旧的timsTOF SCP，测量约5000个蛋白质组，CV为12%。在研究实际的单个HeLa和K562细胞（与标准细胞相反）过程中，他们分别鉴定了3803和3221种蛋白质。Mechtler说，自从安装Ultra以来，实验覆盖深度略低，比在ASMS报告的数字下降了5%-10%。由于该系统只使用了六个月，他和同事们将继续优化其性能。在Slavov及其同事在11月发表的BioRxiv预印本中，研究人员将timsTOF Ultra用于单细胞实验，每个细胞量化了3000-3700种蛋白质。Slavov表示，虽然这两种仪器都能大幅提高单细胞研究的分析能力，但timsTOF Ultra更具优势。与Orbitrap Astral相比，Ultra的捕获离子迁移率（TIMS）使仪器能够分离和破碎更大的离子。但是Orbitrap Astral灵敏度更好，尤其是在产生少量离子的单细胞实验中。Slavov补充说，在用于单细胞和大块蛋白质组学实验的数据独立获取（DIA）实验中，通过一系列m/z分离窗口循环，在给定的时间点分解m/z窗口中存在的所有前体离子。Ultra利用TIMS对离子的释放进行计时，以匹配当时碎片化的m/z窗口。但在Astral中不能以这种方式计时，因此在特定时间点被碎片化的m/z窗口外的离子将无法进行分析。Ultra收集的离子迁移率数据提高了检测的特异性。Olsen同样指出，Astral能够分析样本产生的一小部分（约1%）离子束。尽管如此，该系统“与我们以前使用过的任何仪器相比，仍然具有极高的灵敏度。”他和他的同事通过Astral进行单细胞实验时，调整了隔离窗和喷射时间，以便吸收更多的离子进行分析。在批量实验中，通常使用2个Thompson隔离窗。他们将该窗口的大小和允许的最大注射时间都增加了一倍。他认为现在是单细胞蛋白质组学研究的最佳时刻，并且握在自己手中。Olsen指出，Astral还能够在单细胞水平上分析翻译后修饰（PTM）。这在传统上是困难的，因为小尺寸单细胞样本在没有富集的情况下很难识别PTM，而富集方法又会导致样本丢失，这使得单细胞PTM分析具有很大挑战。样本制备流程的改进也推动了分析仪器行业的发展。Olsen的团队使用Evosep最近发布的ProteoCHIP EVO 96平台进行单细胞研究。该平台是Evosep与Cellenion合作设计，允许研究人员使用Cellenion的CellenOne X1平台分离单个细胞并将其分配到EVO 96平台中；最多可以并行处理96个细胞，然后转移到Evosep的Evotip分离设备中，并在该公司的Evosep One LC系统上运行。该系统的集成使样品制备过程几乎没有损失，并指出这是“提高质谱分析灵敏度的关键”。Slavov也使用CellenOne系统进行样品制备。这种方法被称为nPOP，在载玻片上以液滴形式制备单个细胞，可以同时制备数千个。研究人员表示，这种方法可以在一到两天内制备3000多个细胞。Mechtler还与Cellenion合作开发了单细胞样品制备的工作流程，以最小的样品损失同时处理大量单细胞。通量仍然是单细胞蛋白质组学面临的最大挑战。最近发布的仪器在一定程度上解决了这一问题，但许多工作流程仍然局限于每天分析几十个左右的细胞。Slavov说：“我们希望每天能够以分析每一个细胞的工作量去分析数千个细胞。我们目前在timsTOF Ultra上使用PTI继续开发plexDIA方法，该方法将样本复用与独立于数据的采集质量规范相结合，以实现更高通量的实验。”Olsen同样指出，“通量是我们目前的主要问题。”他说，实验室每天可以运行大约40个单细胞，但只要“稍作调整”，可以实现每天运行100个细胞。他和他的同事们正在探索多种复用方法，这些方法可以进一步提高通量，但“现在说它能起多大作用还为时过早。”---------------------------------------------------------------------------------------------------------------2023年，仪器信息网联合北美华人质谱学会（CASMS），于12月12-15日联合举办第十四届质谱网络会议（iCMS 2023），本届会议新增单细胞质谱技术及应用新进展专场，聚焦单细胞质谱新技术及最新研究进展。（点击了解相关质谱仪器专场）部分报告预告点击浏览  》》》会议报名点击下图

HDX-MS是一种基于蛋白质主链酰胺氢原子与氘水中氘原子交换而获取有关蛋白质高阶结构和动态信息的方法。该技术可以帮助研究蛋白质折叠机制、发现配体结合位点、突出变构效应，在生物医药行业中发挥重要作用。尽管HDX-MS在蛋白质分析中频繁使用，但它通常无法进行高通量分析，且受限于大于150 kDa蛋白的分析。此外，HDX-MS生成复杂的同位素峰型常伴有谱图重叠现象，导致氘代值被错误计算。随着样品复杂性的增加，这一问题会更加加剧。目前，数据处理的方法涉及到手动检查原始数据以筛选谱图，并丢弃有任何信号问题的肽段图谱。然而这种方法随着样品分子量和复杂程度的增加变得难以执行，且容易受到人为错误的干扰（图1）。因此迫切需要一种可以消除手动筛选数据的负担，同时能够兼容更复杂的谱图（来自复杂混合物或整个细胞裂解液样品的谱图）。本文作者使用了一种自动化HDX数据分析的方法，利用data independent acquisition（DIA）采集方法同时从MS1和MS2领域获取氘代数据，并开发了AutoHX软件来挖掘和分析HDX数据。图1.传统HDX-MS数据采集与分析流程和本文使用的数据采集和分析流程比较。针对使用HDX-MS时，碰撞诱导解离（CID）碎裂模式产生的肽段碎片会伴随着气相中的氘重组现象（即scrambling现象），会影响残基水平氘代值的准确测量这一问题，作者定量研究了HDX-MS2数据的特性。作者发现，scrambling与离子传输和碎裂能量有关，且在高传输效率的条件下scrambling较严重，因此首先使用较为温和的离子传输参数和碎裂能量能够降低scrambling程度。随后作者建立了可描述碎片氘代值与该肽段可碎裂位点数量之间的线性关系（图2）。随着碎片离子长度的增加，相应的碎片离子氘代值会线性增加，因此通过回归计算可以计算出整个肽段的氘代率。这种方法不仅利用了CID产生的碎片信息，同时更为准确的计算出肽段的氘代值，排除了肽段谱图重叠对计算氘代值的干扰。图2.在一条给定肽段中，HD scrambling中，氘代值与碎片长度的关系。接着作者提出使用DIA方法来获取HX-MS2实验中MS1和MS2域的氘化数据，以实现在不同质谱平台采集数据、采集复杂样品的信息、分析自动化数据，且使得通过CID产生的MS2中提取肽段氘代值成为可能。首先作者设置了尽可能小的DIA窗口，并使用了较大的窗口重叠区域，以最小化MS2谱图的复杂性并确保每条氘代肽段至少有一个窗口（图3）。同时，作者开发了一个名为AutoHX的软件（作为Mass Spec Studio中的插件），该软件自动选择理想的DIA窗口，并从MS1数据计算前体肽段的氘代值，以及从MS2数据计算所有碎片的氘代值。同时改进了HX-PIPE（为HDX-MS量身定制的搜索引擎），使其搜库结果直接应用于AutoHX的分析。随后AutoHX使用了一系列过滤器来从数据集中解析低质量信号，然后使用基于RANSAC的谱图分析器，为所有肽段及其碎片匹配最佳同位素集合，并绘制动力学曲线图。该方法显著提高了肽段序列覆盖的冗余度（图4），从而提高了测量质量。图3. DIA窗口设计示意。图4. 基于DIA采集模式得到的序列覆盖（糖原磷酸化酶B，phosphorylase B）与基于传统HDX-MS中MS1采集模式的结果比对。接着，软件会通过MS1和MS2数据收集到的肽段前体离子和肽段碎片离子的信息，计算出相应的氘代值，同时将所有重复组计算出的氘化值集合成一个分布（通常为正态分布）,并从该正态分布中，选择最接近平均值的组合，即为精确的氘代值，利用每个时间点的氘代值生成HDX动力学曲线（图5）。作者将手动筛选检查的数据与自动分析法获得的氘代数据进行了比对，结果具有一致性，验证了自动化方法的准确性和可靠性（图6）。同时在做同一样本不同状态HDX比较实验时，AutoHX可以生成氘代差异的显著性差异分析图（Woods plot）（图7），用于比较不同状态下的蛋白结构和构象差异。图5. 氘代曲线的组合方式。图6.手动MS1数据分析和AutoHX自动计算的氘代率对比。图7.氘代差异分析流程示意图。最后作者用两个蛋白体系验证了该方法的实用性和可靠性。第一个体系为DNA聚合酶ϴ （Pol ϴ ）与其抗生素药物novobiocin结合的结构变化。通过比较手动处理与自动化处理的数据，作者发现生成的氘代差异图结果相似，提示该方法具有较好的准确性，并能够定位结合带来的氘代上升和下降区域（图8）。第二个体系是DNA依赖性蛋白激酶（DNA-PKcs）与选择性抑制剂AZD7648的结合。使用AutoHX软件处理了六个HDX-MS实验的数据，快速生成了Woods图，发现大部分可检测到的稳定性增加集中在FAT和激酶结构域（图9b），还包括药物结合位点的铰链环区域（图9c），揭示了药物结合位点及其引起的动态性变化。这部分研究结果展示了自动化数据分析在药物结合研究中的有效性，特别是在分析大型蛋白质复合物和难以纯化的蛋白质时，为药物开发和疾病治疗提供了有价值的信息。图8.手动处理与自动处理的Pol ϴ 与novobiocin-bound Pol ϴ 的HDX数据作差对比。图9. DNA-PKcs+AZD7648的自动化HDX分析流程结果。总的来说，该研究开发了AutoHX软件，通过自动化数据分析和基于DIA的HX-MS2工作流程，显著提高了氢/氘交换质谱技术在蛋白质结构和药物结合分析中的效率与应用范围，使得这一领域技术更加易于使用并可供更广泛的科研社区应用。该工作的亮点，从实验设计上：考虑到了目前HDX-MS流程——数据采集、数据分析——中存在的瓶颈与局限。从方法学考察层面：方法验证科学严谨、周到。从技术上：大大降低了人工处理HDX-MS数据的成本，提高了检测能力，有提高检测通量的潜力。从科学思维上：利用了scrambling的规律，将普遍的问题转化成了机遇。HX-DIA提供了一个概念上的转变，降低了该技术的使用门槛，使该技术“平民化”。本文发表在Nat. Commun.上，题目为“Automating data analysis for hydrogen/deuterium exchange mass spectrometry using data-independent acquisition methodology”，作者是加拿大卡尔加里大学的David C. Schriemer。

为了得到好的质谱数据，在进行样品分析前应对质谱仪的参数进行优化，这个过程就是质谱仪的调谐。调谐是质谱使用中非常重要的一环，今天小编就与大家聊一聊调谐操作。一、质谱调谐调谐这个词来源于模拟电路。电路中，调节L或C使其谐振的过程，叫做调谐。在质谱中，射频电源(RF)含有线圈，相当于电感L 质量分析器相当于电容C。在质谱出产前，实际上要调节射频电源(RF)的线圈，使得线圈和质量分析器组成LC电路达到谐振。这个过程就是最初的调谐。后来将调谐的概念拓展为调谐质谱的多个参数，使其达到最佳工作状态。调谐中将设定离子源部件的电压 设定amu gain和amu off值以得到正确的峰宽 设定电子倍增器(EM)电压保证适当的峰强度 设定质量轴保证正确的质量分配。调谐包括自动调谐和手动调谐两类方式，自动调谐中包括：自动调谐、标准谱图调谐、快速调谐等方式。如果分析结果将进行谱库检索，一般先进行自动调谐，然后进行标准谱图调谐，以保证谱库检索的可靠性。二、质谱调谐液通常一般的调谐用PFTBA(全氟三丁胺)。还有高质量低质量调谐的特殊(目标)调谐。全氟三丁胺 (PFTBA) 放在紧靠着真空室下面的标样小瓶内。当一开始调谐时，PFTBA 自动进入离子源内。通常 PFTBA 使用一年或更长的时间才需要更换。这种化合物的稳定性为再现调谐提供了必要的条件。同样，这种化合物具有足够的挥发性使其进入离子源，而不需要加热。PFTBA 碎片离子质量数覆盖了很宽的质量范围，并且由于只有 C-13 和 N-15 同位素，使碎片离子质量容易解析。三、质谱调谐故障分析故障现象：调谐参数改变时, 调谐峰强度的变化滞后产生故障的可能原因及排除方法：a. 离子源被污染，排除方法是对离子源依次用甲醇、丙酮超声清洗各15min b. 预四级杆被污染，排除方法是对预四级杆依次用甲醇、丙酮超声清洗各15min c. 离子源部件未安装到位，电路未接通，排除方法是将离子源拆下，重新安装。故障现象：调谐质谱仪时，需要过高的离子能量和推斥电压产生故障的可能原因及排除方法：a. 高离子能量过高是由于离子源被污染，推斥电压过高是预四级杆、四级杆被污染，排除方法是对离子源、预四级杆、四级杆依次用甲醇、丙酮超声清洗各15min及保养维护 b. 质谱仪调谐未达到最佳状态，排除方法是重新调谐质谱仪。故障现象：调谐参数改变时，仪器响应不明显产生故障的可能原因及排除方法：离子源短路或电路未接通，排除方法是取出离子源, 用万用表测量各部件间的电路连接是否正常。故障现象：调谐峰的形状不好，有肩峰产生故障的可能原因及排除方法：a. 质谱仪调谐未达到最佳状态，排除方法是重新调谐质谱仪 b. 离子源被污染，排除方法是对离子源依次用甲醇、丙酮超声清洗各15min c. 分析器有缺陷或损坏，排除方法是检查分析器外观是否有缺陷或损坏。故障现象：调谐时，无参考峰出现产生故障的可能原因及排除方法：a. 参考标样全氟只丁氨瓶中无参考标样，排除方法是添加参考标样全氟砚丁氨于质谱仪内置的参考样瓶中 b. 参考标样的管路被堵塞，排除方法是拆下管路，用丙酮超声清洗 c. 空气泄漏，排除方法是检查空气峰m/z 28的高度，若大于10%氦气峰m/z 4的高度，表明有空气泄漏，用注射器将丙酮滴在各接口处，通过观察丙酮的分子离子峰m/z58的强度变化, 进一步查明泄漏的确切位置。故障现象：出现不规则、粗糙的调谐峰产生故障的可能原因及排除方法：a. 离子源被污染，排除方法是对离子源依次用甲醇、丙酮超声清洗各15min b. 灯丝老化，排除方法是更换灯丝 c. 质谱仪调谐未达到最佳状态，排除方法是重新调谐质谱仪。故障现象：m/z 18、28、32峰大于10%氦气峰m/z 4产生故障的可能原因及排除方法：a. 空气泄漏，排除方法是检漏，检查柱子的连接情况 b. 氦气即将用尽, 气瓶内杂质富集，排除方法是更换载气瓶并安装脱气装置 c. 新近清洗的离子源未烘干，排除方法是设置250℃的离子源温度烘烤离子源 d. 柱子被污染，排除方法是老化柱子。故障现象：灯丝状态良好时，无离子产生产生故障的可能原因及排除方法：a. 离子源需要重新校准，排除方法是利用校准工具重新校准离子源 b. 空气泄漏严重，排除方法是检漏并紧固各连接处。故障现象：调谐质谱仪时, 高质量峰m/z 502、614不显示产生故障的可能原因及排除方法：预四级杆短路，排除方法是将预四级杆拆下, 用氦气或氮气吹干。

截至2020年，全球共有76个多肽类药物被批准上市，7000多个活性多肽被发现，约150个多肽药物进入临床试验，在过去20多年中，平均每年被批准的多肽药物约3个。微球、脂质体、聚乙二醇（PEG）修饰等方法的深入应用解决了多肽药物稳定性差、体内易降解、半衰期短等成药性差的问题，促进了多肽药物的开发利用。多肽药物药效广泛，临床上以慢性病治疗为主，例如罕见病、肿瘤、糖尿病、胃肠道、骨科、免疫、心血管疾病等。国内外药典将合成多肽类药物列入化药的范畴进行杂质的控制。欧洲药典规定合成多肽含量在0.5%以上的相关杂质需进行定性分析，对含量在1%以上的相关杂质进行定量分析并考察其毒副作用。2007年国家食品药品监督管理局发布了《合成多肽药物药学研究技术指导原则》，指出合成多肽原料药中工艺杂质的来源和一般化学药物有所不同，其可能的工艺杂质如：缺失肽、断裂肽、去酰胺多肽、氨基酸侧链的不完全脱保护所形成的副产物、氧化肽、二硫键交换的产物、非对映异构的多肽、低聚物和/或聚合物及合成中所用的毒性试剂和溶剂等。 多肽含有二硫键、裸露的氨基和羧基，容易因分子间二硫键或氨基羧基间脱水形成共价聚合物。共价键形成的聚合物杂质可能存在较大免疫原性风险，在多肽类药物制剂质量研究和新药申报中应予以重点关注。质谱分析、氨基酸组成分析和氨基酸序列测定是合成多肽药物及杂质结构确证最常用的技术手段。 岛津解决方案 ● 分析仪器岛津液相系统Nexera LC-40 +高分辨质谱仪LCMS-9030 ● 分析条件流动相为水：乙腈：TFA=60:40:0.2流速：0.5 mL/min等度洗脱柱温：25℃质谱：离子源：ESI（+）扫描范围：m/z 100 ~5000 多肽药物应用案例一STN聚合物杂质结构鉴定图1. 注射用STN破坏样品HPLC色谱图（UV 210 nm）图2. STN聚合物杂质可能的聚合方式 通过STN聚合物杂质精确质量数预测其分子式，结合多肽的质谱峰归属对STN聚合物杂质进行结构推测（如图2）。STN结构中含有一对二硫键，综合判断其聚合位点为分子间二硫键。 多肽药物应用案例二TJN聚合物杂质结构鉴定图3. 注射用TJN破坏样品HPLC色谱图（UV 214 nm） 图4. TJN聚合物杂质MS2质谱图 使用岛津精确分子式预测工具Formula Predictor对TJN聚合物杂质进行分子式预测，其分子式预测结果恰好相当于两分子TJN脱水，因此推测其聚合位点为两分子TJN的氨基端和羧基端缩合生成肽键。TJN为20肽，其游离氨基端为苯丙氨酸，游离羧基端为亮氨酸。结合TJN二聚体的推定氨基酸序列进行二级质谱碎片归属，TJN聚合物MS2质谱图中识别出多种特征碎片。特别是y19和b21碎片的存在证明聚合位点为亮氨酸（L）和苯丙氨酸（F）缩合而成的肽键。 结论随着我国成为国际人用药品注册技术协调会（ICH）成员国，药品的技术标准逐步与国际接轨。同时随着我国药品一致性评价工作的全面开展，合成多肽药物杂质结构鉴定将面临巨大的技术挑战。岛津公司采用尺寸排阻色谱法建立合成多肽药物的聚合物分析方法，并通过高分辨质谱LCMS-9030测定聚合物的准确质量数推测其分子式，同时结合MS/MS特征碎片推测聚合物杂质的结构。本文展示LCMS-9030在多肽药物的两种主要聚合方式（二硫键和肽键）鉴定中的应用。岛津液相色谱四极杆飞行时间串联质谱LCMS-9030具有高质量准确度，高分辨率的性能优势，是合成多肽药物杂质一级结构鉴定的强有力工具。 本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

（续前） “2018年中国质谱学术大会”在广州东方宾馆如火如荼地进行，岛津公司在本次大会上为与会者带来了质谱领域最新的解决方案，并于11月25日中午举办午餐会。 在25日上午的生命科学与医学分会场报告上，岛津公司分析测试仪器市场部的韩美英博士做了题为“成像质谱显微镜在医药研究领域的应用及新进展”的报告，她在报告中说到岛津成像质谱显微镜，前端是搭载高分辨光学显微镜的大气压基质辅助激光解吸电离源，后端配置离子阱和飞行时间串联质谱仪（IT-TOF）。iMScope TRIO拥有世界领先水平的5 μm高空间分辨率，可进行高精度MSn结构分析，为未知物的结构鉴定提供丰富的碎片信息。另外，全新开发的IMAGEREVEAL MS成像质谱数据分析软件，专门为成像质谱的大容量数据和多组分同时分析而设计，具有丰富的统计学功能和搜库功能，也可分析非岛津质谱仪采集的数据。 iMScope TRIO作为直观反映组织器官中分子水平化合物的空间分布与变化的可视化方法，目前已在基础与临床医学研究中受到广大科研工作者的关注，为成像分析提供全新的工具，并提高研究水平。岛津公司分析测试仪器市场部的韩美英博士做了题为“成像质谱显微镜在医药研究领域的应用及新进展”的报告 在质谱新方法新技术分会场上，岛津公司分析测试仪器市场部的潘晨松博士做了题为“创新高分辨液质联用Q-TOF助力多农残高通量检测和未知物鉴定”的分会场报告，他在报告中介绍高分辨液质联用四极杆飞行时间质谱(LC-QTOF)对农残/兽残等多目标物的高通量靶向检测在食品质量安全风险控制中正发挥越来越大的作用。基于准确的色谱保留时间，ppm级的质量准确度，真实同位素峰形和高分辨MRM特征碎片离子检测，LC-QTOF农残高通量筛查具有可靠性高，灵敏，快速高通量的特点，同时具有未知物定性和数据溯源的能力。岛津LCMS-9030具有稳定性好，准确度高，灵敏度高和速度快等特点，非常适合于多农残的高通量检测和未知物鉴定。岛津公司分析分析测试仪器市场部的潘晨松博士做了题为“创新高分辨液质联用Q-TOF助力多农残高通量检测和未知物鉴定”的分会场报告 25日中午，岛津公司为参会的专家，学者举办了午餐会，来自岛津质谱中心的董静博士，刘佳琪博士和郭彦丽博士分别在午餐会上介绍了岛津公司最新热点的应用方案。分析测试仪器市场部姜啸龙经理主持午餐会。分析测试仪器市场部姜啸龙经理主持岛津午餐会 在岛津午餐会上，来自岛津公司质谱中心的董静博士做了题为’从观察到分析：成像质谱技术及相关应用简介“的报告，她在报告中强调成像质谱技术是近些年来的热点技术之一，在药学、医学、食品安全、农业、环境等领域中均有广泛的应用。岛津iMScope结合显微镜与质谱于一体， 提供完整的质谱成像检测平台，可在无需标记、无需构键抗体的条件下，对植物、动物切片中多种分子同时进行分析，一次实验即可获得多种物质的高空间分辨率质谱图像，并与光学图像的精确重合，准确定位目标化合物在组织中的存在位置，为各领域中目标物质作用机理，代谢途径、位置分布、变化过程、毒理学评价等提供有力、可靠、丰富的数据信息。岛津公司质谱中心的董静博士做了题为’从观察到分析：成像质谱技术及相关应用简介“的报告 岛津公司质谱中心的刘佳琪博士做了题为“岛津全自动前处理系统在水质检测中的应用”的报告，她在报告中指出液相色谱串联质谱联用（LC-MS/MS）技术是痕量分析的利器。有机污染物随着水体的流动扩散、稀释，浓度极低，甚至无法使用LC-MS/MS技术直接分析检测。岛津推出全自动固相萃取分析系统（AOE系统）将在线固相萃取技术与LC-MS/MS技术联用，可允许“mL”级水样品直接进样分析，利用软件自动控制，将样品前处理、超高效液相色谱分离、质谱或光谱检测、数据处理等高度集成，轻松实现自动化分析，有效提升实验效率，同时大大减少了人为操作的不可控因素，降低样品分析成本，非常适用于痕量有机污染物的分析。报告中介绍岛津全自动固相萃取分析系统（AOE系统）的硬件、原理和特点，及其在水质检测中的应用。岛津公司质谱中心的刘佳琪女士做了题为“岛津全自动前处理系统在水质检测中的应用”的报告 岛津公司质谱中心的郭彦丽博士做了题为“超临界流体色谱在油脂样品检测中的应用”的报告，她在报告中说到针对油脂分析，通常需要先在正相色谱下进行净化，再使用反相色谱进行分析。前处理过程繁琐，耗时，且回收率不稳定。为解决以上问题，本实验室开发了超临界流体色谱（SFC）与反相液相(LC)/液质质(LCMSMS)联用的多维柱切换系统。利用SFC对油脂样品在线净化后，将待测组分导入第二维的反相系统，实现进一步的分离和检测。使用该系统大大简化了油脂样品的前处理过程，实现了快速自动化分析。并且，通过超临界CO2的使用，大大减少有机溶剂的消耗，为油脂样品的检测提供了一种安全环保的解决方案。岛津公司质谱中心的郭彦丽博士做了题为“超临界流体色谱在油脂样品检测中的应用”的报告（未完待续）关于岛津 岛津企业管理（中国）有限公司是（株）岛津制作所于1999年100%出资，在中国设立的现地法人公司，在中国全境拥有13个分公司，事业规模不断扩大。其下设有北京、上海、广州、沈阳、成都分析中心，并拥有覆盖全国30个省的销售代理商网络以及60多个技术服务站，已构筑起为广大用户提供良好服务的完整体系。本公司以“为了人类和地球的健康”为经营理念，始终致力于为用户提供更加先进的产品和更加满意的服务，为中国社会的进步贡献力量。

p　　LC-MS/MS作为蛋白组学分析的主要手段，所分析的样品分子过于微小肉眼不可见，需要借助色谱图、质谱图判断其表现，但你看到文章里的质谱图是否感觉迷惑不解，甚至色谱图和质谱图傻傻分不清呢?文章返修编审让补充的有注释信息的二级质谱图究竟是个什么东东?今天小编带你一起解密。/pp　　我们常说的图谱分为两类，色谱图与质谱图。色谱图评价的是母离子在色谱上的表现，质谱图则是一级母离子和二级碎片子离子在质谱里的信号表现。这里小编跟你分享一个区分两种图谱的秘密，那便是看横坐标，横坐标是时间轴的为色谱图，横坐标是质荷比的那就是质谱图了，不管色谱图还是质谱图，纵坐标都是信号强度!/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/d2a264a0-7451-4f84-98dc-0b5062ac709e.jpg" title="1.jpg"//pp　　常见的色谱图有Basepeak图、TIC图、XIC图 质谱图经常提到的是一级质谱图，二级质谱图，b,y离子匹配图(有注释信息的二级质谱图)，下面我们逐一看过来。/pp　　strong【色谱图】/strong/ppstrong　　Basepeak 图：/strong/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/363edb6d-6fda-4948-81e5-4c0da2a627b5.jpg" title="2.jpg"//pp　　看到上图，做过LC-MS/MS实验的童鞋是不是有一种似曾相识的感觉?你肯定在哪里见过。/pp　　Basepeak图是色谱分离过程中将每个时间点质谱检测信号最强的肽段的强度值连续描绘得到的图谱。图中峰多信号强说明样品复杂度高量也足。由于上机的样品是蛋白质酶解后的肽段，所以如果你要问小编能否将鉴定到的蛋白质在basepeak图上标出来，答案是不能!!!/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/0e1dca0d-99a3-4c0d-83e6-259c06cc0fd8.jpg" title="3.jpg"//ppstrong　　TIC图：/strong/pp　　全称为Total ion chromatogram，即总离子流图，相比Basepeak图是用每个时间点质谱信号强度最高的母离子绘制的图谱，TIC是样品中所有离子的色谱图。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/8d76db07-faf1-4889-a7a7-d28156306780.jpg" title="4.jpg"//ppstrong　　XIC图：/strong/pp　　全称是Extracted ion chromatogram，即提取离子流色谱图,为某个特定母离子的色谱图，XIC图的峰面积可以用于蛋白定量分析。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/30b83abf-94dc-44f3-a7c4-305e22fc80fa.jpg" title="5.jpg"//pp　　strong【质谱图】/strong/pp　　一级质谱图是一次质谱全扫描内所有母离子的信号分布图，二级质谱图是特定母离子在高能碎裂后产生的二级离子的信号分布图，样品经质谱鉴定后生成的质谱文件实质是数万张一级质谱图和二级质谱图的叠加。/pp　　原始二级质谱图，如下图(m/z=377.54)，为实际检测到的二级离子的质荷比的分布图，只有一个个孤独的峰，代表一个个孤单的子离子，没有归属，只有将其大小与宗氏族谱(理论的肽段序列碎裂后生成的二级离子分布)匹配后，方能知道其名姓(肽段序列)。匹配后的图就是文章里提到的有注释信息的二级图，也叫做b,y离子匹配图。修饰组学及一段肽的蛋白发文章时可能会被要求提供b,y离子匹配图。/pp style="text-align: center "strongimg src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/741b86e1-6126-4e8e-a498-782c779009ae.jpg" title="6.jpg"//strongbr//pp style="text-align: center "　　B,y离子匹配图/pp　　将实际检测到的二级离子的质荷比分布与肽段序列断裂后理论形成的子离子匹配后的图谱。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/383ca26b-e241-4004-8430-5f9ab963f299.jpg" title="7.jpg"//pp　　肽段在能量作用下断裂后会生成一个个b,y离子对。左面的碎片为b离子，右边的碎片为y离子，以上图为例，KTQAASVEAVK理论生成的b,y离子对为：/pp　　第一个氨基酸与第二个氨基酸中间断开(K|TQAASVEAVK)，则生成b1=K(从左往右数1)，y10=TQAASVEAVK(从右往左数10) /pp　　第二个与第三个氨基酸中间断开(KT|QAASVEAVK)，生成b2=KT,y9= QAASVEAVK 其他位置断开，依次类推……。/pp　　本肽段中如果第一个氨基酸K上发生了泛素化修饰(已经标红)，我们应该如何找出该位点被修饰的证据呢?请往下看。(哎哎继续往下看，别走神儿!)/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/e98257d8-53f4-496b-9f0e-c37fb645c9ce.jpg" title="8.jpg"//pp　　肽段碎裂后检测的b3(KTQ),b4(KTQA)离子可能带有修饰集团，以b3为例，如果K上发生修饰，则b3的分子量应该比不带修饰的b3(KTQ)理论分子量(376.22-18.01(QA连接是脱了水的)=358.21)多一个修饰集团glygly-的分子量(114.04)，即=358.21+114.04=472.25，而我们检测到的b3离子的分子量刚好为472.25，说明b3(KTQ)离子携带了泛素化修饰集团.因泛素化常发生在K上，推测应为K发生了泛素化修饰。/ppbr//p

大家好，本周为大家分享一篇最近发表在 Journal of the American Chemical Society上文章，Native Top-Down Mass Spectrometry with Collisionally Activated Dissociation Yields Higher-Order Structure Information for Protein Complexes1。该文章的通讯作者是美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的Joseph A. Loo教授。非变性质谱(native MS，nMS)通常用于揭示蛋白及其复合物的分子量大小和化学结合计量比，但若要进一步阐明深层次的结构信息，则需要与串联质谱结合，即非变性自上而下质谱（nTDMS），通过对母离子进行二级甚至多级碎裂可获取额外的序列、翻译后修饰(PTMs)以及配体结合位点信息。此外，nTDMS能以构象敏感的方式断裂共价键，这样就可以从碎片模式推断出有关蛋白高级结构的信息。值得注意的是，使用的激活/解离方式会极大地影响得到的蛋白质高阶结构信息。电子捕获/转移解离(ECD、ETD或ExD)和紫外光解离(UVPD)等快加热的活化方式因其能够在保留蛋白整体结构的情况下先对共价键进行断裂而被广泛应用于nTDMS分析中。而慢加热的活化方式如碰撞活化解离(CAD)会在断键前进行能量重排，导致一些较弱的非共价相互作用先发生破坏，例如：亚基的释放和展开，因此对高阶结构表征没有帮助。而此次Joseph A. Loo课题组的研究结果显示使用基于orbitrap的高能C-trap解离(HCD)同样也可以从天然蛋白复合物的中直接获得序列信息，并且碎片模式可以提供有关其气相和溶液相高阶结构信息。此外，CAD还可以生成大量的内部碎片(即不包含N-/ C-端的片段)用于揭示蛋白质复合物的高阶结构。为了研究蛋白复合物HCD的碎裂化情况，作者比较了酵母来源的乙醇脱氢酶四聚体（ADH）在Complex-down MS (psedo-MS3)和nTDMS两种分析策略下的碎片模式。如图1所示，在Complex-down MS分析中，ADH经源内解离（ISD）释放出单个亚基，该亚基经HCD碎裂生成肽段b/y离子。而在nTDMS分析中，肽段离子则可以从复合物中直接获得。如图2（上）所示，在Complex-down MS分析中总共获得了24个b离子和18个y离子，能够实现11.8%的序列覆盖率。近乎相等数目的b、y离子表明Complex-down MS分析中释放的ADH亚基N-端和C-端均具有较高的表面可及性，即亚基发生去折叠。此外，碎片模式也揭示了N-端乙酰化、V58T突变体以及Zn2+结合位点等信息。相比之下，nTDMS分析则更反映ADH的高阶结构，如图2（下）所示，在nTDMS分析中主要检测到b离子，几乎没有亚基信号，说明b离子是直接由复合物中共价键断裂产生的。ADH的nTDMS分析共产生了60个N-端b离子和3个C-端y离子（17.6%序列覆盖率）。由HCD产生的大量N端碎片类似于ADH基于电子和光子解离技术产生的nTDMS产物。将这些片段映射到ADH的晶体结构上可以看出，N端区域比C端区域更容易暴露于溶剂，而C端区域主要形成复合物的亚基-亚基界面。ADH的碎片离子中来源亚基界面断裂的仅占8%，大部分碎裂都发生在溶剂可及的N-端。图1 Complex-down MS和nTDMS分析流程图1 Complex-down MS（上）和nTDMS（下）碎片模式比较ADH的nTDMS分析充分展现了CAD在蛋白复合物高阶结构表征上的潜力，为了进一步验证，作者还选择了其他的蛋白复合物进行实验，如醛缩酶同源四聚体、谷胱甘肽巯基转移酶A1二聚体、肌酸激酶二聚体等。这些蛋白复合物在n-CAD-TDMS分析中都产生了与结构对应的碎片离子，说明基于CAD的nTDMS分析是具有普适性。当然也会存在一些例外，膜蛋白水通道蛋白(AqpZ)同源四聚体在nTDMS分析过程中产生了高丰度的单体亚基、二聚体、三聚体信号，这应该归因于AqpZ四聚体亚基之间的弱疏水结合界面，导致亚基的释放发生在共价键断裂之前，因此产生的b/y离子无法反映蛋白复合物的空间结构。相较而言，以盐桥为主要稳定作用的蛋白复合物，如ADH、醛缩酶等则更容易在nTDMS分析中产生肽段碎片离子。此外，基于CAD的nTDMS分析中还发现了大量的内部碎片，ADH产生的大部分内部碎片来源于溶剂可及区。尽管内部碎片难以辨认，但可以大幅度提高序列覆盖率，提供更精细的结构信息。一个从小分子裂解衍生到大分子解离的假设是，在实验的时间尺度内，由碰撞引起的激活是完全随机化的，并以沿着最低能量途径引导碰撞诱导的解离。然而，这些假设没有考虑到熵的要求，缓慢重排可能是释放亚基所必须的，例如重新定位盐桥将一个亚基与其他亚基相连。在碰撞次数或每次碰撞能量不足以碰撞出能释放亚基的罕见构型的情况下，以释放出更小的多肽碎片(具有更少的约束) 代替重排可能具有更高的竞争性。总之，本文展示CAD在nTDMS分析中的应用，无需基于光子或电子的活化方式，CAD可直接从蛋白复合物中获得肽段离子，并且该碎裂离子能够反映蛋白复合物的空间结构。撰稿：刘蕊洁编辑：李惠琳原文：Native Top-Down Mass Spectrometry with Collisionally Activated Dissociation Yields Higher-Order Structure Information for Protein Complexes参考文献1. Lantz C, Wei B, Zhao B, et al. Native Top-Down Mass Spectrometry with Collisionally Activated Dissociation Yields Higher-Order Structure Information for Protein Complexes. J Am Chem Soc. 2022 144(48): 21826-21830.

目的在使用飞行时间质谱对环境水源进行广泛的农药筛查的过程中，成功鉴定天然河水中发现的一种非目标未知污染物。背景TOF筛查常用于目标筛查工作；在这种情况下，一种全面的数据库用于在筛查采集过程中将关键的目标化合物作为目标。当分析环境水源时，农药污染筛查是最重要分析之一。然而，诸如兽药或人用药品及其代谢物等其他污染物种类可能也以和农药类似的超微量水平存在并能对水生生态系统造成同等危害。发现一种非目标化合物后，需要对其进行确认和鉴定。TOF仪器必须足够灵敏和准确，从而确保未知化合物能被正确检出和鉴定，同时又能保持极低浓度组分的质量准确性。关于低能量前体离子和MSE高能量碎片离子的精准质量数据以及较窄的色谱提取窗口都为非目标种类的鉴定提供了更高的可信度。解决方案Waters Xevo&trade G2 QTof连同ACQUITY UPLC和ChromaLynxTMXS数据处理软件用于快速筛查经Oasis HLB柱萃取后的天然河水。该方案使用一种总运行时间为五分钟的UPLC通用筛查梯度。所用的流动相为10 mM醋酸铵水溶液和10mM的醋酸铵甲醇溶液。对河水空白基质进行了筛查，以研究可能存在的任何本底污染。经ChromaLynx XS软件去卷积后，在2.44分钟处发现了离子m/z 237.1031的一个明显色谱峰，如图1所示。Xevo G2 QTof采集得到的精确而可重现的准确质量数据为分析师提供了一种非目标污染物筛查和研究的解决方案，这种解决方案结果具有较高可信度。当这种准确质量离子使用MassLynxTM应用管理系统内的元素组成工具进行分析时，最大质量公差为2.0ppm的最有可能的建议分子式为C15H13N2O，并且通过使用i-FIT TM 而将该分子式选定为最佳拟合。该分子式与一种人用抗惊厥和情绪稳定药物质子化卡巴咪嗪相匹配。然后，在2.44分钟采集的低能量质谱和MSE高能量质谱使用MassFragmentTM 工具进行处理，并与卡巴咪嗪的母体分子及其初级碎片离子相匹配，如图2所示。最后，通过与纯卡巴咪嗪的溶剂标准溶液比较而得到了明确确认。图3所示的溶剂标准品数据与非目标污染物数据建立了一个匹配，从而清晰地证明了这种非预期化合物就是卡巴咪嗪。总结由Oasis HLB SPE萃取、通过ACQUITY UPLC快速分离并由Xevo G2 Qtof进行检测、以及接下来的ChromaLynx MS软件进行数据处理的一整套流程可成功用于天然河水的筛查。使用一种非目标筛查方法实现了对非预期污染物&mdash 药物分子卡巴咪嗪&mdash 的检测和鉴定。Xevo G2 QTof采集的精确而可重现的准确质量数据实现了母离子和碎片离子结构的明确分配。该方法为分析师提供了一种最终结果具有较高可信度的非目标化合物的筛查和研究解决方案。

化合物鉴定效率低下在中药研发过程一直是个难题，想要使鉴定效果立竿见影，除了需要优质的仪器设备之外，如能有个涵盖全面、高精质量的数据库掌握在手，是否能够成为研发人员的福音呢？请看赛默飞如何携手清华大学实现这一点： 研究背景随着质谱技术的不断发展，尤其是利用高分辨质谱能够准确获取待测物质荷比，适用于复杂样品中多种化合物的同时高选择性分析，具有检测灵敏度高、动态范围宽的特点，因此，其在化合物定性研究领域越来越受到广大学者欢迎。需要注意的是，虽然通过高分辨质谱技术，可以直接观测到化合物的保留时间、质荷比、同位素分布和碎片离子信息，但是在进行结构推导时需利用大量文献检索和分析人员的经验才能完成，导致化合物鉴定效率低下。 为了解决质谱结构推导问题，帮助研究人员快速准确鉴定中药成分，赛默飞世尔科技与清华大学药学院药物发现平台合作，以《中国药典》2015年版（一部）收录的中药材为参考，利用Thermo Scientific静电场轨道阱 (Orbitrap) 高分辨质谱平台，采用特定的色谱-质谱采集方法，完成了1200余种中药化合物对照品的一级和碎片质谱图采集，获得了7千多张目前市面上最高质量的二级质谱图。可实现中药及天然产物成分的快速准确表征。 01赛默飞中药高分辨数据库简介数据库收载化合物来源于将近430种常见植物药、动物药、濒危物种和药食同源物种，涵盖所有常见的中药成分类型，如苯丙素、醌、黄酮、萜、甾体、生物碱、酚酸和其他类等。在数据处理软件TraceFinder和Compound Discoverer (CD) 的帮助下，根据化合物的保留时间、不同加和离子的质荷比、同位素丰度、碎片离子等信息可对原始数据进行数据库检索并综合打分，从而快速鉴定化合物的结构。该数据库的优势在于：①采用特定数据采集系统，获得相对固定的化合物保留时间，可为鉴定化合物同分异构体提供帮助；②Orbitrap高分辨质谱仪具有分辨率高、质量精度高、稳定性好等特点，有力保障了数据库谱图质量；③添加了常见的植物基源，可对特定中药的成分进行快速筛选；④各化合物均添加了CAS ID 、ChemSpider ID 和PubChem ID ，可以链接至相应网站做结构查找。02样品采集系统本数据库基于超高效液相色谱-静电场轨道阱高分辨质谱 (UHPLC-Orbitrap HRMS) 平台。可适用于Q Exactive系列、Fusion系列高分辨质谱所采集的数据检索。03数据库界面展示本数据库分别基于TraceFinder软件和谱图管理软件mzVault进行搭建，得到可用于高通量快速筛查的Database和可用于实际谱图匹配的Spectral Library。图1 基于TraceFinder软件平台的Database界面图2 基于mzVault软件平台的Spectral Library界面04数据库应用领域该高分辨数据库结合Thermo Scientific已有的在线高分辨数据库mzCloud，使得赛默飞在中药成分鉴定、有害残留控制和植物代谢组学等研究领域的解决方案更加完善。图3 赛默飞中药成分鉴定解决方案图4 赛默飞植物代谢组学解决方案 特别鸣谢OTCML数据库凝聚了清华大学药学院药物发现平台各位老师的倾情奉献与汗水，特此鸣谢为该数据库做出卓越贡献的科学家们：丁怡：教授，清华大学药学院药物发现平台主管；侯朋艺：博士，赛默飞世尔科技生命科学质谱应用专家；艾静雅：清华大学药学院药物发现平台质谱应用工程师；庞欢欢：清华大学药学院博士后；其他参与数据库建立工作人员：宋词（清华大学药学院） 更多详情，请关注“赛默飞色谱与质谱中国”公众号。

SYNAPT XS高分辨率质谱仪没有研究，就制定的决策，容易是盲目的在科研领域，研究进展缓慢和成本不断上升俨然已成为一项挑战。SYNAPT XS质谱仪具有极致灵活性，可提供更大的选择自由度，能够打破这些壁垒，支持任何应用的科学创新和技术成功。 • 创新技术作为基石，提供最优异的分析性能• SONAR和HDMSE提供一套独特的工具包，用于解析复杂混合物• 离子淌度功能大大增加了峰容量和分析选择性• CCS测量可提高化合物鉴定的准确性创新技术提供最优异的分析性能凭借沃特世高级质谱“SELECT SERIES”传承下来的技术基石，内置先进的创新技术，确保使用该平台的科学家处于质谱分析的最前沿，同时维持SYNAPT的易用性和成熟的客户端工作流程。StepWave XS重新设计的分段四极杆传输光学元件，提升棘手化合物的分析灵敏度，同时进一步提高分析稳定性。Extended ToF 针对最复杂的样品，提供兼容UPLC的质量分辨率、耐受各种基质的动态范围和定量分析结果，同时提供卓越的性能指标。更大的分析选择自由度为有效解决固有难题，分析人员对各种分析策略的需求不断增加，因此，SYNAPT XS将高性能与极致灵活性相结合。竞争对手的系统大多存在入口选项有限、扫描功能局限性或需要多个平台等问题。与之相比，只有沃特世能够提供全方位的高性能LC-MS解决方案，该方案经过专门设计，能够提供更大的分析选择自由度以支持科学研究。SONAR和HDMSE提供了一套独特的工具包，用于解析复杂混合物完整的分析策略需要结合适当的互补技术才能得到更全面的数据信息。借助SYNAPT XS上基于SONAR和IMS的非数据依赖型采集(DIA)操作模式，分析人员能够利用互补机制，以独一无二的方式解析复杂混合物。两种类型的采集均提高了分析峰容量，提供“清晰明了”的碎片数据，但它们基于不同的分子特性。这提供了一种真正独有的研究工具包，适用于深入解析复杂混合物。离子淌度和CCS测量传统质谱仪基于m/z分离组分。SYNAPT XS还支持在离子淌度实验中，使用分子大小、形状和电荷作为其碰撞截面(CCS)的函数，对分子进行分离。 除离子淌度能提供额外的分离维度、增加峰容量和分析选择性以外，CCS测量还可提供额外的分子标识。离子CCS的测量结果有助于确定离子名称或研究其结构。运用离子淌度技术，显著提高了科学家分析复杂混合物和复杂分子的范围和可信度。CID与ETD碎裂功能TriWave的双碰撞室结构可进行碰撞诱导解离(CID)和/或电子转移解离(ETD)碎裂，且分辨率高、质量测定准确，能够拓展MS/MS检测能力。 高解析度四极杆包括4 KDa、8 KDa或32 KDa质量数范围，适用于从小分子到大分子的MS/MS分析TAP碎裂时间校准平行(TAP)碎裂是T-Wave IMS设计所独有的采集模式。它使用户能够利用TriWave配置，允许将IMS前T-Wave和IMS后T-Wave作为两个单独的碰撞室运行。得到的CID-IMS-CID仪器操作有助于对组分进行超高可信度的结构表征。TAP碎裂与传统MSn或MS/MS技术相比，具备卓越的碎片离子覆盖率、灵敏度和准确性，在构建完整结构方面有着不容置疑的优势。创新点：SYNAPT XS质谱仪具有极致灵活性，可提供更大的选择自由度，能够打破这些壁垒，支持任何应用的科学创新和技术成功。 • 创新技术作为基石，提供最优异的分析性能• SONAR和HDMSE提供一套独特的工具包，用于解析复杂混合物• 离子淌度功能大大增加了峰容量和分析选择性• CCS测量可提高化合物鉴定的准确性SYNAPT XS高分辨率质谱仪

有机质谱分析基于不同质荷比(m/z)的带电离子在电场或磁场中的不同运动行为进行定性或定量分析，具有灵敏度高、样品用量少、分析速度快、同时进行多组份分析等优点。近年来在我国发展很快，广泛应用于食品安全、环境保护、化学化工、制药、生命科学、材料科学等各个领域，成为日常工作中非常重要的定性定量分析方法。质谱的定性分析基于对质谱谱图的解析而实现，但由于有机化合物种类繁多，繁杂的裂解规律不易记忆，又缺乏解析的思路和方法，很多质谱分析人员在拿到谱图后常感觉到无从下手。 为适应广大分析技术工作者的需求，信立方培训中心将于2015年8月18日-21日在北京举办第十二期有机质谱谱图解析专题培训班，欢迎有志提高有机质谱谱图解析水平的分析人员来参加。培训时间：2015年8月18-21日培训地点：外国专家大厦（华严北里8号院外国专家大厦（北四环）适用对象：各企事业单位、科研院所从事食品卫生、检验检测、石油化工有环境监测及等行业负责分析测试的技术人员，以及各大专院校相关专业在校研究生及分析中心等技术人员。学习目标：系统掌握有机质谱谱图解析的基本方法，了解有机化合物的裂解反应类型和基本裂解规律，结合实例讲解谱图解析的基本思路和方法，为有机质谱的定性分析打下坚实基础。课程特色：p 讲师均为长期从事质谱分析研究的高职人员，具有丰富的理论知识和实践经验；p 有机质谱谱图解析的基础知识、基本规律和精选实例相结合，深入浅出，通俗易懂；p 独有的有机质谱谱图解析水平测试题，可清楚的对比学习前后的技术水平；p 学员可带问题参加学习班，在学习班和专家即时讨论交流，解决实际问题；授课专家：　　1、王光辉 中国科学院化学研究所质谱中心研究员，中国最早从事质谱研究的专家之一，参与了国内多项质谱仪器的研发工作，有丰富的理论知识、实践经验和培训教学经验。代表著作：《有机质谱解析》；　　2、苏焕华 北京石油化工科学研究院高级工程师,70年代初开始有机质谱应用研究，参与了国内质谱仪器的研发工作，组织过多种质谱应用技术培训，有丰富的教学经验。代表著作：《色谱-质谱联用技术及应用》；3、授课专家不宜公开；授课大纲：　一、谱图解析基础知识　 1、原子中电子的排布　　2、奇电子离子与偶电子离子　　3、氮规则　　4、环加双键值　　5、同位素峰　　6、单分子反应二、离子的丰度　 1、质荷比与离子丰度包含的结构信息2、影响碎片离子丰度的基本因素三、离子碎裂的基本机理　1、断裂　2、环的开裂　3、重排反应　4、置换反应　　5、消除反应四、常见有机化合物的裂解及质谱图特征　　1、碳氢化合物　　2、醇、酮、醛、酸、酯、醚　　3、胺类、酰胺类　　4、卤代物、硝基化合物5、腈五、由质谱图推测分子结构　　1、基本方法及思路2、实例练习六、NIST谱图库检索实用技术　　1、NIST谱图库简介　　2、NIST谱图库主要功能3、NIST谱图库检索实例培训费用每人3800元，2人以上组团报名可每人优惠100元（含报名费、培训费、资料费、培训期间每日午餐费用）。颁发证书参加相关培训并通过考试的学员，可以获得：由信立方培训中心颁发并有授课老师签字的结业证书。该证书可作为有关单位专业技术人员能力评价、考核和任职的重要依据。报名咨询联系人：李茹电话：010-51654077-8119/15910410867邮箱：liru@instrument.com.cn

今日看点mRNA疫苗在新冠疫情中得到了广泛关注，Moderna及Pfizer/BioNTech的mRNA疫苗获得FDA的紧急使用授权，掀起新一轮的mRNA疫苗研发热潮。与依靠抗原或减毒病毒刺激免疫系统产生免疫反应的传统疫苗不同，mRNA疫苗本身并不含有抗原，而是以编码抗原的mRNA为主要成分。这些编码抗原的mRNA能在细胞内被翻译为抗原蛋白，从而引发免疫反应。相比传统疫苗，mRNA疫苗成本低、研发灵活性高、生产效率高，且具有相对较高的安全性，应用前景广阔[1]。对于此类新型疫苗，需严格的质量控制以确保产品的安全性尤为重要。其质量属性包括稳定性、完整性、纯度和同质性等。如图1所示，从mRNA构造、体外翻译及转染，到体内免疫，色谱、质谱、qPCR、电泳等多种表征手段被用于质量评估[2]。其中高分辨质谱技术对于mRNA的深入表征（加帽效率、修饰、测序等）、杂质分析（siRNA、DNA、宿主残留蛋白）有着重要应用。图1：mRNA疫苗的质量控制和基于细胞的功能评估的工具（点击查看大图）01mRNA的加帽反应效率评估mRNA前体的加工包括了在其5' 端加上7-甲基鸟苷（m7G），称之为“帽”。这种加帽步骤可增加mRNA稳定性，使其避免被核糖核酸酶降解。加帽步骤会产生多种结构（如图2a），最常见的被称为“Cap0结构”（只含m7G），即鸟嘌呤环上的N-7位置甲基化；而如果下游邻位核苷酸上的核糖也被甲基化，则为“Cap1”，再下游的则为Cap2”（甲基化均发生在核糖的2' 羟基上）。在脱磷酸的过程中，也会产生单磷酸、双磷酸、三磷酸等多种相关杂质。图2a.加帽反应（点击查看大图）Oribitrap高分辨质谱由于其高分辨率、高灵敏度及高质量精度可以准确地对mRNA加帽效率进行评估。全长的mRNA直接通过LC-MS分析往往由于分子量太大而无法得到精确表征，通常会使用RNAse酶切结合磁珠分离的方法获得5’端的加帽短链，如图2b所示[3]。图2b.mRNA分离纯化步骤（点击查看大图）RNAseH酶切及磁珠纯化分离后，所得的5’端mRNA酶解片段经过Orbitrap高分辨质谱分析，结果检测到未加帽组分、加帽1组分及少量在第二个A酶切位点得到的加帽1组分，包括单磷酸、二磷酸及三磷酸修饰杂质，且得到同位素基线分离的高质量谱图（如图3a、3b所示）。图3a.5’端mRNA 酶解片段TIC及质谱图（点击查看大图）图3b.5’端mRNA 酶解片段理论及实测质量（点击查看大图）通过加入内标未加帽三磷酸mRNA，确认了质谱定量方法的可行性及准确性。对各加帽组分及未加帽组分形态进行质谱峰面积定量，从而得到5’加帽比例（图3c）。图3c.质谱非标定量法计算mRNA加帽比例（点击查看大图）MRM方法用于mRNA加帽定量分析质谱MRM方法可用于组织及细胞培养基中的mRNA加帽修饰检测，具有高通量及高灵敏等优势。组织或细胞培养基中的mRNA经过nucleaseP1酶解及磁珠纯化，可得到加帽二核苷酸,(m7)GpppN(m)[4]。对11个帽二核苷酸修饰变异体建立MRM方法（图4a），可实现每种变异体的色谱分离及质谱定量（图4b）。图4a.MRM质谱方法参数（点击查看大图）图4b.11个帽二核苷酸修饰变异体的提取离子流图（点击查看大图）其中，对于m7GpppG及GpppGm形式的同分异构体，在液相及一级质谱上均无法分辨，而m7GpppG的特征子离子m/z635.9可将其区别于GpppGm，从而建立MRM方法定量分析，且方法灵敏度高（图5）。图5：(a)连续稀释的合成帽二核苷酸的峰面积测量；(b)连续稀释的合成帽二核苷酸GpppA的峰面积；(c) m7GpppG和GpppGm子离子信息；(d)连续稀释的合成帽二核苷酸m7GpppG的峰面积；(e)补偿m7GpppG和GpppGm的共享离子.（点击查看大图）该方法可快速准确定量细胞中存在的mRNA帽结构，评估不同的加帽结构形态在不同组织或细胞中的含量变化（图6）。Orbitrap的定量能力可与三重四极杆相媲美，其PRM定量灵敏度高、准确性好，也可用于mRNA帽结构的定量分析中。图6：从小鼠肝脏、活化的CD8T细胞、心脏和大脑分离的mRNA帽二核苷酸的丰度（点击查看大图）02mRNA末端多聚腺苷酸Poly A 尾检测真核mRNA通常在其3' 末端带有一段多聚腺苷酸尾（PolyA tail），根据种类的不同，其长度可能在20到200多个碱基之间变化。PolyA tai会被多聚腺苷酸结合蛋白（poly(A)+ tail-binding protein,PABP）辨识并保护住，因此在mRNA的翻译和稳定性中也起着重要的调节作用。通常是在体外转录过程中直接从编码DNA模板或通过使用polyA聚合酶将最jia长度的polyA添加到mRNA中。PolyA的提纯方法类似5’加帽核酸片段，具体步骤可参考文献[5]。纯化后的polyA通常是含有不同长度腺苷酸的混合物，随着碱基个数的增加，HPLC液相方法的分辨率很难将不同长度的polyA完全分开，而Orbitrap高分辨质谱可以准确对其长度分布进行表征和相对定量。图7a.不同碱基长度的PolyA色谱图(b)理论100-merPloy A质谱解卷积结果（点击查看大图）如图7a所示，当PolyA碱基个数在27时，液相色谱能将相差单个腺苷的polyA分开，随着碱基个数的增加，液相色谱很难实现相差单个腺苷的分辨。图7b显示理论100个碱基polyA的质谱表征结果，可准确得到每个不同长度polyA的质量数，其分布约为97-110个碱基，图中的每个质谱峰相差329Da，代表单个腺苷的差值，通过峰强度的信息，可对polyA长度分布进行相对定量。图8.85-mer RNA质谱图（点击查看大图）对于碱基长度小于100的RNA（图8），Orbitrap高分辨质谱可实现同位素峰的基线分离，得到精确单同位素分子量信息（masserror3ppm）。作者将经过前处理纯化后的PolyA（理论117-mer）进行质谱分析，得到不同长度的PloyA与质谱强度的关系图，其碱基长度分布在109-122之间，与Sanger测序结果一致（图9）。图9：(a)质谱强度与PolyA长度的关系图（理论117-mer的PolyA）(b)用于合成mRNA的质粒模板的Sanger测序结果（点击查看大图）从临床的角度来看，评估体外转录mRNA中polyA尾的异质性很重要，而高分辨质谱可以作为一种高效的表征手段用于工艺研发和质量评估中。03RNA Mapping相比二代测序，高分辨质谱作为互补表征技术，能够快速准确地分析RNA序列，同时对于翻译后修饰的种类、位点及含量进行深入表征。此外，也能对RNA代谢产物进行定性及定量分析。更多细节可直接点击以下标题查看相关文章:合成类寡核苷酸的杂质、降解产物的鉴定和相对定量质谱方法优化/寡核苷酸药物序列、修饰和异构体的鉴定对于长链RNA（100mer），如dsRNA，可以先用特定酶将RNA酶解成更小的片段，再通过类似肽图分析的方式对碎片进行归属组合，确证序列覆盖度。如图10所示，dsRNA经过RNaseA/T1酶解，色谱分离后通过orbitrap高分辨质谱检测，得到RNA片段的精确一级分子量及丰富的二级碎片离子信息，从而获得全序列分析结果，正反义链序列覆盖度分别为82%及77%[6]。图10a.ds RNA酶解片段液相色谱图（点击查看大图）图10b.ds RNA正义链及反义链序列覆盖图（点击查看大图）基于Orbitrap高分辨质谱的HCD碎裂方式能够获得RNA丰富的碎片离子，有效提高鉴定序列覆盖度，结合Thermo BioPharma Finder 4.0软件能够批量自动化的对碎片进行归属。在刚发布的BioPharma Finder 4.1版本中，加入了RNA Mapping功能，在方法编辑中可选择多种常见的RNAse酶，对于几十万分子量的长链RNA或DNA，可进行自动化全序列表征（图11）。图11：BioPharma Finder 4.1软件RNA Mapping功能（点击查看大图）本文小结mRNA作为一种新型疫苗平台具有广阔的前景，对其质量控制的法规要求也会愈加严格。Orbitrap高分辨质谱的高分辨、高灵敏度及高质量二级谱图等优异性能，能够更高效及深入地分析mRNA结构、修饰变异体及相关杂质，可用于mRNA疫苗的工艺优化及质量评估，提高其安全性及有效性。参考文献[1]Norbert, P. et al. Defining the carrierproteome limit for single-cell proteomics. Nat Rev Drug Discov17(4), 261-279(2018)[2]Cristina, B. et al. Establishing PreferredProduct Characterization for the Evaluationof RNA Vaccine Antigens. Vaccines 7, 131 (2019)[3]Beverly M. et al. Label-free analysis of mRNA cappingefficiency using RNase H probes and LC-MS.Anal Chem 91, 13119-13127 (2019)Anal Bioanal Chem408(18), 5021-30(2016)[4]Galloway A. et al. CAP-MAP: capanalysis protocol with minimal analyteprocessing, a rapid and sensitive approachto analysing mRNA cap structures.Open Biol 10, 190306 (2020)[5]Beverly M. et al. Poly A tail lengthanalysis of in vitro transcribed mRNA by LC-MS. Anal BioanalChem (2018)[6] Alison O. et al. Purification and characterisation of dsRNA using ion pair reversephase chromatography and mass spectrometry. J.ChromA 12, 062 (2016)如需合作转载本文，请文末留言

有机质谱分析基于不同质量数的带电离子在电场或磁场中的不同运动行为的原理进行定性或定量分析，具有灵敏度高、样品用量少、分析速度快、可同时进行多组分分析等优点，近年来在我国发展很快，广泛应用于食品安全、环境保护、化学化工、制药、生命科学、材料科学等各个领域，成为一种非常重要的定性定量分析方法。质谱的定性分析是基于对质谱谱图的解析实现的，但由于有机化合物种类繁多，繁杂的裂解规律不容易记忆，又缺乏解析的思路和方法，很多质谱分析人员在拿到谱图后常感觉到无从下手。 为适应广大分析技术工作者的需求，我们将与仪器信息网合作于2014年7月22日-25日在北京举办有机质谱谱图解析专题培训班，欢迎有志提高有机质谱谱图解析水平的分析人员来参加。培训日期：2014年7月22日-25日培训地点：北京 外国专家大厦培训日程：主要课程及讲师授课时间及主要内容有机质谱解析基础&mdash &mdash 王光辉7月22日-23日全天①基础知识（原子中电子的排布；奇电子离子与偶电子离子；氮规则；环加双键值；分子离子的识别；同位素峰；单分子反应）②离子丰度（质荷比与离子丰度；影响碎片离子丰度的基本因素）③离子碎裂的基本机理（电荷及游离基定域的概念；离子碎裂的类型）④由质谱图推测分子结构常见有机物质谱解析7月24日全天常见有机物质谱解析（碳氢化合物、醇、醚、醛、酸、酯、胺、卤代物、硝基化合物）质谱解析小结&mdash &mdash 苏焕华7月25日全天①质谱解析方法小结（各类化合物的质谱特征，质谱推导结构的基本方法）②质谱解析练习题 & 答疑专家介绍：王光辉 中国科学院化学研究所质谱中心研究员，中国最早从事质谱研究的专家之一，曾参与国内多项质谱仪器的研发工作，有丰富的理论知识、实践经验和培训教学经验。代表著作： 《有机质谱解析》； 苏焕华 北京石油化工科学研究院高级工程师,70年代初开始有机质谱应用研究，曾参与国内质谱仪器的研发工作，组织过多种质谱应用技术培训，有丰富的教学经验。著作：《色谱-质谱联用技术及应用》； 其他课程：2014年7月29-31日 液质联用（LC-MS）应用技术培训班（医药）2014年10月21-23日 液质联用（LC-MS）应用技术培训班（食品/环境）报名方式：电话：010-51654077-8123 15801554077 安老师Email：job@instrument.com.cn报名地址：http://www.instrument.com.cn/training/train_sign.asp?TRI_No=101113

十年一届的“全国生态环境监测专业技术人员大比武”正在如火如荼的进行，其现场操作部分中，各家的便携式气相色谱-质谱联用仪各显神通，帮助环境监测者检测空气中的挥发性有机物。目前市场中的便携式气质联用仪五花八门，原理也不尽相同。本文将对质谱进行简单介绍，并对不同家便携式气质联用仪在原理、和使用上的区别简要分析。 一、质谱的简介与分类质谱，是根据质量的差异对物质进行分析的设备。其具体的分析过程包括1分子的离子化、2离子质量分析、3离子检测三个过程。据此，质谱的分类也就可以根据不同的“离子化的方法”和“离子质量分析方式”两种思路来分类。 目前市售的便携气质均采用相同的离子化方式。按照质量分析器的不同可以分为以下两大类：四极杆质谱、离子阱质谱，如图1。对于不同种类的质谱，我们一般通过对比1质量范围、2检出限、3分辨率、4扫描速度、5最大工作真空度五个维度[1]对其进行评价。 图1 市场中主流便携式气相色谱-质谱联用仪 二、不同类型质谱的原理 不论是四极杆质谱，还是离子阱质谱，其分析原理是相似的，其差别在于具体的分离过程。在离子化的过程中，待测的物质被一定能量的电子束撞击，解离成离子，并碎裂成一系列能反映其物质性质信息的碎片离子。接下来，这些碎片离子被离子阱或四极杆分离并检测，按照质荷比m/z的大小绘制成一张可以体现物质定性信息的质谱图，如图2。图2 有机氯农药DDT的质谱图 四极杆分析不同离子的过程类似于原始的筛选稻谷的过程，如图3。不符合条件的稻谷（如空壳稻谷）会在筛选的过程中被风吹走，所以不会落入最终收集优质稻谷的篮子里。同理，在四极杆质谱仪中，离子化后的离子沿图3中z轴通过四极杆，在离子的飞行过程中，我们通过射频电压RF和直流电压DC产生的四极电场对离子进行操控，使得只有符合一定质荷比条件（如m/z=a）的离子才能到达四极杆另一端的检测器，给出在该质荷比下离子的数量的检测结果。此时如果我们按一定规则持续改变该筛选离子的条件，使得符合其他的质荷比（如m/z=b、m/z = c… … ）的离子可以通过，那么我们就就可以根据每一个质荷比离子数量的多少，绘制出该待测物质的特征质谱图。 图3 四极杆的结构和其分离的过程 离子阱质谱分离的过程类似于喝鸡尾酒的过程，如图4。喝鸡尾酒时，如果我们正常的将鸡尾酒从酒杯中倒出，则不同颜色的酒会依次的流出。与此类似，在离子阱质谱的分析过程中，先操控离子阱的电极电压，将离子储存在离子阱中心的区域中，之后改变该四极场，使离子按照一定的顺序依次从离子阱中弹出。弹出的离子依次到达检测器后被检测器记录，根据不同时刻不同离子弹出数量的多少，我们也就可以绘制一张代表物质定性信息的质谱图。 图4 离子阱的结构和分离过程 以上两种不同的原理，使得两种质谱各自有其各自的特点和适用的领域，如表1。虽然以上的方式筛选离子制作质谱图的原理不同，但是同种物在这两种质谱中离子化后所产生的碎片是相同的，故其质谱图也是相似的。在得到质谱图后，电脑会自动将得到的质谱图与电脑中存储的标准质谱图谱库进行比对，给出物质的定性信息。以上两种质谱均配备了NIST库(美国国家标准与技术研究院National Institute of Standards and Technology) 、NIOSH库（美国国家职业安全卫生研究所National Institute for Occupational Safety and Health）并配备AMDIS解卷积软件（Automated Mass Spectral Deconvolution and Identification System)，均可以可靠的给出物质鉴定的结果。表1 台式四极杆质谱与台式离子阱质谱各自的优势 三、两种质谱小型化后的区别 使用不同的技术路线，两种质谱在使用过程中的多个方面有所不同。 除了上文提到过的5个质谱核心参数的差异之外（见表2），不同的便携式质谱在使用过程中还有一些其他的区别。表2 两种便携式质谱仪在核心参数上的对比 两种质谱对真空的不同需求，会带来使用成本的差异。不同类型的质谱有其不同的适宜工作的真空度，使得使用成本上有近百倍的区别。一般而言，四极杆质谱一般需要10^(-6)的高真空，若真空度没有达到该值，会使得设备无法做到单位质量分辨。而离子阱质谱仅需要10^(-3)的真空[2]，在该条件下其分辨率就可以超过单位质量分辨的需求。由于对真空度需求存在巨大的差异，不同质谱采用了不同的真空泵系统。目前四极杆质谱采用非蒸发吸气剂泵（NEG）和小型溅射离子泵，分别对设备内的活性气体、和非活性气体进行吸附。由于吸附存在饱和，故吸附泵寿命远低于机械泵：NEG泵仅有150小时的使用寿命，到达150小时使用时间后需更换，更换成本接近10万元。与此同时，目前市售的离子阱质谱一般采用涡轮分子泵、隔膜泵的组合。得益于技术的进步，以上两种真空泵不但使用寿命是NEG泵的100倍以上，也不会因现场的震动、跌落而损坏。如果将更换真空泵的成本均摊至每次检测中，便携四极杆质谱的样品检测成本，仅在更换新泵方面就需要200元/每个样品。 离子阱强大的定性能力，在现场分析中仍待进一步挖掘。由于离子阱质谱具备储存离子的能力，故其可以将目标离子存储，碰撞，并再次检测，这就使得了单一的离子阱具有等同于三重四级杆的定性能力。由于目前还没有便携式的三重四级杆气质联用仪，故离子阱在定性方面的优势可谓是一枝独秀。如果能将离子阱质谱的这一优势充分利用，可以帮助应急监测工作者在现场处理更为复杂、棘手的检测难题。 台式四极杆较宽的动态范围，在便携四极杆质谱上并未实现。对便携式气质联用仪而言，线性范围的大小主要依赖于检测方法的多样性。受制于色谱柱容量、真空泵抽速等多个条件制约，目前便携式四极杆质谱、以及离子阱质谱的检测的线性范围都在三个数量级左右，故谁的进样方式更丰富，谁就能能将检测浓度范围进一步扩大。得益于丰富的进样方式（直接进样/定量环进样、吸附-热脱附进样），Mars-400系列的便携式气质联用仪可以在不更换仪器组件的情况下于0.1-1000mL的数量级范围内调整进样量，使得仪器动态范围达到7个数量级。想要达到类似的动态范围，四极杆质谱需手动更换吸附管或定量环。综合使用不同的进样方式后，两种便携式质谱在动态范围上并没有显著差异。图5 Mars-400 Plus线性范围可达7个数量级 参考文献[1] Fitzgerald, Robert L., et al. "Comparison of an ion-trap and a quadrupole mass spectrometer using diazepam as a model compound." Journal of analytical toxicology 21.6 (1997): 445-450.[2] Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry (Third Edition)

来自美国Scripps研究所的国际著名蛋白质组学专家 John R. Yates 教授应邀出席了近日召开的第五届亚洲与大洋洲质谱会议暨第33届中国质谱学会学术年会，并作大会报告。Yates 教授在他的报告的前半部分中详细介绍了蛋白质组学的发展历程和未来的发展方向。Yates教授与本网宋苑苑博士在会议间隙合影留念鸟枪法蛋白质组学的演变 提到蛋白质组学的发展，自然绕不开质谱技术的发展。在过去的100年里，质谱技术可以说是以指数级的速度迅猛发展。这种进步可以部分归功于机械、电子和计算机工业领域的创新。但一些偶然的颠覆性突破，可能才是质谱技术的发展在质上取得飞跃的根本原因。大规模蛋白分析或是蛋白组学之所以成为可能，正是由于这些颠覆性的突破而导致的。 当质谱具备分析有机分子的能力的时候，自然而然的，分析氨基酸和小肽就成为了下一个目标。由于这些两性和极性分子缺少挥发性以及早期质谱质量范围的限制，导致分析工作十分复杂。为了解决这个问题，人们巧妙地利用衍生化的办法来使这些被改性的氨基酸和小肽气化。同时利用EI源来碎片化这些分子，以实现肽段测序。随着高分辨率、精确质量仪器的出现，精确质量被作为一个工具用于小肽的测序。而对于小肽分析能力的获得使得我们可以利用酶解和酸解的办法对蛋白进行分析。通过产生重叠的肽碎片，蛋白的序列就可能被重建。很显然，这种策略将产生非常复杂的肽段混合物，从而对当时的分离技术（GC）提出了更高的要求。那时，最大的挑战来自于如何省去繁琐的衍生化步骤而实现肽的离子化，否则科学家的分析对象只能局限于那些高丰度蛋白。 一个颠覆性的突破发生在1981年，也就是快原子轰击（FAB）的发展。这是第一次使得人们可以无需对肽（其分子量可以达到 〉1-2KDa）进行改性就可以完成很稳定的离子化。而这也对质谱仪器的质量范围提出了更高的要求。很快，这种离子源技术就被Hunt等人整合到了串联质谱上，从而为肽段测序提供了一种稳定的方法。 尽管FAB-MS和FAB-MSMS对于肽和蛋白分析而言是一个巨大的突破，但它们最主要的缺陷是很难直接与液相分离连接。1989年Fenn等人验证了电喷雾离子化（ESI）技术在蛋白分析方面的应用。除了可以电离大分子蛋白以及进行准确的质荷比测量外，这个方法的另一个突出特点就是实现了在大气压下的电离。这就简化了液相分离与质谱之间的接口。而在ESI这一颠覆性的创新出现后的几年里，FAB就渐渐被边缘化了。尽管和基质辅助激光解吸附离子化（MALDI）技术类似，围绕着这项技术的最初热情是集中在完整的蛋白质量的测量上，但是ESI的一个明显优势是通过与色谱技术（如：NanoLC）联用来完成更高效率的肽和蛋白的测序。 仪器控制语言（ICL）是由Finnigan MAT最先开发出来的一项具有颠覆性的创新技术。它具有一个初级的“智能”水平，可以实现自动数据采集、数据交互和根据实时数据对仪器操作进行控制。ICL事后被证明可以提高MSMS和其他实验的效率，从而使得大规模蛋白组学成为可能。现在它已成为所有用于蛋白质组学的质谱仪器的一项标准技术。 “鸟枪法”应用于蛋白质组学是一个很重要的里程碑。在用鸟枪法为基因组测序的时候，先将基因组DNA打断，分段测序，然后利用计算机重组在一起，从而确定一个生物的基因组序列。鸟枪法在蛋白质组研究中的应用方式与此相类似。首先将蛋白质混合物降解成肽段的混合物，再送入质谱进行分析，从而得到各肽段的质量数。为了得到更丰富的序列信息，质谱仪会选取某些肽段进行再次破碎（即二级质谱），得到更小的氨基酸序列片段。检索软件根据二级质谱信息与相应的数据库匹配，可得到肽段的确切序列，进而拼接成混合物中各蛋白质的完整序列，从而鉴定各蛋白。因此可以说，串联质谱对于“鸟枪法”在蛋白组学中的应用是至关重要的，它们使得大规模、高通量的数据分析成为可能。这对于传统的蛋白分析方法而言，是颠覆性的。 大规模数据分析技术的发展使对蛋白混合物直接分析成为可能，人们可以即时收集和破译数以千计的串联质谱谱图。由于样品处理过程的简化，使得样品损失降到最低，从而可以达到一个很高的效率和灵敏度。这一点对于那些始终暴露于新的、活性表面的低丰度蛋白分析尤为重要，因为这种暴露会导致大量的样品损失。 随着分析蛋白复合物和亚细胞区室方法的建立，下一步的目标自然就对准了开发对完整细胞分析的方法。全细胞分析是一个很复杂的工作。开发全细胞分析方法的挑战主要来自于两个方面：首先,需要开发合适的消解蛋白混合物的策略；其次，要有好的方法来分离这些复杂的肽混合物。在全蛋白组分析中，对溶液中蛋白的初始消解是一个非常关键的起始点，因为高效且完全的消解对于获得高的蛋白组覆盖度至关重要。而蛋白组分离的目的则是为了尽可能在最短的时间里提高峰容量和分离效率。要实现这一个目标其实是很困难的。如果峰宽过窄，由于质谱仪扫描速度的限制，可能导致肽峰的丢失。因此，分离效率必须要和质谱仪器的扫描速度匹配。良好的分离对于降低离子抑制以及提高动态范围是很重要的，同时，它也推动了一次分析过程的蛋白序列覆盖度的不断提高。鉴定蛋白功能 蛋白组学的另一个重要任务是鉴定在一个基因序列里被编码的蛋白的功能和作用。鸟枪蛋白组技术使人们能够通过一些新的策略，而快速获取这些信息。这些策略包括：基于“牵连犯罪” 概念的方法；根据活性将蛋白富集再鉴定；全细胞或细胞器分析等。 定性蛋白组学的最终目的是完成对所有存在蛋白的全覆盖。要达到这个目的，所有的蛋白需要被适当地消解并可溶。使用多蛋白酶消解可以提高序列覆盖度。此外，像电子转移解离（ETD）这样的新方法可以使人们有效地碎片化更大尺寸的肽段。高的序列覆盖度有益于分辨蛋白的亚型。对于复杂的混合物，例如细胞或组织裂解液，离子抑制和动态范围是两个挑战。如果能够很好地降低或消除离子抑制，那么就可以更加均一地实现肽的离子化，从而改善定性和定量分析。动态范围方面的挑战除了与离子抑制有关外，主要是和质谱仪器的检出限有关。除了离子抑制和动态范围外，第三个问题是质谱的峰容量。针对这个问题，可采用的一个变通的策略就是所谓的“数据独立采集（DIA）”，它已成为一个商品化技术。随着质谱仪器扫描速度变得越来越快，采用DIA技术进行鉴别也就变得越发可行。我们可以看到，每一代串联质谱较之其上一代都会有显著的改进，这推动着鸟枪蛋白组学向获得一个完整蛋白组发展。不过，如何判定何时算是我们获得了一个完整蛋白组依然是很困难的。此外，获得一个完整蛋白组的关键是要有一个合理的实验策略，而非采用一个耗时的“蛮力搜索”策略。生物体系的调控 可用于修饰蛋白的分子结构非常之多。这些修饰有些是具有明显的调控功能的，有些则只是改变蛋白的化学特性，而没有明显的调控功能。具有调控功能的修饰通常是可逆的，一个例外是蛋白水解过程。 质谱在很久以前就被用于对蛋白修饰的分析。对于高度规则的分子（如蛋白）进行质量测量是鉴定那些意料之外的新增分子结构的一个很直接的方法。随着基因组测序开始出现以及蛋白鉴定方法的发展，修饰鉴定的基本思路开始有所变化。Yates等人证明了可以采用数据检索方法通过串联质谱数据来鉴定翻译后修饰。快速破译修饰蛋白或肽的串联质谱图和明确修饰位点的能力使人们可以进行相应的大规模分析工作，从而更好地了解修饰的生物学机理。此外，大规模修饰位点的分析已经拓展到包括所有可被富集的修饰，这也同时促进了新的富集方法的发展。蛋白定量 稳定同位素标签（SIL）的发明使人们产生了利用质谱数据进行分子定量的想法。再者，对于体内代谢研究而言（例如：确定氨基酸的重要性），SIL也是定量质谱的一个必要要素。 早期的蛋白质组定量涉及到双向凝胶电泳的使用，但这一方法对于蛋白染色有着很高的要求。而质谱技术与双向凝胶电泳的结合使得人们可以比较容易地对凝胶上的蛋白进行分析和鉴定，从而也使双向凝胶电泳在生物学研究中得到充分利用。基于质谱技术的蛋白鉴定方法大大减少了鉴定时间和工作量，同时也可以实现蛋白鉴别和定量的结合。 为了得到更加准确的定量方法，SIL方法与质谱被结合在一起，以用于完整蛋白的分析。一些采用稳定同位素代谢标记方法或使用含标签的试剂（如稳定同位素标记的氨基酸）进行共价标记的手段随之出现。1999年，Gygi等人提出了一种不同的方法，即同位素编码的亲和标签（ICAT）。尽管ICAT方法在概念上很完美，但在实际当中还是有不少缺陷，例如：其鉴别和定量常常是基于一个多肽/蛋白分子，从而导致统计学分析很受局限。此外，由于为了富集需要使用基于抗生素蛋白的体系，从而使多肽回收也很困难。体内标记整个动物 将稳定同位素标签引入到人体和动物体内是为了用于测量分子的最终代谢产物。代谢分析通过痕量同位素标记的氨基酸和诸如同位素比率质谱技术来实现。代谢稳定同位素标记对于研究动物生物学而言是个非常有力的方法。整体动物标记使研究课题可以涉及到较之细胞系更为复杂的体系，并可以更好地反映有机体生物学机理。动物体的稳定同位素标记使人们可以使用组织或器官进行疾病研究。此外，组织和器官实际上是许多不同细胞类型的集合，换句话说是系统的系统，所以最终，研究目的会指向理解这些细胞的合集是究竟如何发挥它们的功能的上来。定量与鉴别的悖论 对于鸟枪蛋白组学而言，定量与鉴别同时进行的策略会产生一个自相矛盾的悖论。在一个全模式下对一个复杂体系中的蛋白进行鉴别，这需要快速的扫描仪器和高效的色谱以实现MSMS峰容量的最大化。仪器应当能够快速地采集一个肽段的数据，然后移向下一个新的肽段。而肽段定量则需要采集到足够多的数据点，从而实现准确测量两个形态之间的差别。“明快”对“持久”，这两个相互矛盾的需求导致了人们会对用于定量的数据质量做出一定的妥协，原因在于针对肽段鉴别的检出限往往要超过定量限。另一个问题是在定量实验中，对于“存在或不存在”的测量。为了对一个测量结果进行后续计算，大多数软件工具要求被重和轻同位素标记的肽段均要存在。而当不同标记的肽段比例超过10:1时，定量效率就会开始下滑，一些大的变化可能会被漏掉。一些非标记方法，例如光谱计数，能够更好地测定一些大的变化，但是它们的准确度不如标记方法。未来展望 为了充分了解人体生物学，科学家们必须要开始了解蛋白的亚型和修饰的功能，这也对相应的分离和测量技术提出了更高的要求。为了满足这一需要，我们需要可靠的方法来实现对完整蛋白的分子量和序列的测试。“由上而下”的质谱技术目前仍然在发展当中，我们期待着未来能有突破性的创新出现，以降低质谱的成本和复杂性，从而能使更多的人使用它。而就当下的过渡阶段而言，在过去的几年里，针对5-10 KDa的肽段的测序和表征，质谱分析器已经有了长足的进步，不过能够将蛋白切到5-10 KDa肽段的蛋白酶剪切或化学剪切方法仍需进一步发展。更高分辨率的质谱结合ETD能够使得对于这些中等尺寸的多肽的表征更加容易。 蛋白复合体代表了细胞内的一个更高阶的结构。确定蛋白亚型或被修饰后的形态如何影响蛋白复合体的功能或活性将是下一步的工作。同时，我们也期待质谱仪器能够通过科技进步和激烈的商业竞争而继续以一个较快的速度发展。为了给蛋白质组学提供更好的工具，质谱仪器的扫描速度和灵敏度将会得到进一步提升。(主编当班)AcknowledgementTo help us to finish this story, Prof. Yates kindly provided instrument.com.cn with his perspective article (2013) on which the first half of his presentation at the conference is based. We herein would like to appreciate Prof. Yates for his full support to our work.

信立方质谱培训中心致力于质谱应用技术培训工作。为满足当前从事质谱应用技术人员的迫切需求，培训中心与仪器行业最大的门户网站仪器信息网合作，在考察全国各类质谱应用技术培训现状的基础上，借鉴、发扬培训成效显著的质谱应用技术培训班的成功经验，旨在提高相关从业人员应用技术水平，使质谱技术更好地服务于科研、生产及质控，监测等领域。自2009年，迄今已开设二十余期不同类型和层次的质谱培训班，受到广大学员的欢迎和好评。2013年培训中心将继续举办此系列质谱培训班，并不断增加和更新培训内容，详情请查看信立方质谱培训中心。报名地址：http://www.instrument.com.cn/training/training_info.asp?TRI_No=101009 有机质谱分析基于不同质量数的带电离子在电场或磁场中的不同运动行为的原理进行定性或定量分析，具有灵敏度高、样品用量少、分析速度快、可同时进行多组分分析等优点，近年来在我国发展很快，广泛应用于食品安全、环境保护、化学化工、制药、生命科学、材料科学等各个领域，成为一种非常重要的定性定量分析方法。质谱的定性分析是基于对质谱谱图的解析实现的，但由于有机化合物种类繁多，繁杂的裂解规律不容易记忆，又缺乏解析的思路和方法，很多质谱分析人员在拿到谱图后常感觉到无从下手。为适应广大分析技术工作者的需求，我们将与仪器信息网合作于2013年12月3日-6日在北京举办有机质谱谱图解析专题培训班，欢迎有志提高有机质谱谱图解析水平的分析人员来参加。专家团队　　&diams 王光辉 中国科学院化学研究所质谱中心研究员，中国最早从事质谱研究的专家之一，参与了国内多项质谱仪器的研发工作，有丰富的理论知识、实践经验和培训教学经验。代表著作：《有机质谱解析》 　　&diams 苏焕华 北京石油化工科学研究院高级工程师,70年代初开始有机质谱应用研究，参与了国内质谱仪器的研发工作，组织过多种质谱应用技术培训，有丰富的教学经验。代表著作：《色谱-质谱联用技术及应用》 课程大纲一、谱图解析基础知识二、离子的丰度1、原子中电子的排布2、奇电子离子与偶电子离子3、氮规则4、环加双键值5、同位素峰6、单分子反应1、质荷比与离子丰度包含的结构信息2、影响碎片离子丰度的基本因素 三、离子碎裂的基本机理四、常见有机化合物的质谱图特征1、断裂2、环的开裂3、重排反应4、置换反应5、消除反应1、碳氢化合物2、醇、酮、醛、酸、酯、醚3、胺类4、酰胺类5、腈五、由质谱图推测分子结构 六、NIST谱图库检索实用技术1、基本方法及思路2、实例练习1、NIST谱图库简介2、NIST谱图库主要功能3、NIST谱图库检索实例咨询及报名联系方法　　电话：010-51654077-8113 13810253507 传真：010-82051730　　Email：training@instrument.com.cn

? 云山珠水紫气翩，乾坤万里蔚蓝天。在繁花胜景的羊城，流花湖畔的东方宾馆将迎来质谱界盛事—2018年中国质谱学术大会。岛津在质谱领域有着悠久的历史和深厚的技术底蕴，近年来不断推陈出新，在23日各路专家为大家带来精彩报告（点击此处获得详情）之后，岛津将为大家奉上精彩纷呈的最新质谱科技大餐，会场有分会场报告，高端质谱午餐会(午餐会还有神秘抽奖等你来拿^_^)， 展台中奖率100%的现场有奖问卷调查以及VR现场体验等活动，墙报区我们也准备了一大波最新的应用，诚邀您届时莅临现场。在此，我们一起来先睹为快：Part I前沿技术速递——分会场报告 岛津成像质谱显微镜iMScope TRIO创新性地将高分辨率的光学显微镜和高分辨率的质谱仪器结合起来，实现了生物体内原位分子分布的图像可视化。 岛津四极杆飞行时间液质联用仪LCMS-9030基于准确的色谱保留时间，ppm级的质量准确度，真实同位素峰形和高分辨MRM特征碎片离子检测，使得农残高通量筛查具有高可靠性，高灵敏度，高通量的特点，同时具备未知物定性和数据溯源的能力。 全新的GCMS NX系列融入了旗舰级Nexis GC-2030，延续了高智能、高性能、高颜值的优秀基因。独具匠心的23项创新专利技术，只为让分析工作更加省时省力省心。Part II “色香味”一应俱全——岛津高端质谱午餐会（附抽奖活动^_^）Part III定点“打卡”不能少——展台活动（11月24日-26日会议期间）活动一: LCMS-9030样机展示，近距离感受岛津全新Q-TOF的细节之美活动二: 现场有奖问卷调查, 精美小礼品等您来拿，中奖率100%活动三: VR现场体验，开启质谱内部微观“离子之游”Part IV最新应用随时查阅——岛津应用墙报展出关于岛津 岛津企业管理（中国）有限公司是（株）岛津制作所于1999年100%出资，在中国设立的现地法人公司，在中国全境拥有13个分公司，事业规模不断扩大。其下设有北京、上海、广州、沈阳、成都分析中心，并拥有覆盖全国30个省的销售代理商网络以及60多个技术服务站，已构筑起为广大用户提供良好服务的完整体系。本公司以“为了人类和地球的健康”为经营理念，始终致力于为用户提供更加先进的产品和更加满意的服务，为中国社会的进步贡献力量。

在2012年以前，汪福意研究员一直带领团队通过有机质谱，如电喷雾电离质谱(ESI-MS)、基质辅助激光解析电离质谱(MALDI-MS)等进行药物相互作用组学研究、抗肿瘤药物的研究和开发等工作。一次与生物学家偶然的讨论给汪福意带来了启发，他萌生了使用高空间分辨率的二次离子质谱成像进行化学生物学和分子生物学研究的念头。中科院化学所领导对于他的想法非常赞成，在中国科学院和国家自然科学基金委的大力支持下，该团队在2012年购置了一台飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)仪，从此汪福意研究员和他的团队开始了生命科学领域SIMS成像新技术和新方法的研究工作。　　SIMS与其它质谱相比有什么特点?SIMS在哪些领域的应用中具有显著优势?汪福意团队用SIMS这个“庞然大物”在生命科学领域进行了哪些研究?国际上的SIMS相关领域有哪些前沿的创新?日前，仪器信息网编辑围绕二次离子质谱的应用，在中国科学院化学研究所采访了汪福意研究员。汪福意研究员离子源的发展把SIMS带到了生命科学门口　　二次离子质谱(Secondary ion mass spectroscopy，SIMS) 的原理是利用聚焦的一次离子束轰击样品表面，使样品中的化学物质溅射产生二次离子，通过质量分析器后进入检测器记录离子的荷/质比，获得样品表面化学成分的结构信息。配合对样品表面的扫描和溅射剥离，还可获得样品的二维/三维化学成像。SIMS能检测元素周期表中所有元素及其同位素，质量分辨率较高(对29Si的质量分辨率大于11000)，检测限达到ppm到ppb级。SIMS成像的横向分辨率小于100 纳米 基于溅射源的性能，纵向分辨率可达1 纳米。　　根据一次离子束运行方式和质量分析器的不同，SIMS又分为NanoSIMS和ToF-SIMS。NanoSIMS的质量分析器为单聚焦或双聚焦磁质量分析器，其一次离子束为单原子或双原子离子，如Cs+和O2+。聚焦的离子束以连续方式轰击样品表面，溅射产生低质量数的离子碎片。基于这些特点，NanoSIMS多用在天体化学、天体年代学、地质沉积学、地矿探测和材料科学，特别是半导体材料研究等领域。顾名思义，ToF-SIMS的质量分析器为飞行时间质量分析器，其一次离子束以脉冲方式轰击样品表面，电离能量较为温和，与NanoSIMS相比，产生的碎片离子具有较高的质量数。ToF-SIMS的一次离子束经历了长达半个世纪的发展，从早期的Ga+、Aun+ (n = 1 – 5), 到后来更易于聚焦的Bin+ (n = 1, 3), 再到现在的C60+、Arn+ (n 高达4000)等团簇离子。团簇离子源的诞生，使ToF-SIMS 离子化产生的离子的质荷比更高，甚至可获得大分子量物质的准分子离子。因而SIMS数据包含的结构信息更为丰富，这对复杂生物体系的研究具有非常重要意义。可以说，正是离子源的发展将SIMS带到了生命科学研究的门口。　　由日本京都大学教授Jiro Matsuo (松尾次郎)发明的氩气团簇离子源是SIMS技术领域一个里程碑式的事件。氩离子团簇包含上千个氩原子，其离子半径可以通过增加或减少亚原子数目进行调控，最多可达4000个氩原子。氩团簇离子源既可作为溅射源用于生物样品如细胞和生物组织的溅射剥离，也可作为分析源进行生物样品的表面分析。因而，配备氩团簇离子源的ToF-SIMS在生命科学研究领域得到越来愈多的青睐。　　随着一次离子源团簇离子的直径变大，SIMS成像的空间分辨率也会相应降低。对此，汪福意说：“应用SIMS成像进行生物研究的时候，找到离子碎片大小和空间分辨率的平衡非常重要，也就是说在获得质量数较大的、结构信息丰富的碎片离子的前提下尽量保证质谱成像的空间分辨率。”　　在团簇离子源发明之前，SIMS在生命科学领域的应用受到限制，因为强调生物大分子结构解析的生物学研究无法从SIMS产生的小碎片离子中得到足够有用的信息。在上个世纪90年代，开始有人尝试基于SIMS在同位素质谱研究中的优势，从生物代谢的角度去了解生物合成过程。汪福意提到：“在这方面，哈佛大学医学院有一支有名的研究团队，他们自己搭建SIMS装置，研究的重点就是利用SIMS成像探索生物合成和生物代谢过程，如DNA的合成、复制与转录。这种研究不是关注高质量数的离子碎片，只需要获得N-15和C-13等同位素标记的碱基碎片在细胞核内的分布信息，就可以分析研究由化学刺激或抑制作用导致的生化过程。”该研究组利用SIMS在细胞生物学前沿领域的研究中取得了很多高影响力的研究成果，对SIMS在生命科学研究领域的应用起到了极大的促进作用。“强强联手”，SIMS与显微技术共缔超高分辨细胞成像　　作为传统意义上的无机质谱，SIMS与有机质谱都可以应用于生物组织成像研究。“能够用于组织成像的质谱技术有不少，但并没有哪类技术能被取代。利用MALDI-MS、DESI-MS等有机质谱技术进行生物组织成像分析比SIMS更快捷和简单，而SIMS在空间分辨率上的优势是其它质谱成像技术无法超越的。”在介绍不同质谱技术在生物组织成像中的应用和区别时，汪福意说：“SIMS不擅长分析生物大分子，如果想进行多肽、蛋白质或大DNA片段分析，有机质谱是更好的选择。SIMS的空间分辨率很高，即使是用氩团簇离子源也能达到微米、甚至亚微米级的空间分辨率，能够进行单细胞或亚细胞器的成像分析。仪器厂商都在提高质谱成像空间分辨率方面下了功夫，但到目前为止还是SIMS成像的空间分辨能力更有优势。”　　在研究金属抗肿瘤候选药物细胞摄入和分布时，SIMS成像可以通过特征生物碎片，如磷脂碎片和DNA脱氧核糖碎片指示亚细胞器的位置，进而确定金属药物在细胞中的定位和分布。但是，在这些特征生物碎片离子的信号较弱或其指代的生物信息并不唯一时，仅仅基于SIMS离子信号的药物亚细胞器定位可能出现误差。在这种情况下，结合亚细胞器荧光染色的光学显微镜成像可以弥补SIMS信号低，不能准确定位的劣势。常与SIMS结合使用的光学显微镜有激光共聚焦显微镜和超高分辨率的受激辐射耗尽(Stimulated Emission Depletion，STED)显微镜技术。二者的区别在于空间分辨率：激光共聚焦显微镜的空间分辨率在亚微米级，STED荧光显微镜分辨率可以达到30纳米。　　通过这种光学显微镜成像与SIMS化学成像相结合的方法，汪福意团队发现他们自主研发的一种有机金属钌抗肿瘤化合物可同时定位在细胞膜和细胞核上，证实了他们在分子水平上的研究结果，即该化合物可以同时作用于细胞膜上的受体激酶和细胞核内的DNA，具有潜在的双靶向特性。　　利用SIMS与光学显微镜成像的融合，在完成金属抗肿瘤化合物在细胞中的分布研究之后，团队又进行了金属药物损伤DNA在细胞内与蛋白质相互识别、相互作用的机理研究。　　“我们用顺铂等金属抗肿瘤药物中的金属离子指示药物损伤的DNA，用光学显微镜来定位抗体染色或融合荧光蛋白定位DNA结合蛋白。如果光学成像信号与SIMS化学成像信号完全重叠的话，说明它们在细胞水平能相互识别和相互作用。”汪福意表示，这个研究工作能够证实从分子水平研究获得的药物分子作用机制的猜想，“很多人在体外生理模拟环境中做这类研究，但细胞水平上药物损伤DNA与蛋白质相互识别和相互作用的研究还没有文献报道。”目前该工作进展顺利，团队还将继续研究DNA结合蛋白与药物损伤DNA的相互识别可能导致的细胞凋亡等生物过程。　　在用SIMS成像与光学显微镜成像联用，研究细胞内和细胞间生物分子相互识别时，必然需要先后使用两类仪器寻找、定位样品板上微小区域内的同一个或几个单细胞。而在1平方厘米甚至更大面积的样品板上准确定位同一个微米级的细胞，是个不小的技术难题。为了解决这一制约研究进展的技术问题，汪福意团队在硅片或玻璃样品板上以光刻方式刻写上200微米的方形网格，并给每个格子一个标号，制备了一种简单、实用的可寻址样品板。这样对于相同网格内单个细胞的成像数据进行叠加处理就变得简便易行。“通过光刻网格定位单细胞仅是一个很小的技术改造，但确实给我们的研究带来很多方便。”汪福意介绍到。(图)ToF-SIMS与共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)成像联用时的可寻址细胞定位借力微流控技术实现液相反应体系的SIMS实时原位分析　　SIMS是基于高真空的分析技术，分析室内真空度极高，无法分析液态样品，生物样品一般都是采取冷冻干燥或树脂包埋等方式处理后再进行SIMS分析。在2010年前，没有人尝试过用SIMS分析液体样品，直到美国太平洋西北国家实验室的两位华人科学家朱梓华(Zhu Zihua)和于晓英(Yu Xiaoying) 开始研究真空兼容的微流控技术和装置。　　汪福意从2013年初开始与两位科学家合作，进行基于微流控技术的液相SIMS技术研究。其研发技术的核心是真空兼容微流控装置，在留有微通道的聚合物基底上嵌入100纳米厚度的氮化硅薄膜，两端连接上微流控管道，通过一次离子束的轰击可在薄膜上打出2微米的小孔。由于小孔直径很小，即使在高真空中，液体的表面张力也能将微流控池内的液体限制在小孔内。这时的小孔内液面即为分析表面，用一次离子束轰击液面溅射出带电离子，即可进行反应池内化学反应的原位实时分析。　　由于液体表面可以实时更新，所以该装置可以测定瞬时反应中间体。在氮化硅薄膜上镀上一层金属电极，在反应池内嵌入对电极和参比电极，即可构成三电极电化学反应系统，加上电压之后，可进行电化学氧化还原反应过程的原位实时检测。对于液相SIMS分析技术，汪福意评价说：“这样的分析对研究化学和生物反应很有帮助，能让我们更深入地了解化学、生物反应过程。实时和原位分析的优势是能够捕捉到一些转瞬即逝的中间产物。” 据了解，国内外都有不少科学家致力于用电喷雾电离(ESI)和解析电喷雾电离(DESI)等质谱技术进行反应中间体研究，而用SIMS进行(电)化学反应过程和中间体研究的团队相对较少。汪福意团队还将利用此装置开展电池的充放电反应和均相或液相催化反应研究。　　SIMS研究固体样品，无论是矿物质、材料还是生物质冻干切片都是分析其最终状态，而液相SIMS技术让研究活细胞的生物化学过程，如神经递质的释放等成为可能。增进交流与学科交叉，铺就SIMS发展之路　　凭借超高的空间分辨率，发挥在药物及代谢物成像研究和生物反应中间产物分析中的优势，SIMS理应在生物研究领域大有作为。然而，国内用于研究的SIMS仪器数量仍然不多，包括地学和材料分析在内也仅有二十多台。据汪福意分析，目前ToF-SIMS的价格在800万左右，NanoSIMS的价格更高，价格昂贵是限制其广泛应用的主要因素。另外，SIMS仪器维护较为复杂，维护费用高，样品制备等过程对技术要求也比较高，也是制约SIMS广泛应用的因素。　　汪福意对今后SIMS的应用发展并不担忧，他说：“国家在仪器研发和应用研究方面的投入越来越大，相信以后会有更多的实验室引进SIMS仪器。” 在十二五国家重大科研仪器研制项目中，有两个项目涉及二次离子质谱，分别为“高分辨多功能化学成像系统”和“同位素地质学专用TOFSIMS科学仪器”。汪福意参加了中科院化学所万立骏院士领衔的 “高分辨多功能化学成像系统”的研究，负责SIMS和高分辨光学显微镜技术联用成像子系统的研究工作 北京离子探针中心刘敦一研究员领导的 “同位素地质学专用TOFSIMS科学仪器”项目主要研制和开发用于高精度同位素丰度分析的TOFSIMS新技术。　　我国在二次离子质谱在地球科学领域的应用研究与国际上同类研究的水平相当，在一些领域甚至处于国际领先水平。“但是在生命科学领域的应用研究与国际同行相比仍然有较大的差距，推进SIMS在生命科学研究领域的应用需要国内同行共同努力。”汪福意和其他二次离子质谱领域的专家们在不断加强与国际SIMS应用研究同行的联系与交流。他们把每两年一届的国际二次离子质谱大会看作一个让国内研究学者直接接触国际前沿SIMS技术的绝佳平台，在中国物理学会质谱分会等组织的支持下，中国二次离子质谱研究的专家学者们也一直致力于申请该会议的主办权。采访编辑：郭浩楠　　后记：今年10月“第六届中国二次离子质谱会议”将在大连举办。汪福意研究员是此会议学术委员会的共同主席，他与其他SIMS领域的科学家们共同邀请到一些国际SIMS专家来介绍他们的前沿技术和最新研究成果，与国内研究者们共同探讨SIMS技术及应用。正在或有意应用SIMS技术进行科学研究的科学家们希望通过会议或其他各种形式与国内外同行交流、沟通，寻求与其它学科的交叉合作。　　生命科学领域的科学家可能并不完全了解SIMS技术，也不太清楚SIMS技术能解决生命科学研究中的哪些具体问题 而SIMS分析的研究者也可能不太了解生命科学的研究焦点，彼此存在“背靠背”的窘境。希望更多的科学家能够了解SIMS技术，实现多领域跨学科合作以解决更多生命科学难题。附件：汪福意研究员简历　　学习经历　　1999年6月 武汉大学化学系毕业，获理学博士学位　　1991年6月 华中师范大学化学系毕业，获理学硕士学位　　1983年7月 华中师范大学化学系毕业，获理学学士学位　　工作经历　　2007 – 至今 中国科学院化学研究所“百人计划” 研究员、课题组长、博士生导师、北京质谱中心主任　　2002 – 2007 英国爱丁堡大学化学系　英国研究基金会(RCUK) Research Fellow　　2000 – 2002 英国爱丁堡大学化学系　英国皇家学会皇家奖学金Research Fellow　　1997 – 1999 华中师范大学分析测试中心　副教授，副主任　　1991 – 1997 华中师范大学分析测试中心　讲师，无机分析部主管　　1983 – 1988 湖北咸宁师范高等专科学校　助教，讲师　　学术任职　　中国物理学会质谱分会常务理事、有机质谱专业委员会委员 (2008.9 – 2012.8)，生物质谱专业委员会副主任委员(2012.8 –)　　中国生物化学与分子生物学学会蛋白质组专业委员会委员 (2011.4 –)　　美国化学会会员　　中国化学会会员　　国际生物无机化学学会会员

本论文发表在Anal. Chem.（2008）80，8187-8194，介绍了中国药科大学仪器分析中心药物代谢与药代动力学重点实验室团队通过液相色谱-离子阱-飞行时间质谱联用技术建立的对中药制剂中非目标成分的全面检测与鉴定方法。 虽然现有文献记载了许多从草药制剂中鉴定成分的报告，但大多局限于目标成分。本文利用液相色谱-离子阱-飞行时间质谱（LC/MS-IT-TOF）技术，提出了一种全新的、通用的中草药制剂中非目标成分的鉴定方法。最初开发了一个简单的程序，用于从所有实验生成的离子中搜索常见的诊断离子。在此基础上，将具有相同离子的组分（质量误差5mDa）分为一个家族，再通过存在于两个或更多家族中的桥接组分将各家族连接成连贯的网络。构建该网络的好处在于，一旦某单一组分被重新鉴定，就可以依次描述所有诊断离子的结构。 诊断离子的结构可以作为“先验”信息，用于从主数据库中选择包含相应诊断离子子结构的精确候选离子。这种策略使数据库访问范围缩小了近7倍，从而大大提高了分析效率和清晰度。通过使用这种方法，纳入网络的53个成分中有43个已成功地从供试草药制剂中识别出来。对于其余的成分，该方法未能识别 根据片段之间的准确质量差异，建立了一种通过特定化学基团的连续丢失进行筛选的补充方法，以缩小数据库访问量。除未能区分某些异构体外，两种方法的联合应用成功地鉴定了87个峰。目前开发的方法和原则有助于从各种复杂混合物（如草药制剂、生物和环境样品）中识别复杂的非目标成分。 采用LC/MS-IT-TOF法对MLN注射液进行负离子模式下的总离子色谱分析（a）MAX柱提取（b）HLB柱提取 根据桥接组分建立的家族网络 在明确识别非目标组分方面，目前开发的策略和方法仍有一定的局限性。首先，结合碎片比较方法的数据库查询在很大程度上取决于现有化学数据库的性能和信息含量，这意味着如果检测到的成分没有包括在目标化学数据库中，就不可能通过这种方法来识别这类成分。 第二，当在某些条件下不能产生相应的诊断离子时，诊断离子引导的族分类策略可能无法包含某些组分。而LC/MS谱图又会受应用的条件所限，为了解决这一限制，碎裂应在多个CID能量下进行，以产生足够的高响应碎片。 第三，受制于LC/MS方法学的固有局限，仅仅依靠LC/MS永远不足以明确识别非目标组分。由于这些局限性，我们不能排除某些组分的错误识别的可能性，特别是那些其真实结构没有被纳入目标化学数据库的成分。通过对两种复方制剂非目标成分的鉴定，证明了该方法的有效性和应用价值。这些限制并不妨碍它广泛应用于从各种复杂基质中识别非目标成分。从复杂混合物中鉴定非目标化合物在制药、代谢组学、环境分析等许多领域都具有重要意义。鉴于这些混合物中所含的化合物在结构上也是相关的，并且可以归类为家族，因此我们的策略将不仅在草药制剂中得到广泛的应用，也将在许多其他复杂混合物中得到广泛的应用，如环境和生物样品。