质谱正离子模式分子量

安徽理工大学力学与光电物理学院副教授吴宏伟团队，针对声学系统中速度矢量场的矢量特性和分布调控展开理论研究和实验观测，实现了速度场的斯格明子模式分布和局部调控，有效拓展了操控矢量场的途径，为未来实现高速、高密度声波信息存储和传输提供了更多调控自由度。相关研究成果日前发表于《应用物理快报》。 实验观测声学斯格明子模式的局部调控 安徽理工大学供图斯格明子最早是由英国物理学家Tony Skyrme在高能物理中提出的一种拓扑孤立子。近些年，人们在不同物理系统（包括玻色爱因斯坦凝聚、磁性材料、光学系统等）中观察到了斯格明子模式，并发展衍生出各式各样的斯格明子分布，这种特殊的矢量场分布有望代替传统的计算机硬盘，实现超紧缩的数据存储器。 “声波作为经典波之一，在日常生活、生产中起到重要作用。借助于声学超构材料设计，构造特殊声波的速度场分布可以实现对声波传输操控，以推动声波在生物医学、传感检测以及信息传输与存储方面的应用。”吴宏伟向《中国科学报》介绍。近年来，斯格明子模式由于其特殊的实空间拓扑保护性和巨大的应用前景，使其成为不同物理分支中研究的热点和前沿方向。然而，与光学这种矢量场相比，声波过去一直被认为是无旋标量场。直到最近，人们才认识到声学系统中结构声场可以产生有旋速度场矢量。因此，在声学系统中研究速度场的斯格明子模式分布，不仅对实际的声波信号传输和存储具有重要意义，对认识声波的矢量特性也具有一定科学价值。吴宏伟团队率先在声学领域开展斯格明子模式研究，设计了阿基米德螺旋线型的亚波长超结构，实现了局域型声学斯格明子模式，实现对声波信号的数据存储。研究发现，这种螺旋结构不仅可以支持多频率的斯格明子模式，而且具有易激发和样品制作简单等优点。“我们研究发现，这种物理机理来自于超结构表面的沟槽对声波产生了一种束缚作用，形成具有高传播波矢的声学表面波，进而在结构表面干涉产生特殊的声速矢量场的分布。”吴宏伟说。传统的斯格明子模式按照矢量场分布类型，通常可以分为Néel型、布洛赫型、反型斯格明子等，这些类型的斯格明子模式具有固定的矢量场分布特征。为进一步操控斯格明子模式的矢量场分布，课题组在前期工作的基础上，进一步提出一种梯度超结构方案，实现Néel型斯格明子模式内部矢量场的局部调控，产生紧缩或扩张矢量场分布。通过3D打印实际下凹、平整、和上凸的样品，从实验上实际观测到了斯格明子模式的紧缩、平缓和扩张的速度场分布。这种斯格明子模式内部局部操控的方法不仅对Néel型模式，对其他类型的模式也具有同样的调控作用，并且依然保持了斯格明子模式的拓扑保护性。研究结果有效拓展了操控矢量场的途径，为调控速度矢量场分布提供了更多的自由度。审稿专家认为：“作者在声学领域提出了一种全新的方法，产生Néel型的斯格明子，并通过实验观测到了斯格明子模式的局部操控以及拓扑保护特性，在声波信息传输与存储方面有着重要意义。”

简介作为一种成像技术，磁共振成像（MRI）广泛应用于日常临床诊疗中。为了在检查过程中增强对比度，可以使用几种不同的造影剂。由于五个或七个不成对电子具有出色的顺磁性，因此最常使用Fe3+、Mn2+或Gd3+。因游离形态的Gd3+具有毒性，此探针与氨基羧酸一起作为复合物给药。大多数钆造影剂（GBCA）是全身分布的，一些靶向特异性GBCA也正在研究中。图1 Gadofluorine P的结构Gadofluorine P是一种靶向造影剂，对富含胶原蛋白的细胞外基质（ECM）具有高亲和性，ECM在发生心肌梗塞（MI）时分泌。多模式生物成像技术能够可视化靶向造影剂的分布。使用激光剥蚀与电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）以高空间分辨率在元素水平上生成定量图像，而基质辅助激光解吸电离质谱（MALDI-MS）用于在分子水平上验证研究结果，提供更多分布信息，例如磷脂或血红素b的分布。材料和方法动物实验此项动物实验在明斯特大学医院临床放射学研究所Moritz Wildgruber教授的研究小组进行。使用诱导心肌梗塞六周的小鼠，注射照影剂Gadofluorine P后进行MRI检查。小鼠被处死后，取出心脏并快速冷冻。用冷冻切片机制备厚度为10μm的切片。标准品制备对于LA-ICP-MS分析，用明胶制备基体匹配标准品，用于外标 校正。明胶（10%w/w）添加9种不同浓度，范围为0至5000 μg/g Gd。另制备了厚度为10μm的标准品切片。样品制备对于MALDI-MS成像分析，将切片放置于氧化铟锡（ITO）涂层的载玻片上。先用升华法涂敷α-氰基-4-羟基肉桂酸（CHCA）至组织表面，然后用500μl水和50μl甲醇混合溶液喷雾于组织表面2.5分钟进行再结晶。分析条件对于LA-ICP-MS分析，使用Tygon管，将ICPMS-2030与激光剥蚀系统LSX-213 G2+（Teledyne CETAC）连接，此系统配有HelEX II池和波长为213nm的Nd-YAG激光。氦气用于剥蚀池的冲洗和传输。ICP-MS 2030配有镍采样锥和截取锥。在碰撞模式下，31P、57Fe、66Zn、158Gd和160Gd的积分时间为100ms条件下进行测量。每种标准品的标准曲线使用了10个浓度水平进行分析，并且同样的条件下分析了样品（表1）。表1 LA-ICP-MS的实验条件MALDI-MS分析使用了配有离子阱-飞行时间（IT-TOF）质谱分析仪iMScope TRIO。选择正离子模式，质量范围为m/z 700到1200。其他实验条件列于表2中。基质使用iMLayer升华20分钟。表2 MALDI-MS的实验条件结果LA-ICP-MS用基体匹配标准品进行的外标法定量分析结果显示，在高达5000μg/g的浓度范围内存在良好的线性关系，相关系数R2为0.997。采用15μm光斑尺寸时，基于158Gd的检测限（LOD）为43ng/g Gd，定量限（LOQ）为140ng/g Gd（根据Boumans[1]算出）。图2 小鼠心脏组织切片的H&E染色图2所示为连续切片的苏木精伊红染色结果，检测出心肌梗塞的区域（以黑线标出）。图3 两个连续切片的显微图像（a.和b.）；经LA-ICP-MS测定的Gd定量分布（c.）；Gadofluorine P的配体分布（d.）；配体结构及理论峰值（青色条）、MALDI-MS测定峰值（黑线）（e.）图3所示为两个连续切片的显微图像（a.和b.）。使用LA-ICP-MS（c.），检测到健康心肌中Gd的均匀分布，平均浓度约为50μg/g。梗塞区的Gd浓度高两倍，约为110μg/g，最高值可达370μg/g。由于静脉注射造影剂的作用，心室中也存在较高浓度的Gd。这些分布可以通过MALDI-MS成像进行验证（d.）。该实验中，只能检测到Gadofluorine P的质子化配体，而不是完整的复合物（e.）。结果显示，主峰m/z 1168.39的质谱成像图与LA-ICP-MS检测的Gd分布具有良好的相关性。在心机梗塞和心室区发现了分子探针的最高强度，而健康心肌则显示出低而均匀的强度。结论 该应用表明，元素选择性（LA-ICP-MS）和分子选择性（MALDI-MS）成像技术的组合是可视化心机梗塞后小鼠心脏组织中靶向钆造影剂分布的有力工具。通过LA-ICP-MS技术实现了高空间分辨率和定量，并通过MALDI-MS在分子水平上验证了其分布。参考文献[1] P.W.J.M.Boumans, Spectrochimica Acta 1991, 46 B, 641-665.文献题目《Gadofluorine P多模式生物成像分析用于小鼠心肌梗塞研究》使用仪器岛津iMScope TRIO作者Rebecca Buchholz1、Fabian Lohofer2、Michael Sperling1,3、Moritz Wildgruber4、Uwe Karst11 明斯特大学无机和分析化学研究所 2 慕尼黑工业大学放射学研究所3 明斯特欧洲物种分析虚拟研究所（EVISA） 4 明斯特大学医院临床放射学研究所声明1、本文不提供文献原文。2、所引用文献仅供读者研究和学习参考，不得用于其他营利性活动。本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

药物中的杂质是指除药物化学体以外的任何成分，是反映药品质量和安全性的重要指标。在制药工业中，关于药物杂质的研究主要是聚焦在使用液相色谱对其进行分离、鉴别和定量上。ICH规定当药物中的杂质含量大于0.1%时，应进行定性。传统的方法是先将杂质进行分离制备，得到纯品后再通过NMR、IR及MS等仪器进行结构鉴别。此方法，一是周期长；二是分离制备成本高；三是一些含量较少且不稳定的杂质难于制备。而近年发展迅速的LC-MS联用技术，根据杂质的来源，产生条件，推测药物中可能含有的杂质，并结合药物母核的质谱裂解规律和杂质的产生原理推断杂质的结构，可以很好地解决这些缺点，已成为杂质研究的一种新理念，且该技术已被广泛应用于药物发现、开发、制造以及质量控制等各个阶段。 LC-MS联用技术中，液相色谱分离是进行质谱结构鉴别的基础，然而现有的很多液相色谱分离方法为改善分离或检测经常会使用非挥发性缓冲盐流动相(如磷酸盐缓冲溶液或离子对试剂)，这显然与质谱的ESI(APCI)-MS不兼容。因此当采用LC-MS联用技术时，必须将流动相转换为适合于ESI(APCI)-MS的挥发性流动相。而摸索新的适合于LC-MS联用技术的流动相体系往往很难对杂质进行有效分离，且又耗时费力。赛默飞UltiMate 3000双三元液相色谱（DGLC）可实现在线去除流动相中的非挥发性缓冲盐，让您无需改变现有的分析方法就可轻松使用LC-MS联用技术对药物杂质进行更深入的研究。 仪器系统连接 双三元梯度泵的右泵保持原来的分析流动相条件不变，各杂质成分在一维分析柱中实现分离，通过2位置六通阀将已被常规检测器检测的目标杂质峰储存至loop环中；左泵采用与MS兼容的挥发性流动相，将储存在loop环中的目标分析物洗脱至二维除盐柱中，利用质谱上固有的六通阀，将流动相中的非挥发性盐除去，再调整左泵流动相比例将目标待测物洗脱至MS中，通过子离子扫描等方式，得到杂质的裂解碎片，结合物质的裂解规律，对药物中的杂质进行逐一鉴别。系统流路连接见图1.。 图1 系统流路连接示意图 最适合质谱前端使用的在线脱盐技术应用 阿莫西林（Amoxicillin），是一种最常用的青霉素类广谱&beta -内酰胺类抗生素，在2010版《药典》二部中，有关物质分析采用HPLC-UV法，流动相为0.05mol/L磷酸二氢钾溶液（用2mol/L氢氧化钾溶液调节pH值至5.0） 和乙腈，梯度洗脱。样品溶液在经过碱破坏后，其分离谱图见图2.。采用双三元液相色谱的在线脱盐技术，在一维色谱保持原有分析条件并经过UV检测后，可将其中的未知杂质成分（包括降解产物）切换并储存至loop环中；二维色谱分离系统采用与MS兼容的流动相，将储存在loop环中的目标分析物洗脱至二维除盐柱中，在线去除一维流动相中的磷酸二氢钾等非挥发性缓冲盐后，利用MS进行多级碎片离子扫描，结合&beta -内酰胺类抗生素的裂解规律，推断未知杂质成分的结构。整个过程在密闭系统内自动并连续地完成，而且可对其中的多个杂质同时进行结构鉴别。 图2 阿莫西林碱破坏后的样品分离谱图（UV 230nm） 图3 4号杂质TIC谱图（上图为负离子模式，下图为正离子模式） 图4 4号杂质特征离子谱图 （左图为负离子模式[M-H]-=338.1，右图为正离子模式[M+H]+=340.1,初步推断杂质分子量=339.1） 头孢地尼(cefdinir) 也属&beta -内酰胺类抗生素，用于对头孢地尼敏感的葡萄球菌属、链球菌属等菌株所引起的感染。原标准分析方法中使用了0.25%四甲基氢氧化铵溶液(用磷酸调节pH=5.5)+0.1mol/L乙二胺四醋酸二钠溶液的非挥发性流动相，样品经过热破坏后分离谱图见图5. 在不改变原流动相条件的情况下，采用DGLC的流动相在线除盐技术，使用LC-MS联用技术对原料药中的杂质（包括降解杂质）成功进行了定性研究。且该方法可以将杂质逐一进行分析，结合已知文献，共鉴别了其中的6种杂质。 图5 样品经过热破坏后一维分离谱图（UV254 nm） 图6 其中15号杂质的特征离子谱图 (左图为负离子模式[M-H]-=367.9,右图为正离子模式[M+H]+=369.6,初步推断杂质分子量368.8) 药典中收载的关于杂质的分析方法很多都含有非挥发性盐类。赛默飞UltiMate 3000双三元液相色谱（DGLC）采用独特的双泵设计，每个泵可作为一个单独的体系，有各自独立的比例阀和流动相体系，可同时单独控制三种不同的流动相，在Chromeleon变色龙软件的支持下，结合独特的阀切换技术，通过灵活的流路连接设计，可以将流动相中的非挥发性缓冲盐在线去除。当您需要使用LC-MS联用技术对杂质进行进一步的深入研究时，赛默飞UltiMate 3000双三元液相色谱（DGLC）的流动相在线除盐技术，可让您永远不再为流动相中的非挥发性缓冲盐而烦恼。且该系统可同时实现在线富集、在线浓缩、在线净化等，可谓是最适合质谱使用的液相色谱仪。 参考文献 1、采用二维柱切换液质联用法对流动相进行在线除盐分析阿莫西林中有关物质 2、采用二维柱切换液质联用流动相在线除盐分析头孢地尼中有关物质 3、双三元液相色谱应用文集 赛默飞创新技术应用系列之双三元液相色谱DGLC集锦 （一）二维及全二维液相色谱分离技术应用 （二）在线固相萃取技术 （三）流动相在线除盐技术 （四）在线柱后衍生和反梯度补偿技术 关于赛默飞世尔科技 赛默飞世尔科技（纽约证交所代码： TMO）是科学服务领域的世界领导者。我们的使命是帮助客户使世界更健康、更清洁、更安全。公司年销售额130亿美元，员工约39,000人。主要客户类型包括：医药和生物技术公司、医院和临床诊断实验室、大学、科研院所和政府机构，以及环境与过程控制行业。借助于Thermo Scientific、Fisher Scientific和Unity&trade Lab Services三个首要品牌，我们将创新技术、便捷采购方案和实验室运营管理的整体解决方案相结合，为客户、股东和员工创造价值。我们的产品和服务帮助客户解决在分析领域所遇到的复杂问题与挑战，促进医疗诊断发展、提高实验室生产力。欲了解更多信息，请浏览公司网站：www.thermofisher.com 关于赛默飞世尔科技中国 赛默飞世尔科技进入中国发展已有30多年，在中国的总部设于上海，并在北京、广州、香港、台湾、成都、沈阳、西安、南京、武汉等地设立了分公司，员工人数超过2400名。我们的产品主要包括分析仪器、实验室设备、试剂、耗材和软件等，提供实验室综合解决方案，为各行各业的客户服务。为了满足中国市场的需求，现有5家工厂分别在上海、北京和苏州运营。我们在北京和上海共设立了5个应用开发中心，将世界级的前沿技术和产品带给国内客户，并提供应用开发与培训等多项服务；位于上海的中国创新中心结合国内市场的需求和国外先进技术，研发适合中国的技术和产品；我们拥有遍布全国的维修服务网点和特别成立的中国技术培训团队，在全国有超过400 名经过培训认证的、具有专业资格的工程师提供售后服务。我们致力于帮助客户使世界更健康、更清洁、更安全。欲了解更多信息，请登录网站：www.thermofisher.cn