电喷雾电离

电喷雾电离(Electrospray ionization,ESI)是一种使用电喷雾向液体施加高电压产生气溶胶来产生用于质谱分析的离子的技术。由于生物大分子相对易碎,它们的结构在解离和电离过程中很容易被破坏。电喷雾电离则克服了这些分子在电离时碎裂的趋势。电喷雾电离与其他大气压电离过程不同,电喷雾电离可能会产生多电荷离子,这有效地扩展了分析仪的质量范围,以适应所观察到kDa-mDa的蛋白质及其相关肽的大小。

电喷雾电离原理

ESI在毛细管的出口处施加高电压,产生的高电场将从毛细管流出的液体雾化成微小的带电液滴。随着溶剂的蒸发,液滴表面的电荷强度逐渐增加,最后液滴分裂成一个或多个带电离子,从而使分析物以单电荷或多电荷的形式进入气相变成气相离子。

气相离子产生的机理有两种解释:Thomsona和lribarne提出的离子蒸发模型(IEM),以及Dole和Rllgen提出的电荷残留模型(CRM)。在这两个模型中,待分析的离子不会被外部能量激发,并且在变成气相离子的过程中不会产生碎片。

电喷雾电离的机理

电喷雾电离的机理

电喷雾电离的过程

ESI过程可以大致分为三个阶段:液滴形成、去溶剂化和气相离子形成。

1. 液滴形成。在高压电场的作用下,样品溶液从毛细管中喷出,形成带电液滴。
2. 去溶剂化。进入喷雾室的液滴被加热的干燥气体(如氮气)逆流蒸发,液滴的直径变小,表面电荷密度增加。当达到瑞利极限时,电荷之间的库仑排斥力足以抵消液滴的表面张力,使液滴裂变,产生更小的带电液滴。
3. 气相离子形成。带电液滴的大小达到纳米级,液滴中的离子变成气相离子。

电喷雾电离过程

电喷雾电离过程

电喷雾电离的优缺点

作为一种新型的软电离技术,ESI已被广泛应用于许多领域。尽管该技术弥补了一些传统质谱技术的不足,但仍存在一些不足。

ESI的优点
1. 电喷雾提供了一种相对简单的方法来电离非挥发性溶液,从而使质谱仪能够提供灵敏的直接检测。电喷雾质谱不仅可以用于无机物质的检测和分析,还可以用于有机金属离子络合物和生物大分子的分析。
2. 在电喷雾质谱中,高分子量分子通常携带多个电荷,电荷状态的分布可准确量化分子量,提供准确的分子量和结构信息。
3. 多种电离模式可供选择:正离子模式和负离子模式。
4. 可与多种色谱有效结合,用于复杂系统分析。

ESI的缺点
1. 必须根据要解决的问题仔细选择实验参数或技术条件。
2. 溶剂的选择和可使用的溶液范围是有限制的。同时,质谱仪对不同配合物的响应差异很大,这阻碍了准确的定量分析。
3. 由于溶液参数控制喷雾过程,因此即使在良好条件下离子信号也会出现波动。

ESI的应用

ESI是一种软电离技术,解决了高极性、热不稳定蛋白质的电离以及大分子有机物分子质量确定的问题。此外,与以前的质谱技术相比,ESI显著提高了分析混合物的灵敏度、准确性和复杂性,拓宽了质谱在蛋白质领域的应用。

肽和蛋白质:ESI可以将电荷输入到蛋白质溶液中,然后蒸发溶剂,最后获得带电荷的肽。ESI-MS具有分离和鉴定的功能,常用于鉴定复杂的肽混合物,如混合蛋白裂解物或SDS-PAGE凝胶上的混合蛋白条带。ESI-MS特别适用于串联质谱,因为ESI-MS可以产生多个电荷峰,而多电荷离子容易断裂,这增加了碰撞激活灵敏度。它被用于监测目标肽并获得完整的序列信息。

核苷酸:ESI的出现为寡核苷酸及其类似的结构和序列分析提供了一种强有力的方法。ESI将部分降解测试寡核苷酸的样品,并在不同的时间对其进行采样以进行质谱分析,以获得寡核苷酸部分降解的分子离子峰信号。比较两个相邻片段的分子量,可以计算出切割的核苷酸单体的分子量,并且可以通过将寡核苷酸的序列与四个脱氧核苷酸的标准分子量进行比较来读取寡核苷酸的序列。

离子的分子质量:电喷雾电离的特点是产生高电荷离子而不是碎片离子,这将质荷比(m / z)降低到大多数质谱仪都可以检测到的范围,从而大大扩大了分子量分析的范围。离子的分子质量也可以由质荷比和电荷数来计算。

ESI是一种软电离方法,可促进ESI源在质谱中的广泛使用。即使是分子量大、稳定性差的化合物,也不会在电离过程中分解。

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