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。     

数字离子阱偶极直流激励解离技术研究

本研究基于数字离子阱技术，通过改变数字方波的占空比实现加载偶极直流激励-碰撞诱导解离(DDC-CID)技术，改善碎片离子的检测效果。研究结果表明，采用DDC-CID技术可以小幅提高前体离子的碎裂效率，对于利血平分子，碎裂效率提高1.2倍，低质量碎片离子的捕获效率至少提高3倍。实际实验结果与模拟计算结果基本一致。通过观察离子阱稳定性变化图发现，由马修方程计算的离子阱特征参数q值发生改变。DDC-CID技术提高了MS/MS解离效率，获得了更高的捕获效率，可进一步提升数字离子阱质谱技术的分析性能，扩展其应用领域。     

四极离子阱阱内离子解离技术的研究进展

准确高效的离子解离技术对串联质谱分析方法具有非常重要的影响。四极离子阱可以存储离子，实现离子选择存储或逐出并进行多级质谱分析，适合各种解离技术在阱内的实施。由于生物质谱分析等研究工作对分子结构鉴定的需求，研究人员陆续开发了一系列阱内离子解离技术，推动了相关仪器与应用的发展。本文在离子阱几何结构和阱内离子运动规律的基础上，对是否依赖背景气体碰撞的两类阱内离子解离技术进行综述。其中，将依赖于背景气体碰撞的解离技术分为基于共振激发和非共振激发两类，归纳了每种解离技术的实施过程、解离特点及应用，并对各种解离技术存在的问题以及未来的研究方向进行总结。     

射频离子阱中离子囚禁的模拟和实验

根据自己研制的激光离子源射频离子阱质谱仪的构造和工作条件,采用ＳＩＭＩＯＮ（６．０）程序,模拟了离子阱各种参数和工作条件对离子囚禁的影响,模拟结果显示,在阱内充入足量（０．１３３Ｐａ）的缓冲气体（氦气）对离子的囚禁会起到重要的作用,阱内的氦气通过和离子碰撞,能有效地降低离子的动能,缩小离子在阱内的运动范围。因此,在氦气的作用下,注入阱内的离子只要达到一定的动能有效地就能被有效囚禁,初步的实验证实了     

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。     

离子阱质谱中离子轨迹算法研究

高精度数值仿真算法是研究离子阱中离子的运动特征、仿真设计与优化离子阱质谱仪器的关键。本研究探讨了2种基于四阶、五阶龙格-库塔算法的数值方法,求解离子在离子阱内的运动方程--Mathieu方程。通过Matlab编程进行离子轨迹仿真实验,计算精度、初值、时间步长等因素对计算结果的影响。结果表明,五阶龙格-库塔算法可以满足离子阱的仿真要求,能实现高精度离子轨迹计算。     

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。     

离子阱质谱分析仪在研究气态配位化合物形成及配位平衡方面的应用

本研究利用离子阱质谱仪的碰撞诱导解离技术（collision-induced dissociation）和气态离子-分子反应（ion-molecule reaction）技术研究气态配位化合物的配位键形成,解离以及再平衡过程。实验发现,气相中配位化合物在被外来能量打断配位键后,可以捕获其它分子形成新的配位化合物,从而达到新的络合稳定平衡,并提出化学气相系统中配位新平衡的建立是基于金属配合物的热力学稳定性。实验结果表明,可以通过改变离子阱质谱仪的碰撞诱导解离过程中激发时间,研究配位化合物的热力学稳定性。     

离子阱颗粒物质谱

离子阱颗粒质谱装置结合了激光诱导声波脱附离子化方法、四极离子阱或圆柱型离子阱质量分析器及电荷感应探测器,能够对微米量级的颗粒进行快速质量分析。目前已成功地测定了聚苯乙烯球、色谱填料、红细胞等颗粒。本文综述了离子阱颗粒质谱仪的构造、工作原理及最近的研究成果,并对颗粒质谱仪的未来提出了展望。     

小型质谱双线形离子阱间离子传输

多级质谱串联在各个领域都有广泛应用。双线形离子阱的小型质谱可以实现类似传统三重四极杆质谱仪的串联质谱分析功能,而在此过程中,双阱间的离子传输为重要的仪器功能。在已发表的双线形离子阱工作中,对阱间离子传输,尤其是质量选择性传输鲜有系统的研究。本工作研究了离子阱q值、阱内气压、辅助性交流电（AC）的强度、辅助性AC的作用时长等因素对传输的目标离子强度的影响,优化了离子传输条件,如q1=q2=0.3,阱内气压为0.37 Pa,AC强度为350 mV,离子传输时长大于10 ms等。该结果对小型质谱双线形离子阱的自主研发和提升阱间离子传输效率具有指导作用。     

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。     

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。     

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。     

Simulation of low-vacuum cylindrical ion trap mass spectrometry

Low-vacuum mass spectrometry (MS) is desirable because it reduces the size, weight, cost, and power of the instruments. A method was developed that uses Langevin collision theory to simulate the trajectory of ions in a low-vacuum environment. A low-vacuum simulation platform of cylindrical ion trap MS was then built in COMSOL Multiphysics based on this method. In comparison with the traditional damping force model, this approach described the motion of ions more accurately. The sensitivity and resolution of the instrument were simulated under different operating modes. The adoption of a small mass background gas, a higher frequency for the radio frequency voltage, a smaller ion trap size and a higher temperature allowed mass analysis to be conducted under low vacuum. In addition, the results were applied to experiment measurements, and excellent mass spectra of organic compounds were obtained up to a maximum pressure of 2?Pa, showing the effectiveness of the results obtained from the simulation.     

新型电子电离源线型离子阱-飞行时间杂化串联质谱研究进展

本研究介绍了一种新型电子电离源线型离子阱-飞行时间杂化串联质谱仪,该仪器结合了线型离子阱质谱和飞行时间质谱的优点,具有较强的定性分析能力。选用全氟三丁胺(PFTBA)、四氯化碳和丙酮为测试样品对开发的仪器样机进行性能测试,包括对PFTBA碎片离子的离子分离（ISO）和碰撞诱导解离（CID）实验,以及样品同位素离子间的分离实验。测试结果表明,该仪器基本实现了离子碎裂、离子储存和串联质谱分析等功能,能够进行高精度母离子选择。本研究所开发的EI LIT-TOF质谱,在易挥发类有机化合物的结构和化学性质等研究中具有特殊的应用前景。     

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。