离子淌度谱技术

介绍离子淌度谱法的基本原理和仪器的基本结构,及近年发展起来的强非对称波形场离子淌度谱、离子淌度谱质谱联用仪等新技术,综述了离子淌度谱法的一些最新进展及应用。     

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。     

AB SCIEX离子淌度差分质谱技术SelexION~（TM）——极限提高质谱鉴别能力

AB SCIEX公司2011年最新推出了SelexIONTM技术。该技术解决了现有同类型仪器设计的不足,保留了串联质谱所有的功能,是首个获得高重现性、耐用性及易用性的离子淌度差分质谱分离技术（Differential Mobility Spectrometry,DMS）,同时还可为高灵敏度的定量与定性分析提供更多一维的选择性。DMS系统应用于Triple QuadTM5500和QTRAPTM5500系统,开创了分析选择性和效率的新纪元,适用于同分异构体样品分析、共流出杂质分离以及消除高背景噪音。     

基于离子淌度质谱技术的离子光谱研究进展

离子光谱结合了质谱的高灵敏度和光谱的分子结构特异性的优势,可对蛋白质、多肽、糖类、寡核苷酸等复杂体系进行结构表征和鉴定。但当存在同分异构体时,离子光谱难以从叠加的谱图中得到单个异构体的光谱信息。离子淌度质谱技术可通过区分待测离子质荷比和分子空间尺寸差异来实现异构体的分离。离子淌度可以对异构体分离后分别引入到后续的光谱和质谱分析中,减少了由异构体引起的光谱叠加问题,光谱可以进一步验证离子淌度的分离效果,因此质谱、光谱、离子淌度谱的有机结合在得到异构体精确光谱的同时,也为离子淌度质谱分析带来了新的维度和深度。本文概述了近20年来基于各类离子淌度质谱技术的光谱仪器发展和应用情况,总结目前存在的问题,并展望多维度结构质谱的新需求。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于离子淌度质谱研究低浓度甘油对蛋白质结构的影响

甘油作为水溶液中蛋白质的稳定剂,研究其存在时蛋白质的结构变化对蛋白质相关研究和应用具有重要意义。本研究以牛血清白蛋白(BSA)为模型蛋白,采用离子淌度质谱(IM-MS)法和动态光散射法考察在近似生理条件下低浓度甘油对蛋白质结构的影响。在一定浓度范围内,甘油可引起BSA平均电荷和碰撞截面积(CCS)的增加,单个电荷状态也经历了CCS值的增加,还可导致BSA水化半径的增加,表明低浓度甘油可引起溶液中蛋白质结构松散。此外,含0.5%甘油的BSA去折叠的开始电压较高,且去折叠过渡发生在更宽的电压范围内,表明低浓度甘油可提高蛋白质的稳定性。本工作可为甘油稳定蛋白质的机制研究提供参考。     

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。     

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。     

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。     

基于SIMION／SDS的非对称场离子谱（FAIMS）多物理场仿真研究

针对非对称场离子谱（FAIMS,field＆symmetricw＆veformionmobilityspectrometry）的设计优化,本文基于SIMION／SDS多物理场仿真研究方法,结合离子迁移率计算算法、非对称射频方波电压与直流扫描电压算法实现了非对称场离子谱（FAIMS）的仿真。应用该仿真方法,对FAIMS迁移管的迁移区、迁移区与检测区之间的区域离子的运动进行了仿真,结果与理论分析一致。采用相同的结构及控制参数,将SatendraPrasad的实验结果与仿真结果进行对比,定量地分析仿真结果对扫描电场谱图的预测能力。结果表明,该方法能够有效地模拟离子在FAIMS迁移管中的迁移运动,对FAIMS迁移管的优化设计有着重要的意义。     

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。     

气相色谱与离子迁移谱仪联用的研究

气相色谱(Gas Chromatography)与离子迁移谱(Ion Mobility Spectrometry)的联用技术利用GC突出的分离特点和IMS快速响应、高灵敏度的优势有效地解决了GC低鉴别能力和IMS对混合物进行检测时存在的交叉灵敏度(cross sensitivity)问题,最后得到保留时间、漂移时间和信号强度的三维谱图,使定性分析更加准确。重点介绍GC-IMS联用技术的原理和优势,接口实现方法和主要影响因素,早期发展情况,存在主要问题和研究现状。     

基于数值解分析非均匀电场对离子迁移谱的影响

本研究分析了迁移管内带电体的结构,给出求解拉普拉斯方程的数学模型、迁移管带电体的边界处理方法和迁移管内离散电场数值的计算方法。离子门关闭期间,改变驱动脉冲的对称电压值将在迁移区产生非均匀电场,对离子迁移谱的分辨率、峰位、信噪比等特性产生影响。借助数值求解拉普拉斯方程得到的计算结果,对非均匀电场对迁移谱的影响进行合理的解释,给出理论计算迁移谱峰位的方法,并与实验结果进行比较,验证了计算方法的可靠性。实验结果表明,应用离散求解拉普拉斯方程计算迁移管电场在离子迁移谱领域有较好的应用前景。     

气相色谱-离子迁移谱联用技术用于舱室空气质量检测的可行性

分析了气相色谱-离子迁移谱联用技术（GC-IM S ）的检测原理和特点,研究了GC-IM S用于潜艇舱室空气质量检测的可能性,介绍了GC -IM S装置的关键部件的初步设计方案。     

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。     

气相色谱-离子迁移谱联用检测毒害气体研究

离子迁移谱检测技术是现场检测毒害气体的重要方法,具有快速响应,灵敏度高等优点。现场快速的气相色谱分离结合离子迁移谱检测可以获得多维的分析信息,色谱突出的分离特点使分析的准确性大大增加。本文介绍了当前现场快速色谱与离子迁移等检测器联用的技术的优点,详细研究了相关的技术发展概况,分析了接口方法等主要影响因素,介绍了在毒害气体检测领域的应用进展。