質(zhì)譜技術發(fā)展以及在生物學研究中的應用

　　質(zhì)譜作為現(xiàn)今在生物研究中的普遍運用的技術，借助快速高效測定復雜生物大分子和小分子的優(yōu)勢，在生物研究中的重要性越來越凸顯。這期我們講一下質(zhì)譜技術發(fā)展以及在生物學研究中的應用。

　　質(zhì)譜的原理

　　質(zhì)譜分析技術是通過測定并分析樣品離子的質(zhì)荷比來分析鑒定樣品的一種方法。質(zhì)譜儀大體分為三個部分：離子源，質(zhì)量分析器，檢測器。質(zhì)量分析器是質(zhì)譜儀的核心部件，它決定著質(zhì)譜儀分析的靈敏度，分辨率，生成離子碎片的能力，和準確度等。樣品在被分析前，首先要經(jīng)過電離離子化，使樣品分子帶上一定的電荷。接下來，帶電的離子首先經(jīng)過一段加速電場的驅(qū)動，飛行進入分析電場或磁場。由于樣品本身的質(zhì)量和離子化的帶電量不同，樣品離子在分析電場中的運動軌跡也不同，也因此能通過分析離子的運動軌跡將不同的離子區(qū)分開，并且對樣品的信息，純度等特征進行定性和定量的測定。

　　質(zhì)譜的發(fā)展歷史

　　第一臺質(zhì)譜儀距今已經(jīng)有90多年的歷史了，由J. J. Thomson發(fā)明制成，主要用于化學實驗中無機元素的測定。隨著質(zhì)譜技術的拓展，隨著計算機技術的發(fā)展，也逐漸被應用于分析更復雜的生物分子，包括氨基酸，蛋白質(zhì)，脂質(zhì)，糖類等。雖然相比顯微鏡等儀器，質(zhì)譜的發(fā)展歷史，和被應用到生物研究的時間短了不少，但是作為一種精準分析鑒定生物分子的手段，質(zhì)譜在生物研究的重要性是不可取代的。

　　常用質(zhì)譜的類別

　　生物學研究的對象普遍是復雜大分子，包括了蛋白質(zhì)，核酸，糖類，脂質(zhì)，以及各類小分子。各類生物分子的性質(zhì)也有著很大的差別。因而，應用于生物領域研究的質(zhì)譜儀的種類也有不少，常見的用于生物研究的質(zhì)譜儀有一下幾種：

　　1. 四級桿質(zhì)譜儀

　　四級桿質(zhì)譜儀的質(zhì)量分析器是由四根棒狀的電極組成，在兩對電極中間施加交變頻場，設定的頻場只允許一定質(zhì)量的離子通過四級桿到達檢測器，進而對這一區(qū)間的離子進行快速分析。它的特點是儀器結(jié)構(gòu)簡單，掃描速度快，但是分辨率相對較低。

　　2. 飛行時間質(zhì)譜儀（TOF）

　　此類型的質(zhì)譜儀測定的離子的質(zhì)核比是通過分析離子在真空飛行管中的飛行時間所推算出的。經(jīng)過不斷改進，TOF質(zhì)譜儀在分辨率和精準度上有很大的提升，準確度在經(jīng)歷后期校正程序后可達到PPM級，檢測的離子質(zhì)量范圍可達到幾十萬。

　　3. 離子阱質(zhì)譜儀

　　離子阱質(zhì)譜儀是一種串聯(lián)質(zhì)譜儀，離子阱是質(zhì)譜儀的核心部分，既是碰撞室，又是質(zhì)量分析器。在分析前先將離子聚集儲存，因而離子阱質(zhì)譜儀的優(yōu)勢就在于離子儲存和選擇。

　　4. 離子回旋共振（ICR）質(zhì)譜儀

　　離子回旋共振質(zhì)譜儀是根據(jù)離子在磁場中進行回旋運動的特性而設計的。離子回旋共振質(zhì)譜儀是這幾類質(zhì)譜儀中分辨率，準確率較高的儀器，其中Obitrap 便是高精準度質(zhì)譜儀的典型代表。