飞行时间质谱（精选）.doc

飞行时间质谱技术及发展
前言:质谱分析是现代物理与化学领域使用的极为重要的工具。目前日益广泛的应用于原子能,石油以及化工,电子,医药等工业生产部门,农业科学研究部门及物理电子与粒子物理,地质学,有机,生物,无机,临床化学,考古,环境监测,空间探索等领域[1]。飞行时间质谱飞行时间质谱仪较其他质谱仪具有灵敏度好、分辨率高、分析速度快、质量检测上限只受离子检测器限制等优点,再配合电喷雾离子源基体辅助激光解析离子源[2]大气压化学电离源等离子源,使之成为当今最有发展前景的质谱仪。飞行时间质谱已用于研究许多国际最前沿的热点问题,是基因及基因组学、蛋白质及蛋白质组学、生物化学、医药学以及病毒学等领域中不可替代的有力工具,例如肽和蛋白分析、细菌分析、药物的裂解研究以及病毒检测。特别是在大通量、分析速度要求快的生物大分子分析中,飞行时间质谱成为唯一可以实现的分析手段,例如与激光离子源联用或作为二维气相色谱的检测器等。本文将介绍飞行时间质谱的基本原理、技术及仪器的发展历程。力求对该仪器技术有一个较清楚的认识,并对今后相关的研究工作提供建设性帮助。
:TOF-MS分析方法的原理非常简单。这种质谱仪的质量分析器是一个离子漂移管。样品在离子源中离子化后即被电场加速,由离子源产生的离子加速后进入无场漂移管,并以恒定速度飞向离子接收器,假设离子在电场方向上初始位移和初速度都为零,所带电荷数为q,质量数为m, 加速电场的电势差为V, 则加速后其动能应为:
m v2 / 2= qe V
其中,v 为离子在电场方向上的速度。
离子以此速度穿过负极板上的栅条,飞向检测器。离子从负极板到达检测器的飞行时间t,就是TOFMS 进行质量分析的判据。在传统的线性TOFMS,离子沿直线飞行到达检测器;而在反射型TOFMS 中,离子经过多电极组成的反射器后反向飞行到达检测器,后者在分辨率方面优于前者。
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由于存在初始能量分散的问题,提高飞行时间质谱分辨率一直是研究者和仪器制造上努力的目标。仪器技术的进展也主要围绕这一目标进行。
:最初TOFMS采用电子轰击的方法进行离子化。由电子枪产生的电子电离样品分子使其离解为离子,经加速形成离子束进入飞行区。这种方法可用于气、固、液体样品的分析。其缺点是:1)离子化时间较长,和一般离子的飞行时间数量级相近,容易引起大的误差;2)电子的电离及其进样方式,难以进行大分子样品的分析。目前这种离子化方式多用于小分子的分析。而新的电子发生方式如激光电子枪开始出现。后来脉冲离子发生器应用逐步广泛。用于固体或液体样品的重离子轰击、等离子体解吸(PDMS)及二次离子质谱(SIMS)属于此列。目前脉冲激光技术应用最广,包括激光解吸(LD)、共振激光离子化(RI)、共振加强单多光子离子化(RES/MPI)以及生化分析中常用的基质辅助激光解吸[4] (MALDI))等,适用于不同样品的分析。例如共振激光离子化可用于痕量金属元素的分析[3]。REMPI 则擅长复杂有机物的选择性离子化;MALDI的优点在于:1)可获得高的灵敏度,甚至能检测到离子化区的几个原子;2)对于热不稳定的生物大分子可实现无碎片离子化;3)对固体、液体表面分析,可以很好地控制离子化的位置或深度样品,分析时间大大缩短; 4)