Q_TofUltimaGlobal質譜儀的簡介及應用_圖文

1、Q-Tof Ultima G lobal質譜儀的簡介及應用鐘麗君萬樂人彭嘉柔(北京大學醫(yī)藥衛(wèi)生分析中心北京100083摘要簡要介紹Waters公司Q-T of Ultima G lobal質譜儀的工作原理及性能特點,并從使用的角度介紹該儀器的軟件及離子源特點。關鍵詞Q-T of質譜蛋白質組學生命科學被譽為21世紀的最前沿科學之一,隨著人類第一張基因序列草圖的完成和發(fā)展,生命科學的研究也進入一個嶄新的后基因組學時代,即蛋白質組學時代。正如基因草圖的提前繪制得益于大規(guī)模全自動毛細管測序技術一樣,后基因組研究也正在借助于現(xiàn)代生物質譜等技術得到迅猛發(fā)展。質譜的開發(fā)歷史要追溯到20世紀初J1J1Thom

2、s on創(chuàng)制的拋物線質譜裝置,1919年Aston制成第一臺速度聚焦型質譜儀,成為質譜發(fā)展史上的里程碑?，F(xiàn)今,質譜分析的足跡已遍布各個學科的技術領域,在固體物理、冶金、電子、航天、原子能、地球和宇宙化學、生物化學及生命科學等領域均有著廣闊的應用。質譜技術在生命科學領域的應用,更為質譜的發(fā)展注入新的活力,形成獨特的生物質譜技術。電噴霧質譜技術和基質輔助激光解吸附質譜技術是誕生于20世紀80年代末期的兩種電離技術。這兩項技術的出現(xiàn)使傳統(tǒng)的主要用于小分子物質研究的質譜技術發(fā)生革命性的變革。它們具有高靈敏度和高質量檢測范圍,使得在pm ol(10-12至fm ol(10-15水平上準確地分析分子量高達

3、幾萬到幾十萬的生物大分子成為可能,從而使質譜技術真正走入生命科學的研究領域,并得到迅速的發(fā)展。2003年9月北京大學醫(yī)學部引進美國Waters 公司2002年最新推出的Q-T of Ultima G lobal質譜儀。該儀器將電噴霧(ESI質譜技術和基質輔助激光解吸附(M A LDI質譜技術整合在一臺儀器上,而且ESI和M A LDI兩種模式之間可以快速切換,因此給生物化學研究提供一個靈活的空間。為敘述方便以下用Q-T of代表該質譜儀。1Q2Tof質譜儀簡介Q2T of是由四極桿質譜和飛行時間質譜組成的串聯(lián)型質譜儀(結構見圖1。四極桿在MS模式下有離子導向作用,在MS/MS狀態(tài)下有質量分選功

4、能。裝有反射器的飛行時間(T OF分析裝置與四極圖1質譜儀V模式工作原理示意圖桿垂直配置,在MS和MS/MS狀態(tài)下均有質量分析功能。在四極桿和T OF分析器之間是碰撞活化室(HEX APO LE C O LLISI ON CE LL,能夠實現(xiàn)碰撞誘導解離(CI D,在進行MS/MS質譜實驗時,第一級四極桿質譜選取單一離子并將它送入碰撞活化室與惰性氣體(氬氣發(fā)生碰撞并使母離子發(fā)生誘導裂解,碰撞活化室由六極桿組成,在工作狀態(tài)下極桿上僅有射頻電位, 因而所有離子均能通過碰撞活化室,到達垂直飛行時間質譜的加速器中,在推斥極的作用下,離子進入T OF2MS進行質量分離,儀器的最終檢測器為高敏感性的微通道

5、板。由于此儀器配以電子噴霧電離源(ESI和基質輔助激光電離源(M A LDI,可以分別實現(xiàn)與高效液相色譜聯(lián)用或直接進樣。為適應研究的需要進一步提高分辨率,此儀器裝有多級反射器(W型,由于多級反射,其分辨率可達20000 (FWH M左右(見圖2。ESI源由電噴霧探針和Z2 spray源組成,Z2spray技術是Waters的專利技術(見圖2裝有多級反射器質譜儀W模式工作原理示意圖23現(xiàn)代儀器二五年第一期圖5送檢樣品的T OF MS 譜圖圖中箭頭為雙電荷峰圖3,可以有效防止離子源和儀器污染,防止熱裂解,廣泛適合HP LC 各種分離條件并提高靈敏度,源隔斷閥可有效保護真空系統(tǒng)和檢測器易于清洗離子源

6、而無需放空儀器 1 。圖3使用Z -spray 技術工作原理示意圖樣品噴入后其溶劑被錐孔氣體(C one gas 吹散,中性分子和離子在一級真空泵負壓的作用下被吸入離子盒(I onblock 并推出,在電場的作用下只有離子發(fā)生偏轉進入離子傳輸通路(T rans fer optics 。2Q -Tof 的工作模式Q -T of 可以進行多種模式的質量檢測,主要包括MS Scan 、T OF MS 和T OF MS MS ,這些模式同樣可以用于負離子的檢測。MS Scan 不用于樣品的測定,只用于對四極桿部分進行校對。T OF MS 是Q -T of 的主要工作模式之一,用以獲得肽指紋圖譜及蛋白質

7、的圖譜,該儀器裝有的MaxEntl 軟件可將多電荷圖譜轉化為單電荷圖譜(見圖4。圖所示為BS A 的多電荷譜圖,經軟件轉化后能體現(xiàn)出其含有的多種成分的分子量,有助于對樣品的組分進行分析和測定。T OF MS MS 模式則可以進一步選擇肽指紋圖譜中的肽段來進行二級質譜 (見圖5。二級質譜得到的圖譜經MaxEnt3軟件處理后可以對該肽段氨基酸的序列進行鑒定(見圖6。從而得到更大量的信息,增加鑒定結果的準確性,有利于對未知蛋白的研究。3與Q -T OF 匹配的離子源Q -T OF 可接的離子源有APCI 源、ESI 源、M A LDI源,本實驗室以蛋白質組學研究為首要目標,依據(jù)生物質譜的特點配有ES

8、I 源、M A LDI 源。311ESI 源31111N ormal Flow E lectrospray 與注射器相連可以離線檢測蛋白質樣品,但其要求樣品量較大。31112Nan oflow E lectrospray 3111211Nan o -LC Option 與注射器相連可以離線圖4圖A 為BS A 的多電荷譜圖圖B 為轉化后的BS A 的單電荷譜圖33二五年第一期儀器評介 圖6選擇任意雙電荷峰得到二級質譜后進行氨基酸序列標識本圖得到的氨基酸序列經網上檢索為Creatine kinase (肌氨酸激酶。檢測蛋白質樣品,也可以在線檢測LC 分離樣品。液相色譜與質譜聯(lián)用技術發(fā)展迅速,使之

9、已經成為蛋白質組學研究的重要手段,目前液質聯(lián)用已經做到自動化,可以高效的分析混合的蛋白質樣品2。液質聯(lián)用后可以應用W aters 公司特有的專利軟件DDA (Date Directed Analysis ,DDA ,其功能適合于復雜化合物的分析、酶解蛋白質氨基酸序列和翻譯后修飾分析。DDA 步驟為(1MS Survey ,第一級四極桿、碰撞室僅聚焦傳輸離子流至T OF 區(qū)域,獲得單極高分辨T OF 質譜圖。(2自動切換至MS/MS 分析,根據(jù)單極T OF 質譜圖分子離子峰值、電荷數(shù)、域值、相對或絕對強度設置,第一級四極桿依次選擇單一分子離子峰完成碰撞誘導解離,T OF 分離檢測后獲得高分辨質譜

10、數(shù)據(jù)。(3自動網上檢索。DDA 可自動切換分別采用高、低能量碰撞或根據(jù)分子離子峰通過程序掃描自動優(yōu)化碰撞能量。3111212G lass Capillary Option 用于離線質譜檢測110L 的蛋白樣品。其特有的設計可以使1L 的樣品連續(xù)工作30min ,對微量樣品的研究極為有利。為確保質量測量精度該儀器采用Lockspray 雙噴霧針設計,它是waters 公司的專利,它使Q -T OF 系列高分辨精確質量數(shù)測定準確(<5ppm ,其操作軟件masslynx 自動控制Lockspray 雙噴霧通道,最小切換時間降低離子源內校正參考物與分析物之間相互離子抑制效應,以達到實時動態(tài)分析

11、。液相色譜與Q -T OF 聯(lián)機分析時Lockspray 消除液相色譜流速、梯度影響,確保聯(lián)機后的高分辨分析。312MA LDI 源誕生于20世紀80年代末期的M A LDI -T OF MS 技術,極大地推動傳統(tǒng)的主要用于小分子物質研究的質譜技術發(fā)生革命性的變革,從而生物質譜技術發(fā)展邁入新的時代。M A LDI -T OF MS 以其高靈敏度、極高的質量上限,分離效率高、分析速度快、信息直觀等特點在分析多肽、蛋白質和高分子聚合物方面具有無法比擬的作用3。本儀器配有waters 公司獨特的lock m ass 功能,保證每個樣品在臨近點獲得校正,并動態(tài)校正儀器漂移和偏差以保證數(shù)據(jù)的準確度。4結

12、語自1996年第一代Micromass 公司高分辨高靈敏度Q -T of 儀器推出后,經不斷的發(fā)展,目前Q -T of Ultima G lobal 型串聯(lián)質譜儀結合電噴霧源(ESI 、基質輔助激光解離源(M A LDI 、質量鎖定(LOCK 2SPRAY 、四極桿選擇離子傳輸方式、T OF 高分辨高靈敏度優(yōu)點于一體,必將在蛋白質組研究,氨基酸序列快速測定,未知物結構測定,藥物開發(fā)和藥物代謝分析等領域發(fā)揮巨大的作用。參考文獻Q -Tof ultima global mass spectrometry and its use in proteomicsZhong Lijun Wan Leren Peng Jiaorou(Peking University ,Medical Health Analitical lentre Beijing 100083Abstract This thesis gives a brief introduction to Q -T of Ultima G lobal Mass S pectrometer from Waters C