基于离子淌度-质谱技术分析小分子代谢物的研究进展

近年来，不同原理的离子淌度技术相继出现，与质谱技术相结合已广泛应用于许多领域。在小分子代谢物分析中，氨基酸的手性识别、聚糖的结构解析、脂质的结构表征和类固醇的分析十分重要，但由于小分子代谢物化学性质迥异，且普遍存在同分异构现象，增加了分析难度。离子淌度-质谱（IM-MS）技术为复杂基质中小分子代谢物的快速分离和分析提供了新思路，根据离子的质荷比、碰撞截面积（CCS）和结构信息，可快速区分、表征小分子代谢物及其同分异构体。本文介绍了离子淌度-质谱（IM-MS）的主要类型及其在小分子代谢物分析中的应用情况和存在的不足，并展望其发展前景。     

离子淌度迁移谱用于分析小分子异构体的新进展

随着现代检测技术以及科学研究的快速发展，同分异构体化学结构及其功能不断被揭示，异构体的不同结构分子可能具有完全不同的生物化学活性，并且同分异构体的某种结构分子可能对疾病的发病机理或治疗具有重要作用，而另一种结构分子的作用相反。因此，对同分异构体的分离识别及其结构探究有助于进一步理解生命运行机制，是目前分析化学乃至生命科学领域的研究热点。近年来快速发展的离子迁移谱（ion mobility spectrometry, IMS）是一种可以分析分子空间结构的技术，通过测量气相中不同分子离子与气流的碰撞截面积差异来区分某种分子的同分异构体。IMS与质谱联用（IMS-MS）是在质谱技术上增加一个淌度分离维度改善离子结构分离测定，同时在淌度技术上增强离子选质的特殊功能，使离子的分离具有高度选择性。IMS-MS技术已广泛应用于小分子/代谢物鉴定、蛋白质组学研究、主客体复合物、分子结构鉴定等领域。本文重点介绍了不同类型IMS的工作原理，IMS-MS在不同类型异构体分析方面的最新应用，并展望其应用前景。     

应用非变性质谱-行波式离子淌度谱表征完整糖蛋白复合物的稳定性及小规模结构差异

在完整复合物层面表征糖蛋白复合物的高级结构和动态学,对于研究蛋白质功能具有重要意义。行波式离子淌度与非变性质谱结合不仅可提供额外的正交分离维度,还可通过测定碰撞截面积（CCS）获取分析物的几何特征信息,助力结构表征。本工作针对糖蛋白复合物稳定性及小规模结构差异的表征需求,选取由不同物种表达的亲和素作为糖蛋白模式复合物,探究离子淌度在非变性质谱分析中可提供的结构信息。结果表明,离子淌度可在完整复合物水平上分离蛋白型亚群分布,能够反映高阶复合物的几何特征,以及蛋白在气相解离条件、电荷调控条件和经电荷调控的气相解离条件下的构象变化程度,可应用于糖蛋白复合物体系的稳定性评价。     

蛋白质立体化学修饰的离子淌度质谱研究进展

蛋白质立体化学修饰是一类低丰度、与人类多种疾病相关的翻译后修饰，由于其并未改变蛋白质的分子质量，难以通过传统的蛋白组学鉴定方法进行发现与鉴定。离子淌度质谱（IM-MS）技术依据不同离子在漂移管中与缓冲气体碰撞后迁移速率的不同而快速分离离子，提供了一种基于构象、电荷数、尺寸和分子质量的分离手段，已在蛋白质立体化学修饰的鉴定与分离分析中取得了阶段性进展。本文从非变性离子淌度质谱实验的角度出发，介绍了漂移管离子淌度仪、行波离子淌度仪、微分迁移率分析仪、高场不对称离子淌度仪以及捕获离子淌度仪等5种商业化离子淌度仪的性能。在此基础上，总结了立体化学修饰高分辨离子淌度质谱分离分析与鉴定方法的最新研究进展，同时介绍了立体化学修饰调控的配体-受体相互作用的结构质谱表征策略，尤其对碰撞诱导去折叠技术在复合物手性构象差异中的研究进行阐述。最后，展望了基于IM-MS的立体化学修饰鉴定与定量等研究方向，以期为立体化学修饰的下一发展阶段提供参考。     

漂移时间离子淌度-四极杆-飞行时间串联质谱法分析寡糖同分异构体

分析糖类分子的结构是研究生物功能的必要前提，然而一种糖类常存在多种同分异构体，传统方法难以实现快速有效鉴别。本研究使用漂移时间离子淌度-四极杆-飞行时间串联质谱法将乙腈-水-甲酸溶液中的寡糖同分异构体分子经过电喷雾电离源电离，在漂移管内实现基于离子分子结构和带电荷数的分离，离子在四极杆中碎裂，最终被飞行时间质谱检测。寡糖同分异构体离子到达检测器的时间相差0.15~0.66 ms，能实现部分分离。此外，探讨了离子淌度-质谱（IM-MS）谱图分析时存在的多聚体碎片离子干扰问题。二级质谱使用注射泵直接进样，研究寡糖金属加合离子的裂解方式用于辨别同分异构体。最后，计算了两个寡糖系列的平均碰撞横截面积，可据此使用线性拟合预测同系列更长糖链离子的平均碰撞横截面积值。研究结果表明，漂移时间离子淌度-四极杆-飞行时间串联质谱法能有效实现寡糖同分异构体的定性分析。     

基于离子淌度质谱的代谢物碰撞截面积测量方法和数据库研究进展

代谢组学旨在全面系统地分析复杂生物样本中的代谢物。近年来,离子淌度质谱（IM-MS）技术快速发展,为代谢组学分析提供了强大的技术支撑。离子淌度质谱根据代谢物的化学结构进行气相分离,其衍生的碰撞截面积（CCS）可作为一种新的物理化学性质,辅助用于鉴定已知和未知代谢物的化学结构。碰撞截面积在代谢组学中的应用需要确保对其准确测量,同时需要构建高覆盖、高准确的碰撞截面积数据库。本文旨在介绍常见的不同类型商业化离子淌度质谱及其对小分子代谢物碰撞截面积测量和校正的原理,归纳目前可用于代谢组学应用的碰撞截面积数据库,并展望碰撞截面积在代谢组学中的应用。     

基于傅里叶变换-离子回旋共振质谱的离子碰撞截面测量方法及应用

傅里叶变换-离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）具有较高的分辨率和串联质谱分析能力。离子在分析池中做回旋运动时,镜像电流会因离子与中性分子发生碰撞而逐渐衰减。基于此,通过选择合适的理论模型,并结合相应的算法,可推算出离子的碰撞截面（CCS）。该方法无需增加仪器硬件成本,可通过直接分析高分辨质谱数据获取离子结构信息。近年来,随着FT ICR MS仪器的发展和推广,该方法得到快速发展。本文综述了此类方法使用的碰撞模型、利用时域和频域信号进行数据分析的不同方法及特点,虽然提供的离子CCS数据的可靠性和准确度有待进一步提高,但在离子的动态CCS测量以及离子异构化的研究中表现出独特优势。该方法可进一步与离子淌度技术相结合,借助FT ICR MS较高的质量分辨能力和离子操控能力,提供多维度的离子结构信息。     

非变性离子淌度质谱在蛋白质结构及构象疾病研究方面的应用

离子淌度质谱技术可以分离空间尺寸或构象不同的离子，能够在近似生理条件下表征蛋白质及其复合物的构象，可提供蛋白质及其复合物的构象稳定性及异质性、化学计量比等多重信息，已成为蛋白质构象及蛋白质 配体相互作用研究的重要手段。非变性离子淌度质谱还具有灵敏捕获蛋白质构象动态转变的特点，适用于低浓度、高异质性的蛋白混合物分析。本文综述了离子淌度质谱的基本原理、获取数据及信息形式、以及在蛋白质构象及蛋白质-配体相互作用研究领域的应用进展，重点关注其在蛋白质错误折叠、聚集动力学及与配体相互作用的应用研究。     

离子迁移谱-质谱技术及其在蛋白质糖基化研究中的应用

糖基化是生物体内重要的蛋白质翻译后修饰（PTM）。基于质谱的检测技术,特别是液相色谱-质谱（LC-MS）联用技术是糖基化研究的常规手段。然而,由于糖基化存在复杂的异构现象,大多数基于质谱的分析技术在区分其异构体时存在困难。离子迁移谱（IM）是一种基于离子在气相中的形状和电荷进行分离的技术,能够为质谱分析提供新的分离维度。离子迁移谱-质谱（IM-MS）技术具有较强的区分异构体的能力,在蛋白质糖基化研究中的潜力越来越受到重视。本文总结了IM-MS技术的类型和基本原理,及其在蛋白质糖基化研究中的进展,如对完整糖蛋白、完整糖肽和聚糖的研究,并展望了其应用前景。     

液相色谱-离子淌度-四极杆/飞行时间串联质谱法快速检测烟叶中蔗糖酯

本研究利用液相色谱-离子淌度-四极杆/飞行时间串联质谱（LC-IM-Q TOF MS）技术,建立了快速检测烟叶中蔗糖酯的定性分析方法。采用甲酸-甲醇-水混合流动相系统和正离子模式下的电喷雾离子化技术,使烟叶甲醇提取液中的蔗糖酯分子形成加钠的准分子离子,然后通过离子淌度漂移管的分离,被四极杆/飞行时间串联质谱仪检测。从烟叶中共检测出6类蔗糖四酯,它们在色谱柱上的分离相差0.2~0.8 min,在漂移管中的分离相差0.4~0.5 ms,质谱检测中的离子质量相差14 u。在此基础上,利用二级质谱解析,准分子离子的元素组成测定以及碰撞截面的测定等手段,对烟叶中6类蔗糖四酯进行结构上的定性分析。结果表明,LC-IM-Q TOF MS技术可以快速检测复杂样品中的蔗糖酯,结合多维数据定性技术能够显著提高定性分析的准确性。     

离子迁移谱-质谱技术及其在纳米团簇表征中的应用

纳米团簇具有独特的原子构型、电子结构及新颖的光学、电学和催化性能,是材料领域的热点研究对象之一.原子尺度下纳米团簇结构调控的前提是实现纳米团簇的精准表征.近年来,离子迁移谱与质谱联用技术为纳米团簇表征提供了新手段,根据质荷比、截面数据及结构信息,为深入研究团簇制备过程中尺寸和结构的变化规律提供帮助.本文介绍了离子迁移谱...     

基于离子阱质谱的离子碰撞截面积测量方法研究进展

近年来,随着分子结构分析需求的不断增加,开发离子阱质量分析器测量离子碰撞截面积的方法成为研究热点。该方法能降低仪器复杂度,并且能同时获得高分辨的质量和分子立体结构信息,逐渐成为与离子淌度谱（IMS）互补的测量碰撞截面积的有效手段。目前,已经实现了傅里叶变换离子回旋共振阱（FT ICR）、轨道离子阱（Orbitrap）、四极离子阱（QIT）、静电线性离子阱（ELIT）测量离子碰撞截面积（CCS）。但该项技术仍存在诸多挑战,如分辨率不高、受气压因素影响、无法区分同分异构体等。本文阐述了离子与缓冲气体分子碰撞理论、不同离子阱质谱仪测量碰撞截面积的方法,并总结测量方法的优缺点,展望未来的研究方向。     

基于高场非对称离子迁移谱的糖类异构体分离研究

本工作研发了一款配套滤波算法及重叠峰分离算法、可独立使用的平板型高场非对称离子迁移谱（FAIMS）系统,能够在分离不同离子、有效滤噪的同时,从重叠峰中准确、快速提取分析物峰,由此实现物质的精准定性分析。通过评估该FAIMS装置对糖类异构体的分离效果,发现FAIMS能有效分离出蔗糖离子的2种结构,证明其对离子结构差异更加敏感。采用氮气、氦气的混合气体作为载气,可进一步提高FAIMS的分辨力。当氦气比例达到40%时,蔗糖峰和麦芽糖峰的重合度由纯氮气时的77%降低至50%。本研究表明,该FAIMS系统可为同分异构体的定性分析提供一种新方法。     

离子迁移谱技术及其在生命分析化学中应用

离子迁移谱技术是一种气相环境下的电泳检测技术,具有快速、灵敏、运行成本低等特点。作为一种重要的痕量化学物质检测技术,现已广泛应用于化学毒剂探测和机场、海关的毒品与爆炸物检测。近年来,离子迁移谱技术与电喷雾和基质辅助解吸附等离子化技术的结合,以及与质谱技术的联用,使得该技术的应用迅速拓展到生物医学领域。本文介绍离子迁移谱技术的主要原理并综述离子迁移谱技术在蛋白质化学、临床化学和药物化学等方面的应用。     

行波离子迁移质谱技术在蛋白质结构研究中的应用

离子迁移(ion mobility)是一种在分子离子化后,非溶液环境下的分离技术。与依靠离子质量与电荷比进行分离的质谱技术不同,离子迁移是根据离子形状与电荷比实现分离的。因此,离子迁移技术可以实现对质量相同而形状不同的离子分离,其与质谱技术联用可为研究者提供更加丰富的结构信息。最新发展的行波离子迁移技术大大提高了灵敏度和分离速度,适用于研究天然浓度条件下的蛋白质,其在蛋白质单体折叠与去折叠以及蛋白复合体亚基组装的研究中已崭露头角。     

微型化离子迁移谱仪研究进展

离子迁移谱技术（iMS）是从上世纪70年代发展起来的一项痕量气态物质探测技术。基于该技术的离子迁移谱仪具有结构简单,检测速度快、可以工作在大气环境下等优点,在微型化便携式应用中有巨大的发展潜力。通过参考国内外相关文献,着重从离子源、高场非对称离子迁移谱技术（FAIMS）和离子捕获装置三个方面对微型化离子迁移谱仪的研究现状进行了分析和探讨,并对该领域未来的研究方向和发展趋势提出了一些看法。