【正文】 第六章 聯(lián)用技術(shù) (Hyphenated Techniques) 導言 新質(zhì)譜法 色譜－質(zhì)譜聯(lián)用 電化學－光譜聯(lián)用 毛細管電泳－光譜聯(lián)用 參考書： 生物質(zhì)譜技術(shù)與方法 ，楊芃原，錢小紅， 盛龍生 編著，科學出版社， 2022 生命分析化學 ， 汪爾康，陳義，科學出版社， 2022 導言 隨著生命科學、材料科學和環(huán)境科學等的發(fā)展和需求，復雜樣 品體系的分離、分析已成為分析化學的重要研究方向和研究熱 點之一。 所謂復雜樣品體系，不僅僅是指樣品中的組分多樣性，而且還包 含完全不同體系的物質(zhì)共存于一個樣品中。 例如：無機與有機化 合物共存一體，高分子、大分子與小分子化合物共存一體，生命 與非生命物質(zhì)共存一體等。如果要對復雜樣品體系提供全面、準 確的結(jié)構(gòu)與成分表征信息，那么其分析過程可能包括從常量到微 量、痕量分析，從成分到結(jié)構(gòu)、形態(tài)分析，從總體到微區(qū)、表面、 空間分布分析，從宏觀形貌到微觀結(jié)構(gòu)分析，從靜態(tài)到動態(tài)、時 間分辨分析，從破壞到非破壞分析等等。因此，為了圓滿完成復 雜樣品體系的全分析，需要綜合利用包括色譜法和質(zhì)譜法在內(nèi)的 多種現(xiàn)代分離、分析方法。 聯(lián)用技術(shù)的重要性和必要性！ 本章在簡介新質(zhì)譜方法的同時，也將介紹色 譜 質(zhì)譜 聯(lián)用技術(shù) 及 接口技術(shù) 的發(fā)展，還將介 紹各種不同模式和類型的色譜 質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù) 的實現(xiàn)、研究進展及其在生命科學研究領(lǐng)域 中的應用，以及其它聯(lián)用技術(shù)，如電化學－ 光譜，毛細管電泳－光譜聯(lián)用等。 新質(zhì)譜法 質(zhì)譜學簡介及其特點 1906年 (Mass spectroscopy, MS)， 但直至 1920s左右質(zhì)譜法才逐漸成為一種分析手段，被化學 家采用。從 1940s以后 MS廣泛地應用于有機物質(zhì)分析。 1980s末期新軟電離技術(shù)的發(fā)明，能夠用于分析高極性、難 揮發(fā)和熱不穩(wěn)定樣品之后，生物質(zhì)譜才發(fā)展起來。 常規(guī)質(zhì)譜分析儀的質(zhì)量范圍是幾十到 2022 da。 生物質(zhì)譜 (新質(zhì)譜法 )是現(xiàn)代分析化學及相關(guān)生化研究的熱點 之一和蛋白質(zhì)組學的主要手段。 質(zhì)譜法的特點： (1) 高靈敏度，可測 108mol以下物質(zhì)的量； (2) 快速，數(shù)分鐘內(nèi)即可完成測試； (3) 能同時提供樣品的精確分子質(zhì)量和結(jié)構(gòu)信息； (4) 既可用于定性分析，也可用于定量分析； (5) 能有效地與各種色譜技術(shù)聯(lián)用，如 GC/MS， HPLC/MS， TLC/MS及 CZE/MS等，用于復雜 體系分析。 MS的特點可概括為 4個 S: 靈敏 (sensitivity)、快速 (speed)、專一 (specificity)、化學計量 (stoichiometry)。 在過去的幾十年中，生物質(zhì)譜的主要進展在于解決如 何測定大質(zhì)量分子質(zhì)荷比 m/z及其相關(guān)的問題，主要的 研究領(lǐng)域包括： (1) 如何擴大質(zhì)譜儀器的質(zhì)量范圍？ (2) 如何使生物大分子電離和使其帶多電荷 (即降低 m/z)？ (3) 如何解釋大質(zhì)量分子質(zhì)譜？ (4) 如何發(fā)展生物大分子質(zhì)譜測定方法？ Fred M. McLafferty et al, Science, 2022, 314, 109112 報道了采用 MS可研究質(zhì)量大于 200 Kda的蛋白質(zhì)！ 與質(zhì)譜相關(guān)而獲得諾貝爾獎的有： (物理 1906，發(fā)明質(zhì)譜技術(shù)并用于研究 氣體的電導 )； (化學 1922，用質(zhì)譜儀發(fā)現(xiàn)了非放射性元 素的同位素 )； (物理 1980，發(fā)明離子阱質(zhì)譜原理與技術(shù) )； 、 (化學 1996，用 質(zhì)譜儀觀察到激光轟擊下產(chǎn)生的 C60)； (田中耕一 )和 (化學 2022，發(fā)明 MALDIMS和 ESIMS技術(shù) )。 生物質(zhì)譜的最基本用途是能夠測量多肽 /蛋白質(zhì) /核酸等生物大分 子的分子質(zhì)量，并間接推測它的結(jié)構(gòu)及相互作用。 1994年蛋白質(zhì)組學第一次被提出 (Marc Wilkins)，隨后生物質(zhì)譜 被確認為蛋白質(zhì)組學技術(shù)平臺的重要組成部分，認識到生物質(zhì)譜 另一吸引人之處是可以取代 Edman降解測序方法，了解蛋白生成 的早期結(jié)構(gòu)域，以及可以鑒定翻譯后修飾的能力。另外，生物質(zhì) 譜還可以用來測定非共價鍵作用如抗體 抗原結(jié)合作用。 2022以后，隨著基因組測序計劃的完成，蛋白質(zhì)組學的規(guī)?；? 已成定局，生物質(zhì)譜正在發(fā)揮著不可取代的中堅作用。 蛋白質(zhì)組學的研究之所以能夠蓬勃發(fā)展，主要依賴于高通量分離 和分析技術(shù)的突破性進展。首先是質(zhì)譜技術(shù)，尤其是軟電離技術(shù) 的發(fā)展和雙向 (二維 )凝膠電泳技術(shù)的完善，使得蛋白質(zhì)的大范圍 高通量分析成為可能。 蛋白質(zhì)組學 (Proteomics)－生物質(zhì)譜！ Proteomics is the study of the proteome, the protein plement of the genome. The terms ”proteomics” and “proteome” were coined by Marc Wilkins and colleagues in the early 1990s and mirror the terms “genomics” and “genome”, which describe the entire collection of genes in an anism. Introduction to Proteomics, Daniel Liebler. 2022, Humana Press 蛋白質(zhì)組學目前面臨的最大挑戰(zhàn)是什么？ 各種質(zhì)譜技術(shù) 質(zhì)譜儀的一般結(jié)構(gòu)框圖如圖 。質(zhì)譜分析是一個制備樣品 或從其他分析儀器引入樣品 ?樣品氣化并離子化 ?引入樣品離 子到分析器 ?在分析器中按照離子的質(zhì)荷比不同分離離子 ?分 別檢測各種離子并得到質(zhì)譜圖的過程。 圖 質(zhì)譜儀器組成示意圖 質(zhì)譜儀的核心是 離子源 和 分析器 ，其他的部分一般 根據(jù)離子源和分析器相應地配備。 離子源多種多樣，工作在 真空狀態(tài)下 的有：電子轟 擊源 (electron bombardment, EB)、化學離子源 (chemical Ionization, CI)、真空火花源 (spark source, SS)、激光表面解析源 (laser desorption, LD)等；工作 在低壓下的有輝光放電離子源 (glow discharge, GD)； 工作在大氣壓下的有電 (離子 )噴霧 (electron/ion spray, E/IS)、電感耦合等離子體源 (inductively coupled plasma, ICP)等。 分析器類型主要有：磁偏轉(zhuǎn)、四極桿、離子阱、