临床实验室中的质谱分析和质谱仪..doc

临床实验室中的质谱分析和质谱仪? 整整100年（1912）以前，英国科学家Thomson（Joseph John Thomson）凭借对不同质量成分进行分离的方法证明了氖气是由两种同位素构成的，这是首次提出了质谱（质量谱）的概念，同时也是首次实验证明了稳定同位素存在。在此后的100年中质谱分析及执行质谱分析的质谱仪有了划时代的的发展，从一项只有在资深科学家实验室中才可能掌握的技术逐渐演变成了可以广泛使用的分析技术。在100年的进程中，项技术的重要性日益显现，也因此有6位科学家先后由于对质谱分析的突出贡献而荣获诺贝尔奖。????? 色谱与质谱的联用在质谱分析的发展中具有重要的意义。首先是从1968年开始气相色谱与质谱的联用（GC-MS）革命性地改变了对挥发性化合物的分析的水平，到了上世纪80年代高效液相色谱与质谱联用的实现，又促成了对非挥发性化合物分析水平的重大进步，从而实现了另一次飞跃。随之而来的技术的发展也使早年主要用于小分子量化合物分析的质谱演变成可对极大分子量的生物大分子进行分析，本世纪初已有报道显示了对完整病毒颗粒的质谱分析（分子量约40.5MDa）。此外，在质谱的分辨率、准确度、灵敏度方面也完成了数个数量级的提高。????? 半个多世纪以前，质谱开始被应用于有机化学，并逐渐成为有机分析中最重要的手段之一。在医药领域中，最先用上质谱的是与有机化学密切相关的药物化学，成为在药物分析、药物代谢等方面的研究中必不可少的武器，但是这还并不是装备在以直接服务于临床、以常规分析为主的临床实验室中。最早进入临床实验室的质谱仪是GC-MS，在上世纪80年代初GC-MS开始被引入临床实验室，主要用于分析尿液中的代谢物以监测新生儿先天性代谢异常。大约20多年后，更为实用、高效、应用更为广泛的液相色谱串联质谱（HPLC-MS/MS）进入了临床实验室，成为临床实验室发展的潮流及日益重要的装备。另外，电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）对体液中痕量元素的测定、最近发展起来的用于病原微生物检定的基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF）等也开始愈来愈多的出现在临床实验室。一、?质谱分析的工作原理 ????? 质谱的工作原理是令带电的颗粒通过磁场，使得具有不同质荷比（m/z）的成分得到分离，从而实现对靶标分子的测定。因此分析的第一步必然是需将待分析的化合物（M）转变成气相的离子，有多种方法可完成这一转变，下面的反应式是以电子电离的法为例：M? + e? → M?+ + 2e?????? 上式中M表示待分析的化合物，它在电子的作用下形成活化态的阳离子（M?+），M?+也可以进一步在化学键处断裂形成碎片，随后将这一系列转变中形成的产物按照其质荷比加以分离并将测定结果显示出来，这就是质谱图，分析结果也可以用列表的形式表现。下图及列表就以一个简单化合物--甲醇为例，说明质谱分析的原理。 ????? 图一中（或表列中）显示了一系列不同质荷比的谱峰，这其中有两个谱峰更为重要。一个是基础峰（Base peak），也即谱图中最高的峰，在甲醇的例子中是m/z为31的峰，相应为CH3O+的片段，因为峰高代表了每个成分的的浓度，这个最高的谱峰就设定为100%，其他的峰都表示为与它相比的百分数，如此就可以得到了各个成分的相对丰度。另一个重要的峰是分子离子峰（molecular ion peak），即甲醇分子电离后未被进一步打碎的成分所形成的谱峰,在此图中为m/z等于32的谱峰，相应为[CH3OH-]?+ 。其它的谱峰代表了不同化学键断裂的结果，如m/z为15的谱峰表示了CH3的存在。由于同位素的存在，在分析结果中还有m/z为33谱峰，它的出现是由于C13同位素的存在。 二、?质谱仪?????? 进行质谱分析的仪器称作质谱仪。通过上述对质谱分离原理的了解，可以知道质谱仪虽然有许多不同的设计，但都是由实现如下基本功能的结构组成： ????? 1.?将样品分子生成离子（离子源）；????? 2.?按照m/z的大小对离子进行分离（质量分析器）；????? 3.?对选定的离子进行破碎并在下一个质量分析器重再进行分析（串联质谱具有的功能）；????? 4.?将分离后的离子转变成电信号并测量其丰度（检测器）；????? 5.?处理信号、显示结果、控制仪器（电脑）。 离子源：????? 多种离子化技术可被使用在质谱仪中，针对被分析物的性质和考虑到离子化过程中内部能量的传递可选择不同的离子化技术。例如电子电离、化学电离、场电离仅适用于易挥发、热稳定的化合物；对于热不稳定及不易挥发的化合物就需要能直接将这些化合物提取到气态的方法。这种直接的离子源有两类：液相离子源和固相离子源。在液相离子源中被分析物是处于溶液中，需将溶液雾化并在大气压中中形成离子，然后在