基质辅助激光解吸电离

基质辅助激光解吸电离(MALDI)是一种质谱软电离技术,MALDI使用激光能量吸收基质以最小碎片化的方式从大分子中产生离子。它已被广泛用于测量生物大分子的分子量,例如肽、蛋白质、核酸、聚合物的分子量分布以及低聚物分析。MALDI质谱具有灵敏度高、适用范围广、操作简单的特点。它将以小分子研究为主的传统质谱技术扩展到分析高极性、不易挥发、热不稳定的样品范围。

MALDI方法分为三个步骤。首先,将样品与适当的基质材料混合并加载到金属板上。然后,使用脉冲激光照射样品,引发样品和基质材料的消融和解吸。最后,被分析物分子在消融气体的热羽流中通过质子化或去质子化而被离子化,然后被加速到质量分析仪中进行分析。

MALDI的原理

对于热敏化合物,如果将它们快速加热,就可以防止它们被热分解。MALDI技术与此原理类似:在一个很小的区域中,在很短的时间间隔(ns数量级)中,激光向目标上的分析物提供高强度脉冲能量,使其在瞬间解吸并电离,而不会产生热分解。MALDI是一种用于直接蒸发和电离非挥发性样品的质谱电离方法,但其电离机理尚不清晰。以固态形式形成离子有两种可能性,且激光辐照只是一种简单的释放或通过激光诱导的离子分子反应产生。

基质辅助激光解吸电离

基质辅助激光解吸电离

MALDI基质

基质是与要测试的样品共存并吸收入射激光以防止激光直接照射破坏样品的物质。被测样品以高稀释比(基质:样品= 10000:1)分散在基质中,基质有效地吸收一定波长的脉冲激光的能量,然后均匀地传输到样品中,使样品瞬间蒸发并离子化。另外,大量的基质有效地分散了被测样品,从而减少了被测样品分子间的相互作用。

基质的选择是MALDI分析中最重要的步骤之一。理想的基质通常具有以下特性:在所使用的激光波长下具有强电子吸收性,较好的真空稳定性,较低的蒸气压以及与固态分析物的良好混溶性。在MALDI技术中,基质对样品的分析有特殊作用:稀释样品以解离聚集的大分子;保护样品,基质吸收激光能量,然后将其转移到样品上,避免了激光对样品的直接照射和导致样品分子分解。基质的选择主要取决于所用激光的波长,其次是被分析物的性质。常用的基质有烟酸、2, 5 – 二羟基苯甲酸和介子酸。

大多数MALDI使用固态(晶体)有机基质,但是这些基质在低质量区域会产生相应的背景峰,这会干扰小分子化合物的表征。近年来,已经报道了一系列可以减少或消除基质干扰的新型基质材料,如高分子量卟啉、表面活性剂抑制基质、无机材料、碳纳米管和多孔硅。此外,在基质溶液中加入基质添加剂可以改善分析结果,并大大提高解吸的灵敏度、重现性、分辨率和信号抑制能力。

MALDI的技术特点

与电子轰击电离和化学电离等其他质谱电离技术相比,MALDI技术具有以下特点:
1. 可以电离一些难以通过其他电离技术电离的样品(尤其是生物大分子),并获得没有明显碎片的完整电离产物;
2. 具有主要的单电荷分子离子峰和简单的质谱图,适用于多组分样品的分析;
3. 对样品处理的要求不严格,甚至未经处理都可以直接分析;
4. MALDI可以与傅立叶变换离子回旋共振质谱(FTICR-MS)联用,并且其分辨率进一步提高。

MALDI的应用

MALDI是一种软电离技术,可以以最小碎片化的方式从大分子中产生离子。MALDI已被应用于生物分子、大有机分子等的分析。

多肽和蛋白质:MALDI技术被广泛用于测定肽和蛋白质的分子量和纯度,例如牛碳酸酐酶、蜂毒肽、牛胰岛素、牛胰岛素B链、短杆菌肽S、肌红蛋白、细胞色素C、胰蛋白酶原等。对于复杂的生物混合物,特别是对于含一定浓度的盐和缓冲液的样品,快速原子轰击(FAB)和电喷雾电离(ESI)分析会对肽离子信号产生抑制作用。但是使用MALDI-MS分析蛋白质水解产物不会出现这些问题。MALDI与酶促降解或化学降解结合是研究蛋白质结构和确认基因工程药物与天然成分的结构一致性的好方法。此外,MALDI技术还可用于确定蛋白质中二硫键的位置。

核苷酸:核苷酸呈极性且热不稳定,直接激光解吸容易碎裂。MALDI在核苷酸分析,特别是在寡核苷酸分析中显示出巨大的潜力。由于正常基质无法完全解吸离子化的DNA,早期分析仅限于少于50个碱基的寡核苷酸。Becker研究了低温冷冻溶液基质在DNA中的应用,并证明MALDI-MS方法可用于分析100多个碱基。

碳水化合物:MALDI已用于分析碳水化合物、糖脂和磷脂。Papac等提出使用2,5-二羟基苯甲酸(DHB)作为基质,利用反射MALDI在正离子模式下测量中性糖组分。用2,4,6 – 三羟基苯乙酮 ( THAP)为基质,用线性 MALDI在负离子模式下测定酸性糖组分。

高分子化合物:高分子化合物的摩尔质量和分布的测定在高分子材料的研究和开发中极其重。MALDI-MS测定高分子材料的摩尔质量具有以下特点:1,测量不依赖于样品或Mark-Houwink常数;2,测量的是绝对摩尔质量而不是相对摩尔质量,其准确度高于光散射和膜渗透法;3,获得摩尔质量分布,而不仅仅是平均值;可以同时提供端基的结构信息;可用于测定聚合物(如共聚物和接枝聚合物)的摩尔质量。

MALDI质谱仪具有灵敏度高、适用范围广、操作简单的特点。它将以小分子研究为主的传统质谱技术扩展到分析高极性、不易挥发、热不稳定的样品范围。

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