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蛋白质组学中常用质谱仪汇总(一)

随着质谱技术的革新,产生了一系列高灵敏度和多用途的质谱仪器,可广泛应用于高通量、高灵敏度的蛋白质组学分析。商业上用于蛋白质组学质谱分析的仪器琳琅满目,如何选择仪器也让许多人感到头疼。一般来说,仪器的选择主要取决于研究主题和用于蛋白质鉴定的蛋白质组学策略。本文对蛋白质组学实验室中常用的仪器以及仪器选择前应考虑的技术标准做了汇总。目前,常见的用于在质谱分析中分离离子的质谱仪有六种:四极质谱仪、飞行时间质谱仪、扇形磁质谱仪、静电质谱仪、四极离子阱质谱仪、离子回旋共振。

四极质谱仪

直流偏压会导致所有带电分子加速并偏离中心线,速度与它们的电荷质量成正比。如果航向偏离太远,它们会撞到金属棒或容器的侧面并被吸收。因此,直流偏压的作用类似于质量规范的磁场B,并且可以调整到特定的电荷质量比,从而击中探测器。

图注:四极管示意图
图注:四极管示意图

在90度方向和90度相移 (phase shift) 的两个正弦电场会导致电场随时间呈圆形振荡。因此,当带电粒子向下飞向探测器时,它们将以螺旋状运动,螺旋的直径由分子的电荷质量比和电场的频率以及强度决定。直流偏压和圆旋转电场的共同作用使电荷粒子以螺旋状弯曲运动。因此,通过校准弯曲螺旋的峰值的时间与探测器在四极杆末端的位置一致,使得分子电荷质量比有很多选择性。

飞行时间质谱仪

TOF分析仪不使用电场或磁场,而按时间分离离子。简单来说,TOF与色谱法相似,只是没有固定相/流动相,而是根据离子的动能和速度进行分离的。相同电荷的离子具有相等的动能;飞行管中离子的动能等于离开离子源时离子的动能,即:

公式(1)
公式(1)

飞行时间,或离子通过飞行管所需的时间为:

公式(2)
公式(2)

• L=管子长度

• v=管子速度

用方程式1代替方程式2中的动能作为飞行时间:

公式(3)
公式(3)

在分析过程中,L管长、离子源电压V保持不变,可以说飞行时间与质量电荷比的根成正比。

然而,在质量较高的情况下,由于飞行时间较长,很难达到所需的分辨率。同样,在高质量时,并非所有m/z值相同的离子都能达到理想的飞行时间速度。为了解决这个问题,通常会在分析仪中添加一个反射管。反射管由一系列置于飞行管末端的极高压环形电极组成。当一个离子进入反射管时,由于高压,它会被反方向反射。

一个反射。图片来源:维基百科
一个反射。图片来源:维基百科

反射管通过缩小单个m/z值的飞行时间宽带范围来提高分辨率。更快的离子进一步进入反射镜,而较慢的离子进入反射管的次数更少。这样,m/z值相同的慢离子和快离子同时到达探测器,而不是在不同的时间到达探测器,从而缩小了输出信号的带宽。

反射管图。
反射管图。附在反射管(左)上的离子镜(右)。施加在一堆金属板上的电压产生电场,将离子反射回飞行管。在这种特殊的设计中,反射镜电极之间的间隙过大,这可能会导致镜面内的场发生畸变(由于真空管的金属表面接近而引起的)。图片来源:维基百科

本文由百泰派克生物科技整理编辑。

百泰派克生物科技专注于蛋白质理化性质分析及结构解析、以质谱技术为基础的蛋白质组学代谢组学技术,致力于建立国际领先的蛋白质研究分析技术平台,为各科研院所和大学提供高效、准确、性价比高的蛋白质(组)研究技术。

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