日本电子JMS-S3000的开发——具有螺旋状离子轨道的MALDI-TOF/TOF-MS

　　飞行时间质谱(TOFMS)是众多离子质量分析技术中的一种质谱，如四极杆质谱、磁质谱、离子阱质谱、傅立叶变换质谱等。TOFMS 的工作原理是离子加速部的各种质荷比(m/z)的离子群经脉冲电压加速使其飞行一定距离到达检测器，离子到达检测器的时间与其质荷比的平方根成正比，所以这些离子依质荷比由小到大顺序依次到达检测器。快速测定是它的特长之一。现在的 TOFMS 不仅单 TOF、Q/TOF 和 TOF /TOF 也已经很普及了。

　　TOFMS 的 质 量 分 辨 率 以 T/2ΔT 来 定 义，其中△ T 为相同质荷比的离子群在检测器的飞行时间

　　分布，T 为飞行时间分布的重心值。[1]从 1964 年发明 TOFMS 以来，试图通过增大 T，减小 ΔT 来提高质量分辨率。1955 年开发了一种独特的加速技术，就是在飞行方向上将离子群初期空间和能量分布聚焦在检测器的表面。这种技术的应用使得质量分辨率随 ΔT 的减小而增大[2]。早在 1970 年初，开发出一种以加速聚焦位置为起点，由离子镜[3]或扇形电场[4]组成的离子光学系统配在后端的方法。这种方法可以不增大 ΔT，而是增大飞行时间 T 来提高质量分辨率。现在，商业 TOFMS 几乎都是采用飞行距离 1 ～ 3 米的离子镜(反射型离子光学系统)。为了提高质量分辨率，科学家们建议制作评价在一定轨道上多次飞行的 multireflect(多重反射型)[5]和multiturn(多重盘旋型)[6，7]的离子光学系统。这两种离子光学系统理论上在小巧的空间里可以得到无限长的飞行距离并能提高质量分辨率，然而质量范围会受到限制。因为当离子在同一轨道上多次飞行时，速度大的离子(质荷比小的离子)赶超速度小的离子(质荷比大的离子)。

　　日本电子独自开发出具有螺旋轨道的离子光学系统(螺旋轨道型离子光学系统)。它不仅解决了 multireflect(多重反射型)和 multiturn(多重盘旋型)离子光学系统的赶超(lap)问题，而且与现在主流的反射型离子光学系统相比实现了高质量分辨率和高质量精度。这篇文章介绍螺旋轨道型离子光学系统的设计，以及采用此光学系统的 JMS-S3000MALDI-TOF/ TOF MS 的 原 理 和 基 本 性 能。MALDI-TOF/ TOF 系 统 由 采 用 螺 旋 轨 道 型 离 子光学系统的第 1TOF MS 和采用偏置式抛物线反射的反射式离子光学系统的第 2TOF MS 组成。由于第 1TOF MS 的螺旋轨道型离子光学系统，使得JMS-S3000 MALDI-TOF/ TOF MS 具 有 高 质量分辨率，高质量精度和高母离子选择性，谱图解析变得更加简单明确。

　　1　螺旋轨道型离子光学系统的设计

　　螺 旋 轨 道 型 离 子 光 学 系 统 的 开 发 采 用 了multiturn(多重盘旋型)离子光学系统技术，特别是大阪大学发明的“perfect focusing”( 完美聚焦)与 multiturn(多重盘旋型)[12]技术的组合，实现了 TOF MS 的世界最高质量分辨率，而且也被认为是最适合应用在螺旋轨道型离子光学系统。为了将multiturn(多重盘旋型)技术应用到螺旋轨道型离子光学系统，有必要让离子轨道在盘旋轨道面和垂直方向上移动。对于盘旋轨道面我们设计让离子稍微倾斜入射的方法。这个方法的最大优点是在各层移动离子轨道时不需要任何媒介物，缺点是可能会降低质量分辨率，如果倾斜入射的角度非常小，那么这种影响可以忽略。