發明人解密：Nobel獲獎技術ESI和AxION新質譜

　　　　——PerkinElmer質譜資深科學家沈世達博士訪談

　　【導語】如果您關注LC/MS，一定會熟悉ESI（電噴霧）這個詞匯，不僅由于 ESI發明者John Fenn教授獲了Nobel獎，還因為當今世界上幾乎每臺LC/MS都在使用它。可您真的了解ESI么？了解在ESI以后衍生發展的各種離子化技術么？

　　為什么PerkinElmer要收購AoB公司？AxION為什么還沒推出就已經接了80多臺的訂單？

　　最好的機會，莫過于聽世界上第一臺商品化ESI源的發明人、John Fenn教授在耶魯大學的關門弟子、原AoB公司的沈世達博士本人為我們解密。隨著AoB被收購，沈博士也成為PerkinElmer公司LC/MS研發團隊的項目領導人。BCEIA期間，我們有幸采訪到沈博士，他不僅為我們詳解LC/MS離子源的變遷和發展，還介紹了他本人帶領的團隊向業界奉獻的力作AxION 2 TOF MS、及DSA直接分析離子源，希望對所有關注LC/MS技術的讀者們有幫助……

　　

世界上第一個商品化ESI源的發明人、諾貝爾獎獲得者John Fenn的關門弟子、美國華人質譜協會董事會副主席、PerkinElmer質譜研發中心項目領導人沈世達博士

　　歷史簡要回顧

　　AoB/PerkinElmer/沈世達博士 和 LC/MS

　　在采訪前的報告中，沈博士對AoB公司、PerkinElmer公司的質譜研發團隊、以及他本人都有簡短的介紹。

　　PerkinElmer公司1963年生產了第一臺商用的GC/MS，慢慢發展成為今日的Claurs 600 GC/MS。在LC/MS上，PerkinElmer最早于1988年和Sciex成立合資公司生產LC/MS和ICP-MS，雖然兩者都取得巨大的商業成功，但ICP-MS這部分屬于今日的PerkinElmer，而LC/MS的那支花落今日的AB SCIEX公司。

　　AoB（Analytica of Branford）公司由John B. Fenn教授和其學生Craig Whitehouse于1987年創建，AoB在MS領域開發了超過65項專利技術，包括離子源技術、離子傳輸技術、ESI-TOF聯用技術等，擁有ESI和多分子電荷等技術的獨家知識產權。1987年AoB就開始成為Finnigan、Agilent、Bruker、JEOL、IonSpec、Extrel等多家公司的OEM（設計制造）ESI離子源。1991年AoB開發最早的ESI-TOF MS （時間飛行質譜型號為Corsair），并成功地用于半導體行業。AoB高端的ESI-TOF MS（AxION）最早見于2009年的介紹，成功地用于鑒定如病毒、細菌等微生物/病原體，已被雅培（Abbott）訂購80余套，雅培將脫鹽富集系統、數據處理軟件和AxION集成為Plex-ID系統并已在全球安裝70余套。另一類型四極質譜Flexar SQ 300 LC/MS系統，已和美國一家主要的自動化設備公司合資開發LC/MS的應用。

　　談到自己，沈世達博士說：“我在質譜領域雖已做了20多年，但還是每天要學習要創新才能趕上質譜技術的飛快發展。回顧歷史唯一值得慶幸的是自己趕上了好時機，質譜技術大發展的好時機，榮幸地成為世界上第一個商品化電噴霧源的制造者, 也是第一個在實驗室里把LC和MS聯機并實現LC/MS on line的科研工作者。

　　John Fenn獲得Nobel獎 和AoB公司

　　沈博士回顧了John Fenn先生獲Nobel獎的歷史。

　　1980年，耶魯大學的John Fenn教授開始研究 ESI源， 22年后，John Fenn獲得了2002年Nobel化學獎。但早在60年代初，美國西北大學的Malcolm Dole教授做了完全同樣的工作，他隨后發表了文章及實驗數據，但最后卻否定了自己。他說：也不知道什么原因，我放進去的東西和后面測定出來的結果對不起來，而且毫無規律。因此Dole認為：這個方法雖然可行，但沒有實用價值。說到此，沈博士調侃地說：“實際上Dole應該拿Nobel獎，而不是我的導師John Fenn。”

　　“但Dole有一個失誤，這個失誤被我的教授John Fenn發現了。1980年，他選了一個日本去的一個博士后Gado Yamashita，跟他講Dole的工作有什么問題。事實上，當時John Fenn在質譜界沒有名，但在稀薄氣體動力學界及molecular beam很有名。而電噴霧有一個很重要的過程叫Free jet expansion（自由射流膨脹），即從大氣壓跑到真空里的一個物理過程。這其中，很重要的是需要考慮氣體分子的冷凝Condensation，而Dole沒有考慮，溶劑又回到溶質上、并且數量上跟著實驗條件隨機變化，所以他得到的結果是沒有規律的。John Fenn提出了反吹干燥氣體CCDG（Counter current drying gas）防止氣化溶劑再冷凝，有效地解決了這個難題。”

　　“1987年，John Fenn成立了AoB公司。這家公司不大，人最多時僅有40~50人，但所有做質譜的都知道這家公司。AoB當時主要做OEM：全世界的ESI有90％都跟我們有關——不是我們制作的，就是申請我們的專利而制作的。”

　　“我們在90年代開始發展自己的質譜，當時公司高層共同決策認為‘我們不能靠ESI吃一輩子。’我們在ESI上很強，但質譜上人家不見得信得過，可是良好的財政保證我們可以做質譜順利實現產品轉型。我們從90年代開始，放慢做、細致地做，爭取每一個環節上都有改進或創新因此LC-MS中我們擁有很多專利。90年代中期我們的Corsair用在半導體芯片制造業獲得成功；后來又做高端的TOF，已被雅培買了80多臺。今年ASMS發布后，散戶也賣了十幾臺。”

 

　　ESI技術為什么能獲得Nobel獎？

　　離子源在質譜中的作用：必要條件 最關鍵的部件

　　首先，沈博士談到離子源在質譜中的作用。

　　當今質譜按分析器分雖有6大類（四極桿、磁質譜、離子阱、飛行時間、FT-ICR MS、Orbitrap），但所有的質譜儀只對離子發生作用。所有樣品要檢測，第一步就是要離子化，這是必要條件；然后離子經過分析器（上述6種分析器之一或其組合），按照不同的物理方法分離開；最后到檢測系統并經數據處理系統獲得結果。所以離子源在質譜三大組成部分中是最關鍵的部件——離子源的重要性不言而喻。

　　John Fenn的貢獻 和 電噴霧原理

　　關于ESI的基本原理，沈博士在采訪前的發布會上剛剛介紹過。

　　

　　電噴霧離子化過程

　　在幾千伏高壓電源的作用下，液體溶液從噴口噴出并霧化，由于電場作用，霧化的液體帶電，這種帶電液滴在飛行過程中，干燥氣體作用下，溶劑不斷被蒸發，液滴體積逐漸變小，電荷數量不變，在體積縮小到一定程度，電荷密度太大，靜電排斥力大于表面張力，液滴就發生爆炸了，這個過程繼續進行下去，最后就解析出離子進入質譜的真空區。整個過程很快，只有幾個微秒（μs）。

　　ESI為什么重要？沈博士具體談到以下幾點：

　　（1）ESI是“軟”電離。傳統的方法是用高能電子或原子直接轟擊分子的“硬”電離，分子會被打碎，分析的不是物質的原來的東西。而從ESI的原理可知，液滴里面有樣品和電荷，溶劑揮發，最后只剩下分析物質和電荷。ESI“軟“電離保證：你要測的樣品是什么，你測出來就是什么。

　　（2）第二點關鍵技術是ESI可產生多電荷。

　　質譜儀測定的是質荷比m/z，同樣是得到m/z=100，但如其分別帶1個電荷、10個電荷、100個電荷，那么實際測的分子量就是100、1,000、10,000。80年代時最先進的質譜，分子量m/z范圍最寬為1000-2000，沒人可以測到上萬的大分子。而利用電噴霧原理，使分子帶上多電荷，拓寬了質譜儀可測定的分子量范圍，現在最高可到幾億道爾頓。

　　說到此處，沈博士興奮地談到當年的趣事，“發明ESI后，利用多電荷測定大分子量的記錄不斷被打破。我們在耶魯用一種PEG做到500萬道爾頓時，John Fenn很激動，還專門申請了專利，。可Dick Smith不到2個月，就做到了1,500萬，后來又有人做到2500萬……”

　　在這里，筆者還追問了TOF可測定的分子量范圍。沈博士說：“理論上TOF是沒有m/z上限限制的，離子進入TOF后飛行的時間越長，可測的分子量就越大。實際卻沒有這么高，因為太長時間后，靈敏度降低、測不到了。真正的限制不是源于TOF分析器，而是由檢測器系統引起的，因為檢測的原理是離子打到檢測器上引起二次電子發射，它要求離子的動量足夠大。我們可以加更高電壓來給離子很大動能（1/2 mv2），但因離子速度太低、動量（mv）很小，打到檢測器上撞不出電子了。不過電壓若加得太高也不行，里面可能要放電。所以，一般TOF設計到10,000－20,000 m/z就足夠了。”

　　ESI的貢獻還有（3）是一種靈敏度極高的電離源，（4） 與LC能直接聯機和（5）為生命科學帶來革命。

　　ESI使人類首次可以完整無損地測定蛋白質大分子；可進而測定大分子的結構、序列、變異并建立蛋白質分子數據庫；對人類自身認識新陳代謝、疾病起源等起到一個革命性的變化；并導致一門嶄新的學科——蛋白組學的誕生和發展。

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　　發明人正解：Flexar SQ 300和AxION 2 TOF MS

　　TOF質譜在OEM時就很成功：先后用于半導體行業、和病毒細菌快速檢測

　　前文已述，AoB從90年代開始做ESI-TOF MS，第一代產品是Corsair。當時OEM給一家半導體公司，它裝到半導體生產線上做樣品檢測，很快獲得了成功。現代的集成芯片大都是在反應鍋里做的，溶劑的純度要很高才能得到高的產率。如果純度達不到要求時，就要報廢掉這一鍋，這一鍋的價值就是上百萬美元。傳統的做法是每一天把溶劑倒掉1/3，加1/3或者用幾天后全部倒掉換新的。選擇Corsair的那家公司很聰明，提供一個質譜解決方案，隨時檢測其中的雜質，這套方案很成功、賣得也不錯。

　　后來，Abbott那套Plex-ID更為成功。它主要能快速檢測變異的病毒，首先在美國軍方得到了很大支持。Plex-ID前端是一套脫鹽裝置，主要的檢測儀器就是AxION TOF MS；他們的口號是：以最快的速度對流行性的病毒或細菌進行診斷。2009年，“豬流感”（后被WHO稱為A/H1N1流感）事件中，Plex-ID最早對這種變異的病毒成功測序。

　　Flexar SQ 300和AxION 2TOF-MS的特點

　　在筆者問到“PerkinElmer推出的兩種LC/MS有何特點”時，沈博士馬上打開了話匣子，逐一介紹。

　　1、兩種質譜上都采用的離子源技術

　　這其中又有幾項專利設計。

　　（1）采用反吹干燥氣CCDG（Counter current drying gas）

　　CCDG干燥效果最好，這也是成就John Fenn獲得Nobel獎的幾項重要技術專利之一。“Agilent、Bruker至今仍使用我們的專利。”

　　（2）采用玻璃毛細管傳輸專利技術

　　ESI難點之一是，需把在大氣壓下形成的離子從大氣壓傳到高真空，傳輸效率很重要。雖然后來有公司為避開專利采用了其它技術，但專利的玻璃毛細管傳輸效率是最高的。玻璃不導電，表面可吸附離子直至飽和，在毫秒內可達到一個動態平衡。這時，只要有一個離子進去，就有一個離子出去，理論上傳輸效率是100％。“早期我在John Fenn實驗室做，開始做短玻璃毛細管，然后做到一尺多長的，甚至加熱把毛細管燒成彎曲90度的，全部離子都能傳輸過去，都能獲得100％的傳輸率。” 采用玻璃毛細管傳輸的唯一缺點是，如果毛細管壁臟了、或漏電，就不能獲得高的傳輸效率。所以要好好維護玻璃毛細管表面清潔度。

　　

　　同時，用玻璃毛細管后，可以把離子源前面部分和后面部分分開（decouple），這樣在做電噴霧時，前面的電噴霧優化條件就可以和后面的電子聚焦透鏡優化條件完全分開，相互不干擾。

　　（3）接地的離子源設計

　　“另外，我們的專利是，采用噴針接地，不僅使用安全而且使前面的聚焦過程和后面的聚焦過程沒關系。同時，如果要用CE-MS，一個先決條件就是CE一定要接地。我們的技術很好滿足了這一點。”

　　接地的離子源設計，可以保證在調整源內CID電壓時，不會影響其它參數的變化，從而可以得到穩定的、可重現的質譜圖，這樣用戶不單得到分子離子峰，而且可 以得到相應的離子碎片，軟件功能可以幫助用戶計算離子碎片與分子離子峰的關系，這樣可以幫助用戶對所分離的化合物進行進一步的確認，提高定性能力。

　　新型Separation Probe附件，不僅可以有效減小色譜柱和離子源的死體積，還可以減少交叉污染。實驗者可以把Probe揣在兜里，做樣品時就放上去，不做時就拿走。

　　（4）場屏蔽APCI源

　　

　　“場屏蔽的（Field-Free）APCI，是我們的又一專利。”將電暈針的位置放置在噴針的內部，可以聚焦全部樣品通過電暈針區域，從而保證在非常低的流動相流速下質譜依然可以在正、負模式下得到非常好的靈敏度，與傳統APCI技術相比，靈敏度可以提高五倍。

　　（5）Ultraspray? 2 可調節的Dual-spray雙噴針

　　很早的時候，AoB就發明了雙噴針技術，在做樣時，可以一個噴針走樣品，一個噴針走內標。大家知道，TOF使用內標能更好地提高測定的質量準確度。但內標如果和樣品混合噴霧，會產生電荷競爭，使樣品信號下降；而且樣品和內標可能要求的pH不同。雙噴針技術克服了上述問題，不僅方便地使用內標對樣品實時標定保證高質量準確度，還可以防止交叉污染。（原來這項技術早被AoB專利了！——這可解釋了筆者心中一直以來的疑惑。）

　　而且，該噴針是斜噴，位置可以調節，針對不同的樣品條件，可優化其離子化的效率，獲得更高的靈敏度。祝立群博士補充說：“比如，在我們使用Flexar SQ 300 LC/MS時，獲得了非常高的靈敏度。測定18種塑化劑都能獲得20 ppb的高靈敏度檢出；瘦肉精（克倫特羅）若按照飼料中瘦肉精的標準來做，也遠遠超出標準的檢測要求。”

　　

       2、AxION 2 TOF-MS上采用的技術

　　（1）多級離子通道技術multistage ion-guide

　　離子從源區進入后，先通過一個六極桿，該六極桿區設計了3級真空壓降，順利引導離子從離子源到達脈沖區使其有可能成為一個二維的離子阱，達到最大的離子傳輸效率。其V形飛行路線，可獲得高分辨率和高靈敏度。

　　（2）專利的捕集脈沖技術（Trapping Pulse Mode）

　　ESI-TOF中，大家知道ESI產生連續離子流（ion beam），而TOF是脈沖式的，這時很多離子會損失。AxION采用了專利的捕集脈沖技術來更好地利用離子、從而提高靈敏度。

　　在離子透鏡的出口處，提高出口透鏡電壓則形成一個門電壓，這樣就可以捕集（Trap）離子。事實上，這時形成了一個二維線性離子阱。然后降低門電壓釋放離子到TOF的脈沖區，控制延遲（delay）后，離子被脈沖地送到飛行管中分析。有效地控制離子透鏡的出口門脈沖，可以把ESI產生的連續離子束轉變為脈沖的離子束，從而減小占空比（duty cycle）損失。相比沒有使用Trap模式的TOF，每個門脈沖都捕集更多的離子而釋放少部分的離子，從而顯著提高ESI-TOF的占空比，提高靈敏度。

　　在門脈沖釋放離子到TOF后，將延遲一段時間，被釋放的離子成包地從離子出口透鏡進入TOF的脈沖區，然后再把離子脈沖地送入飛行管。當選擇足夠短的門脈沖時間時，就可以分離出感興趣的m/z離子（小的質量在前，大的質量在后）再進行TOF分離。利用這種分離m/z的功能，設置門脈沖和垂直TOF脈沖之間的延遲時間，就可選擇不同m/z范圍/窗口的離子，再送入TOF分析。選擇m/z窗口的功能，可減少TOF檢測器的通道死時間，降低TOF脈沖間的化學噪音和交叉污染。

　　短的門脈沖時間，短的TOF延遲時間，將提高低m/z離子的信號；增加門脈沖的時間和延遲時間，將提高更寬范圍m/z離子的信號。對于某段m/z離子（尤其是小分子），最高可提高20倍的靈敏度，一般情況下，都能提高3~5倍的靈敏度。今年BCEIA上，沈博士的poster中介紹了用捕集脈沖技術檢測藥物雜質的工作，用AxION分析非處方藥Melatonin（褪黑素，俗稱為腦白金）中的雜質時，用Trap模式（下圖）比Pulse模式（上圖）提高3~5倍的靈敏度，更容易檢測到雜質。

　　相比三維離子阱，使用多桿透鏡的二維離子阱模式，在脈沖地釋放離子到TOF脈沖區時，可以連續地充滿到來的離子束。

用AxION分析非處方藥Melatonin（褪黑素，俗稱為腦白金）中的雜質時，用Trap模式（下圖）比Pulse模式（上圖）提高3~5倍的靈敏度，更容易檢測到雜質

　　

　　（3）使用更好的探測器Magnetic Channeltron Detector

　　AxION上使用了最新型的磁電子倍增管作為它的檢測器，而不是常用的微通道板MCP式的。該檢測器雖然比MCP式的價格貴很多，但其脈沖寬度很小，響應更快。因為“在TOF中，時間就是分辨率，MCP大概可以做到1.2個納秒響應，而磁電子倍增管可以做到0.6納秒的響應，以獲得更高的譜圖質量和更高的分辨率。”

　　PerkinElmer未來在質譜上的潛力

　　談到PerkinElmer未來在質譜上可能的優勢，沈博士認為，“我們的技術力量比較雄厚，原AoB有個特點，公司上層都是來自耶魯的知識分子。大家對做科研的興趣比賺錢更大，所以在前沿和專利等領域會占據優勢。另外，原AoB生產制造的質譜有個特色，就是在控制價格上做得不錯這個優勢會繼續保持下去。”

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　 基于ESI的離子化技術發展

　　機理之爭：液滴爆炸后，ESI最終如何產生離子？

　　關于“ESI技術未來還有什么值得探索的領域？”的問題，沈博士表示：“還有很多。”但話鋒一轉，他首先介紹了ESI理論由來已久的兩派之爭，“雖然ESI拿Nobel獎了，現在全世界都在用，但ESI產生離子的理論至今實際上有兩派。一派是Residue，還有一種是ion lifting/evaporation。

　　區別是什么呢？ESI開始時大家都知道是帶電液滴，這個液滴在飛行過程中，由于drying gas干燥氣體的作用，溶劑在蒸發、體積在縮小，液滴內的電荷密度在增加。增加到一定程度，當庫侖排斥力大于表面張力時（即到達雷利極限Rayleigh limit），就要爆炸（稱為庫侖爆炸Coulomb fission），這個過程一步步下去，到某一個環節就完了。最終要有離子出來進入質譜。但這個最后的過程是什么理論呢？

　　第一種機理：離子蒸發Ion Evaporation Model (IEM)認為，當液滴到達一定直徑時（溶劑并沒有完全蒸發），由于液滴表面的電荷密度太高，電場力足夠大、從而解吸出離子。

　　第二種機理：電荷殘留Charge Residue Model (CRM)認為，溶劑全部蒸發完了，剩下的分析物（溶質）和電荷最后形成了氣相離子。

　　實際上，兩派理論都有自己的實驗來證實。為什么這兩派還爭論不休呢？因為各有各的背景，還各有各的實驗來支撐它。

　　我的看法是，這兩派講的是兩種不同的情況。比如大分子形成ESI離子多為Residue機理，我記得當初我那位日本同事Nohmi做PEG大分子量時，開始怎么也做不出來，后來他把溶劑稀釋、再稀釋，就做出來了。因為濃度太高時，一個液滴里面有好多個分子，形不成離子。直到一個液滴里只有1－2個分子，濃度減少時，才能形成離子。”

　　ESI離子化技術的發展

　　適應大流速、nanospray、提高靈敏度

　　“后來，學術界對ESI離子化技術發展做了很多擴展。比如，當初我們在耶魯大學做電噴霧的時候，開始用小流量（幾個微升/min）時很容易成功。但后來流量加大后就難成功了，因為來不及干燥了或是根本不形成帶電液滴。這個時候學術界發明了很多方法，我就曾申請過美國自然基金會的基金、用超聲的辦法來霧化；雖然也做出來了，但是遠不及現在流行的氣體霧化的辦法。因為氣體霧化簡單、便宜、可靠；而超聲的辦法對流量還是有限制，而且太復雜、也貴，所以就被淘汰了。

　　電噴霧在每分鐘幾個微升的流量是最佳的，流量大了不行、太小了也不行，所以又出現新的技術叫做nanospray（納升級噴霧），專門適用于幾十個nL/min的流速。這個就是我的另一位同學（Matthias mann）做的工作，他和我同天畢業(我倆論文答辯一個在上午一個在下午)，都是John Fenn先生的關門弟子。他現在在蛋白質組學領域做得很不錯。Nanospray也是ESI，只是它能保證納升流速下工作穩定并且靈敏度很好，理論上很簡單，但做起來技術上還是有難度的，它的噴針是用玻璃管做的，這樣可以把玻璃管的開口開得很小很小（約1μm），所以流量很小但隨之而來的是導電的問題要解決。Nanospray的物理過程和正常流速的ESI也不一樣。正常情況下的ESI，是后面有個液相泵在推它，流速由它來決定。而做nanospray，沒有泵，完全由電場來控制，電壓降得多一點，流速就大一點；電壓降得少一點，流速就小一點，需要想辦法控制到nano-liter級別。

　　另外，ESI的靈敏度還有提高的空間，形成離子的過程雖沒有浪費，液滴中的溶劑慢慢走掉，剩下溶質和電荷，溶質一點沒有浪費；但只有不到百分之一的氣化離子進入了質譜，大家都在想辦法，目前都沒有特別好的效果。”

　　無需樣品制備的離子源

　　沈博士接下來談了離子化技術這幾年的新發展，主要是有關實現樣品無需處理或分離，直接進行離子化的技術。

　　前面說過，電噴霧的實現條件，主要是液流和電場，形成包含樣品和溶劑在內的帶電液滴，然后液滴不斷去溶劑、爆炸后形成樣品的氣態離子。普渡大學的Graham Cooks發明了DESI（Desorption electrospray ionization，最早文獻：Science 15 October 2004，Vol. 306 no. 5695 pp. 471-473）技術；臺灣的謝建臺教授發明了ELDI（電噴霧輔助激光脫附離子化，electrospray-assisted laser desorption ionization，最早文獻：Rapid Commun Mass Spectrom. 2005, 19, 3701-3704 ）。兩者基本上借用電噴霧的原理，加上一些輔助的手段。DESI和ESI類似，但噴射出的只有溶劑，打在表面的樣品上，吸附一些樣品，再形成ESI過程。LESI電噴霧也是只噴出溶劑，激光打到樣品上，樣品蒸發起來，氣體樣品分子和電噴霧的分子作用，變成離子，原理還是電噴霧。

DESI                                              ELDI         

　　最近，普渡大學的歐陽正在今年ASMS上發表了Paper Spray（紙噴霧），把過濾紙剪成一個尖角，滴些液體，加幾千伏高壓形成電場后，也能在尖端形成電噴霧。（https://engineering.purdue.edu/BioMS/ionization.htm）

　　“在APCI基礎上，我們發明了DSA離子源”。沈博士說。

　　APCI和ESI不同的是，APCI噴針不帶電，噴出來的中性的氣溶膠通過電阻絲加熱器去掉溶劑，變成中性的氣態分子。通過一個針尖進行輝光放電，產生很多離子。這些離子和氣態的溶質中性分子起反應，從而離子化。所以，APCI是在氣相發生的離子化，而ESI是在液相發生的離子化。

　　今年我們新推出的Field-Free DSA，可直接分析固體、液體和氣體樣品，而無需進行樣品前處理。垂直配置時可進行氣體和固體分析；水平配置時可以分析液體樣品。“靈敏度好得令我自己也吃驚。”沈博士說。

　　沈博士在今年BCEIA學術會議的質譜分會上，詳細介紹了DSA的原理和應用，包括：分析氣體、液體、固體樣品；正離子和負離子化；靈敏度和檢測限考察；定量能力考察；加入NH4+后的影響等。報告中非常有意思的一個應用是測定美元紙鈔上的可卡因。選擇市場上流通的美元紙鈔，直接用DSA（質譜用AXION 2 TOF）測定是否有可卡因，下圖每個樣本采樣10秒鐘，發現小值紙幣（1、5、20美元）上都有可卡因，100美元上沒有；而20美元的濃度比5美元的高19倍。后了解后得知，100美元紙幣美國聯邦要跟蹤，毒販不敢直接用做交易；20美元的面值最為合適，大量用于街頭交易，故濃度最高。應考慮到，這是隨機取樣的貨幣，用DSA測試的結果卻是完全一致地符合上述規律。

安裝在AXION 2 TOF MS上的DSA源

DSA直接分析離子源垂直配置示意圖             DSA直接分析離子源水平配置示意圖

用DSA測定美元紙鈔是否含可卡因，紙鈔面值分別為：1、5、20、100美元，每個樣品測定10秒鐘。100美元中未含可卡因，20美元中含量最高，比5美元的可卡因含量高19倍

　　

         沈博士也談到了另一種直接分析技術DART，DART是用亞穩態的原子（如He）釋放能量給中性分子的樣品，使其電離。

　　小公司生存之道

　　AoB是個神奇的小公司，幾十年生存得很好。當筆者問到其生存之道，沈博士談到幾點：

　　（1）有很多創新的專利；

　　（2）保持很好的財務。“美國很重視專利，我們的財政很好。事實上，AoB從創建開始的22年來，沒有用任何投資、也沒有任何外債，且每年都有紅利。”

　　（3）不跟大公司競爭。“雖然我們也是質譜公司，但我們恰沒有marketing people或salesmen，我們重點做customize 及OEM。”

　　從實驗室到產品：漫長的過程

　　“過程非常漫長。”沈博士如此作答。

　　“真正把實驗室里的東西成功地變成產品，過程非常漫長，有專利后，首先要生產prototype（原型），也就是把想法變成東西了把實驗裝置變成工業產品。然后這個東西要改進，什么地方不合適要改，改得差不多了，定下來，這個階段叫做Preproduction（生產前），下一步就是在β site測試儀器，即找一些有代表性的的大學、實驗室，請他們來試用，然后再反饋回來，再改儀器，然后變成Production（產品）。這個周期很長，當然這個周期還需考慮：設計的產品要容易操作、容易維修、控制成本、設計要合理，軟件要非常友好等。所以這個周期一般都很長，最后才能正式向市場發布產品。

　　有些公司因為缺資金，到Preproduction就開始賣了，賣了后怨聲載道，這個實際上是很致命的，再起來就很難了。新的東西，人家一試不好，就會傳得很快！大家傳來傳去，你就永遠也翻不了身了。

　　所以，美國人在這方面做得很穩重。AoB這方面是得天獨厚的，我們資金沒問題；所以我們步伐放慢，精益求精。我在這個公司已經23年，一直這樣做，就算小到很小的一個離子源，也要精益求精。因為新產品要有體驗時間，目標就是：只要一出廠，就一定是過硬的。比如AxION，我們已積累了20年的技術，但從接受雅培訂單到成形，也用了兩年半到三年的時間。”

　　對中國質譜研發說幾句話

　　“一定要國家投資、大力扶持！”沈博士如是說。

　　“質譜看起來不起眼，但技術很復雜，包括精密機械、真空、電子、檢測技術、數碼處理技術等，加上軟件要求非常全面。

　　民營企業在做，但企業的目的是賺錢不可能耗資費時地打持久戰。結果上馬二年就出產品，勢必是重復性的低檔產品。對于質譜這樣復雜的技術，花精力、投資、建立團隊，掌握最前沿的新技術是要有相當長的時間的。我認為國家應該拿出一筆錢來，組織一個團隊，固定一批人，一環一環地專門做，直至在各個領域里都和人家不相上下，才能制造出高端精品的質譜。”

　　【編后語】聽沈世達博士一席話，收獲很多，回來卻消化了很長時間，以盡力保證尊重沈博士的原意、ESI和質譜發展的歷史。PerkinElmer奉獻給業界的兩款質譜，看似簡單，但卻是AoB公司幾十年精益求精的結果。

　　如果您想更好地解決TOF內標校正的問題；更好地提高靈敏度、尤其是TOF低分子量的靈敏度；獲得更快的采集結果；更好地解析源內CID的結果；直接分析樣品并獲得高靈敏度，希望沈博士親手打造的LC/MS可以幫上您的忙……

　　人物簡介：

　　沈世達，畢業于中國科技大學，獲化學物理學士學位；在耶魯大學化學工程系獲得博士學位，師從Nobel化學獎獲得者John Fenn教授，并隨后加入Analytica of Branford,Inc.(AoB)公司。1989－2009年，在AoB公司（Analytica of Branford, Inc.），曾任高級科學家，首席研究員，項目經理和遠東地區的總經理。2009年至今，在PerkinElmer質譜研發中心（Center of Excellence for Mass Spectrometry, PerkinElmer, Inc.）任高級科學家，項目領導人。發表超過30篇文獻，擁有5項美國專利。他擁有多項質譜離子源及相關技術的發明專利，是華人中從事質譜研發的代表人物。擔任的社會職務有：美國質譜學會會員；在美國華人質譜學會中擔任2004－2007年的會長，2007年至今擔任董事局副主席。任浙江大學的兼職教授。在PerkinElmer收購AoB后，沈博士領導了AxION 2 TOF MS的研發和制造，和最新的DSA直接分析離子源。

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