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高效液相色谱检测器——-高分辨飞行时间质谱仪的研制

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  世界上第一台质谱仪于1910年由英国物理学家J. J. Thomson(1906年诺贝尔物理学奖获得者)研制成功,当时的质谱只是一种没有进行聚焦的抛物线质谱装置。随着离子光学理论的发展和完善,通过对离子运动规律的理论研究,发现适当的电场和磁场组合具有方向和速度聚焦的特性,于是质谱仪的质量分辨能力有了很大程度上的提高。到20世纪20年代,质谱逐渐成为一种分析手段被化学家采用。从40年代开始,质谱广泛应用于有机物质分析,有机质谱提供了有机化合物最直观的特征信息,即分子质量及官能团碎片结构信息,而且可以获知其元素组成,因此逐渐成为有机化合物结构和成分分析的主要工具,与核磁共振谱、红外光谱、紫外光谱一起被称为有机结构分析的“四大谱”。到了80年代左右,随着快原子轰击(FAB)、电喷雾(ESI)和基质辅助激光解析(MALDI)等新软电离技术的出现,质谱能用于分析高极性、难挥发和热不稳定样品后,生物质谱飞速发展[1],有关生物质谱的国际会议频频举行,已成为现代科学前沿的热点之一。最近,在对生物大分子及其复合物的非共价结构研究方面也取得了很大进展。2002年的诺贝尔化学奖授予了两位质谱研究人员,美国科学家J. B. Fenn(ESI2MS)和日本科学家K. Tanaka(MALDI2MS),以表彰他们在生物质谱领域中里程碑的贡献,ESI2MS和MALDI2MS技术的成熟极大的扩展了质谱在化学和生物领域的应用。

  众所周知,后基因组学时代的蛋白质组学已是21世纪国际生命科学研究的前沿领域,也是分析化学研究领域的最前沿[2],利用蛋白质组学可以分离和分析细胞与组织的全部蛋白,直接找到一组或几组功能蛋白,并研究它们与功能基因(组)的内在联系。现在生物质谱是蛋白质组学技术平台的最重要组成部分之一[3],利用生物质谱可测定生物大分子结构、鉴定组成及进行痕量分析,还可以测定非共价键作用。目前用于生物质谱分析的主要有四极杆式质谱(Q2MS)、离子阱质谱(IT2MS)、飞行时间质谱(TOF2MS)和傅立叶变换离子回旋共振质谱(FTICR2MS)。近年来,随着国际上对生物化学、基因蛋白质工程和生物制药等领域的不断深入,作为在该领域中重要的分析研究工具,飞行时间质谱仪(TOF2MS)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,尤其是近几年来TOF2MS在分辨率上有质的飞跃(优于104)等众多优点,而逐渐成为质谱仪家族中发展势头最为迅猛的仪器[426]。然而,大多数的高分辨率质谱仪的核心技术都被垄断在少数几个发达国家的厂商手中,国内在高分辨质谱领域特别是作为高效液相色谱的质谱检测器领域进展缓慢。

  目前,商品化LC/TOF2MS几乎完全由国外厂商垄断,主要生产商包括美国应用生物系统公司(Applied Biosys2tems Corp.)、德国布鲁克·道尔顿公司(BrukerDaltonics, Inc.)和美国安捷伦公司(AgilentTechnologies)。Applied Biosystems公司生产的最新Qstar XL串联四极杆飞行时间质谱仪,分辨率可超过10 000,精度好于5×10-6。国家每年要花费巨额外汇去购买国外厂商昂贵的质谱仪,因此,研制出具有我国自主知识产权、适合我国国情的高分辨率飞行时间质谱仪,以满足我国日益增长的科研工作的需要,提高我国质谱仪器研制和应用的水平,具有明显的经济和社会意义[7]。

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