高分辨电喷雾离子源三级四极杆-飞行时间质谱仪的研制

　　1　引　　言

　　众所周知,蛋白质组学是国际生命科学研究的前沿[1],它已成为分析化学研究领域的最前沿研究热点[2],而生物质谱,是蛋白质组学首选的方法学之一[3]。近年来,由于基体辅助激光解吸离子源(MALDI源)和电喷雾离子源(ESI源)的成熟,ESI-MS和MALDI-MS已成为分析和检测生物大分子最主要的手段之一。对于生物质谱仪而言,它比一般无机、有机质谱要求更大的质量分析上限(>3kDa)、更高的分辨率、灵敏度和质量分析精度。目前用于生物质谱分析的主要有四极杆式质谱(Q-MS)、离子阱质谱(IT-MS)、飞行时间质谱(TOF-MS)和付里叶变换离子回旋共振质谱(FTICR-MS)。飞行时间质谱仪(TOFMS)以它微秒级的快速检测速度、高离子传输率、高灵敏度和精度,以及理论上无质量检测上限等众多优点,再加上近几年来TOFMS的分辨率又有了长足进步(优于104),使得ESI/MALDI-TOFMS成为生物质谱最佳的分析手段之一[4]。由于ESI-TOFMS的重要性,这里通过国际合作的方式,研制了一台高分辨率、高精度的电喷雾离子源三级四极杆-飞行时间质谱仪。

　　2　仪器原理与结构

　　TOFMS在质量范围的原理上的优势已众所周知,但如何提高仪器的分辨率一直是该仪器发展的焦点。最前沿的研究集中在如何使离子在进入调制区时能量降至最低,以及如何实现空间聚焦。解决前者的有效途径是采用离子冷却技术,而解决后者的较好方式是设计与制作以均匀场为指导的无场飞行区和反射器。

　　图1是采用电喷雾离子源的垂直引入式、有网双场反射式的三级四极杆飞行时间质谱仪(ESI-QQQ-TOFMS)的结构示意图。仪器采用三级差动真空系统,两台450L/s抽速的分子泵(型号F450,浙江大学机械厂)保证了分析器内的最佳真空度优于1×10-7Torr,离子调制区的真空度亦可控制在10-5Torr。调节狭缝既可以控制离子的入射宽度,还可以起到类似真空阀门的作用,关闭分析器与离子调制区之间的真空连接。

　　这样系统可以在不关闭分析器的情况下,更换离子源和离子调制与传输系统。这里研制的电喷雾质谱仪从结构上可以分为三大部分:电喷雾离子源(ESI)、离子调制与传输部分和飞行时间分析器。

　　2.1　电喷雾离子源(ESI)

　　电喷雾离子源是一种软电离源,能使大质量的有机分子生成带多电荷的离子,已有不少理论解释,在这不再赘述[5,6]。本工作中使用的是自制的ESI源,结构上非常简单。根据样品的浓度和样品电喷雾的效率,可以选用1～10μl的微量注射器进样。具体做法是:先用一根内径约0.5mm的聚四氟乙烯管与微量注射器相连,然后与一小段不锈钢毛细管相接,再通过一段10mm左右长的相同聚四氟乙烯管与内径50μm、外径0.5mm的石英毛细管连在一起。电喷雾高压加在不锈钢毛细管上,并使用一个可调速的平流泵控制进样的速度。进样速度可以在0.1～1μl/min之间选择。在低流量时,也可以不用平流泵,只需将聚四氟乙烯管竖起,依靠溶液的本身重力来维持电喷雾。气帘距离电喷雾石英毛细管0.5～1mm。