質譜分析掃盲篇

　　質譜分析掃盲篇

　　各位看官，作為一位質譜檢測領域的非專業人士，我今晚采編一下資料，試圖用盡可能淺白的語言，跟不喜歡翻看專業書籍的同行，簡介質譜檢測的基本常識。圈內有不少同學故舊，這些年已經把質譜應用到跟玩兒一樣，多指導，少拍磚。為了賣點東西不容易。

　　首先得聲明，我也是臨時抱佛腳。在讀書那會，質譜儀可是風毛麟角的寶貝疙瘩，可能在中科院的研究系統里會富余一些，常常是博士階段才會密切接觸。不好意思，暴露年齡了。那時候窮，用不起幾百萬的設備。許多人遠赴美國、德國、日本留學，在實驗室用的大殺器就是質譜儀。20年過去了，中國的食品安全、藥物分析、生命科學、材料學、石化能源和環境等領域的分析工程師已經普及了質譜的應用。近年來，臨床醫療領域，通過質譜檢測出的疾病生物標志物也在逐步從科研走向臨床。

　　中國質譜學會理事長，南京大學陳洪淵院士告知我們：質譜分析目前是分析行業中技術含量最高，應用范圍最廣的一種分析測試方法。回顧質譜的百年發展歷史，和質譜科技相關的研究中共有7項諾貝爾獎，其中3項物理獎、4項化學獎共11人得獎。

　　 1910年 世界上第一臺現代意義質譜儀在英國劍橋Cavendish實驗室出現

　　 1917年 電噴霧(Electrospray) 物理現象被發現 (并非為了 MS)

　　 1918年 世界上第一臺實際意義質譜儀在美國芝加哥大學實驗室出現(扇型磁場MS)

　　 1943年 世界上第一臺商業質譜儀

　　 1953年 四極桿質量分析器質譜儀

　　 1955年 飛行時間質量分析器質譜儀

　　 1960’s 開發GC/MS

　　 60’s-70’s 大氣壓電離(APcI)源被發現(但并未被廣泛應用)

　　 70’s-80’s 開始廣泛研究 LC/MS

　　 1979年 傳送帶式 LC/MS 接口成為商業產品

　　 1982年 離子束LC/MS接口出現

　　 1984年 第一臺電噴霧 MS儀宣告誕生

　　 1988年 電噴霧離子源 MS 首次應用于蛋白質的分析

　　 ……

　　言歸正傳，什么是質譜分析？用大白話說，就是用電場和磁場，將試樣在離子源裝置中進行離子化處理，然后生成帶電荷的離子，按它們的質荷比予以分離后進行檢測的方法。

　　 ü 質量是物質固有特征之一，不同的物質有不同的質量譜

　　 ü 分析物被轉化為氣相離子而被分析

　　 ü 這些離子按其質荷比 (m/z)被分離而被檢測

　　 ü 質譜圖即是相關的離子流對m/z的圖

　　質譜儀的基本組成包括進樣系統、離子源、質量分析器、檢測器、真空系統和計算機控制與數據處理系統等。目前國內使用的質譜儀基本是以進口為主。這些年，中國也在默默地研發質譜儀，就跟在默默建造大型水面艦艇一樣。但是，在離子化器、質量分離分析器、檢測器等各項關鍵技術，離商業化尚有一段距離。簡介幾家著名的國外質譜儀供應商：

　　 ü 美國應用生物系統公司：世界上規模最大、銷售額第一的生化儀器、分析儀器公司，其下屬的質譜生產部門AB/SCIEX質譜公司專業制造API/LC/MS/MS儀，擁有世界上最大的LC/MS和LC/MS/MS系統生產基地，領導著LC/MS/MS技術潮流

　　 ü 沃特世科技 (Waters): 位于美國馬薩諸塞州Milford的上市公司，其高效液相色譜儀，質譜儀，熱分析儀以及流變學產品和服務廣泛應用于全球的實驗室

　　 ü 安捷倫科技：這是1999年脫胎于惠普（HP）的一家美國分析儀器公司，創始地跟蘋果一樣，都是始于一個車庫。現在這個車庫被確認為惠普公司的發祥地和硅谷發展的里程碑。

　　 ü 賽默飛世爾科技：同樣是一家美國的上市公司，提供實驗室綜合解決方案

　　 ü 島津：那么多美國公司以后，按慣例肯定會出現一家日本公司了。跟美國老大比，自然是價格稍微低端一點，品質感覺也是低檔一點

　　質譜儀的分類，是非專業人士認知的難點，我們只需要搞清楚其應用領域即可。按質量分析器的種類，質譜儀可分為：

　　 ü 四極桿(Quadrupole)質譜：是最常見的質譜儀器，定量能力突出，結構簡單、成本低、維護簡單。三重四極桿QQQ，則在四極桿基礎上增加了提供了串級功能，加強了質譜的定性能力，又保留了權威的定量能力。當然，造價和維護成本也大為提高。當前醫學臨床檢驗用得最廣泛的是LC-MS/MS（液相質譜聯用），質譜儀多采用三重四極桿QQQ

　　 ü 離子阱(Ion Trap)質譜：最簡單的串聯質譜。具備多級串級能力，在分子結構方面的定性表現，比三重四極桿QQQ要好

　　 ü 飛行時間(Time of Flight,TOF)質譜：所有離子一同起跑，質量小的跑得快，利用時間來分辨，主要用于定性分析，無法廣泛應用。目前在臨床上主要用于病原微生物的快速精準的鑒定。有不少國產品，因此價格也較低

　　 ü 扇形磁場(Magnetic Sector)質譜

　　中國質譜學會臨床質譜專委會主任委員，解放軍總醫院（301醫院）醫學檢驗中心主任王成彬教授如此評價質譜檢測：

　　 ü 檢驗科的重要功能之一就是為疾病診治監測標志物。而尋找高靈敏度、高特異性的疾病標志物是比較困難的。質譜在這方面具有突出的優勢。就像捕魚，傳統方法就像用一個魚竿串上魚餌，一條一條釣魚；質譜法就像用一張大漁網，撒下網一次就可能捕到幾條、幾十條魚。對于正常對照人群和某一疾病人群，質譜可以通過一次實驗，鑒定他們之間成千上百種物質的差異；然后再回到臨床做進一步的驗證。

　　 ü 相對于傳統檢驗方法，質譜最大的優勢是高通量，一次實驗可以檢測數十成百上千的項目。隨著臨床實驗室檢測項目和檢測標本量的不斷增加，對高通量檢測技術的需求越來越大。同時，質譜的高通量特性又可以降低檢測成本。如能充分利用又便宜又快速的臨床質譜檢驗技術，對于檢驗醫學發展很有意義。