计算机是由主机,键盘,显示器,滑鼠等组成。质谱仪也是一样,质谱是进样系统,离子源,质量分析器,检测器,真空系统几部分构成。

先来一张照片,让以前没有见过质谱的朋友大致知道质谱是长什么样子。同样是来自布鲁克的一台质谱仪:

这是一台四级杆-飞行时间质谱(q-TOF),高度大概是2米多不到3米的样子。所以实验室用的质谱仪,通常是一些大家伙。当然也有相对比较小的质谱,比如安捷伦公司近年推出的和液相色谱联用的单重四级杆质谱。

下面我们来介绍质谱的组成。

首先是进样系统。要分析样品,比如血液,尿液,或者其他样品,自然是需要把样品先引入质谱仪,才能进行下一步的分析。样品的引入,可谓五花八门。但大体上分为两种:直接进样或预先分离-进样。干净的液体或者溶液样品,可以通过注射器泵直接进样。注射器。。。是护士姐姐用的注射器吗?没错,看下图:

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就是用这个简单的泵把注射器里的液体推入质谱。

那么固体样品呢?把样品放在这种特殊设计的probe上,推进去就好啦。

(Article - A High Temperature Direct Probe for a Mass Spectrometer)

因为在大多数情况下,我们在质谱上分析的样品非常复杂,所以需要预先的分离,再引入质谱。那么常见的分离手段,有气相色谱,液相色谱,毛细管电泳。下面只放些这些分离仪器的美图,具体的原理和应用我们以后再谈。

waters公司的液相色谱

agilent(安捷伦)公司的气相色谱

毛细管电泳

离子源:大多数的样品,需要被离子化,即带上正电荷或者负电荷,才能够被质谱分析。大家可能会有疑问,为什么电中性的物质不可以被质谱分析呢?这是因为目前的质谱设计的原理,都是根据离子在电场,磁场,或者带电后在空间运动的速度不同,而得到其质量信息的。所以样品需要被离子化。离子化发生的地方,就是离子源。下图中用红圈标出。

离子源的种类包括:早期的快原子轰击,电子电离(EI),化学电离(CI),大气压电离(APPI, APCI),获得诺贝尔奖的基质辅助激光解析(MALDI)(orz..好长的中文名字)电喷雾电离(ESI)。目前比较新的解析电喷雾电离(DESI),甚至于。。纸也可以!纸喷雾电离。。。

总结一下:EI和CI主要用于气相色谱和质谱联用。EI的优点是有大量的化合物谱图,可以进行迅速的比对。CI则是相对来说一种软电离,产生的多数是分子离子峰。

MALDI用于大分子的分析,比如蛋白质或者是高分子。ESI通常用于液相色谱与质谱联用。

DESI等可以用于小型质谱,可以实现快速的现场分析。

质量分析器:依据不同的原理将离子源产生的离子按照质荷比进行分离的部件。基于磁场的质量分析器:单聚焦质量分析器,傅里叶变换离子回旋共振,(FT-ICR)基于电场的单重或者三重四级杆,离子阱质谱(Paul ion trap),轨道阱质谱(obitrap)基于离子在空间移动速度的飞行时间质谱。

对于不同的实验目的,有时候需要选择不同的质量分析器。比如三重四级杆质谱的优势在于绝对定量分析,obitrap因为其解析度高且分析速度快,广泛用于蛋白质组学分析。

检测器:目前质谱中用的最多的检测器是multi channel detector. 离子到达检测器后撞击检测器表面,将会产生少量电子,这些电子又会撞击而产生更多的电子。产生的电流可以被记录下来而转化为信号。

真空系统:质谱的运行需要保持高度的真空状态,才能保证离子不受空气中的分子的干扰。一般来说,质谱需要用机械泵,比如油泵,将压力降到一个比较低的程度。10^-2~10^-4 torr,然后再用turbo pump,将真空进一步降低, 达到10^-7~10^-10 torr。

下一讲:待定(但是内容初步定为是质谱的应用,硬体部分如果有需要,以后可以专门开几讲, 目前看来,大家对蛋白质组学和代谢组学的兴趣很高啊,下一讲可以讲蛋白质组学或者组学的一个通论)


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