【正文】 用。此外，MALDI對(duì)于低聚糖[36]、人工合成高分子物[3738]也可以進(jìn)行有效的分析。其基本原理如圖13所示：在雙步激光系統(tǒng)中，解析階段和電離階段在空間和時(shí)間上是相互獨(dú)立的，這樣就可以對(duì)每一階段進(jìn)行單獨(dú)優(yōu)化。研究表明，短脈沖激光可以在10 ns時(shí)間內(nèi)上升到108 K的高溫[43]，如此快的升溫速度，可以避免分子因均勻受熱而發(fā)生裂解。第二束激光可以是紫外光也可以是真空紫外光，真空紫外激光（光子的能量大約為10 ev）可以通過單光子對(duì)絕大多數(shù)的分子進(jìn)行“軟”電離[44]，這樣可避免碎片的大量產(chǎn)生。該模型主要內(nèi)容包括：當(dāng)解析激光能量保持不變時(shí)，隨著電離激光（第二束激光）光強(qiáng)的增加，母體離子的信號(hào)逐漸增強(qiáng)；當(dāng)光強(qiáng)繼續(xù)增加時(shí)，母體離子信號(hào)便開始減弱，作者的解釋是由于過高的能量導(dǎo)致樣品發(fā)生解離；而當(dāng)解析激光的能量逐步增加時(shí)，出現(xiàn)最佳母體離子信號(hào)時(shí)所需電離激光的能量呈下降的趨勢(shì)，作者認(rèn)為是解析激光能量的增加導(dǎo)致分子更易于被光電離。其中有些影響很難消除，如解析激光的能量波動(dòng)和激光束的準(zhǔn)直等都會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的不確定性。本章將對(duì)超聲分子束和雙步激光的實(shí)驗(yàn)裝置的幾個(gè)主要部分進(jìn)行較為詳盡的描述。 束源室束源室是超聲分子束產(chǎn)生的主要場(chǎng)所，內(nèi)部有不銹鋼的氣體導(dǎo)管，樣品管、脈沖閥、熱電偶，以及圓錐形的撇取器。103 Pa以下，105 Pa左右。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：以一個(gè)中空的圓柱型磁鐵為軸，在其周圍纏繞線圈，與脈沖電源相連，在磁鐵的中空部分放有提升閥和主彈簧，提升閥的尖頭穿過磁鐵的頭部，抵住脈沖閥出氣口，磁鐵的外部頂端放有緩沖彈簧。優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)是在實(shí)驗(yàn)條件下，脈沖閥的噴氣量最大。實(shí)驗(yàn)中，一般采用第二種優(yōu)化的方法，用氦氣作為載氣， Pa，脈沖閥的頻率為10Hz，脈寬的一般在200400 181。和束源室類似，主腔體在電離區(qū)下部依次裝有：氣動(dòng)閘板閥、分子泵、電動(dòng)的擋板閥和前級(jí)機(jī)械泵。與光學(xué)透鏡的功能類似，離子透鏡作用在離子上，使離子按照一定的軌跡飛行，它主要包括飛行加速區(qū)和聚焦區(qū)以及軌道偏轉(zhuǎn)區(qū)組成。則，P1與P2為粒子引出區(qū)，P2與P3之間為離子加速區(qū)。飛行管為無場(chǎng)區(qū)域，離子進(jìn)入此區(qū)域可以自由飛行，并最終到達(dá)檢測(cè)器。MCP是一種高電阻率的薄壁玻璃管組成的電子倍增裝置。 雙步激光的進(jìn)樣系統(tǒng)在雙步激光電離與質(zhì)譜儀的接口上，一般采用進(jìn)樣桿模式,如圖22所示：即一個(gè)與質(zhì)譜真空系統(tǒng)兼容的一維傳動(dòng)桿實(shí)驗(yàn)裝置，并配有二維平移臺(tái)，末端有樣品承載平臺(tái)。這樣，在樣品的傳送過程中真空可以得到有效地保持。 1064nm激光光源本實(shí)驗(yàn)室所用的是泵浦激光器一臺(tái)是光泵浦摻銣釔鋁石榴石固體激光器。1064 nm基頻激光經(jīng)過三倍頻得到355 nm的激光，用來產(chǎn)生118 nm電離激光。由于一般晶體在這些波段存在強(qiáng)的吸收，氣態(tài)介質(zhì)似乎是更有競(jìng)爭(zhēng)力，其明顯的優(yōu)點(diǎn)是：在大范圍內(nèi)有很好的光學(xué)質(zhì)量，在高強(qiáng)度下不會(huì)受到不可逆損傷，并且對(duì)紫外和紅外有很好的透明性。于是，在電偶極近似下，具備反演對(duì)稱性的介質(zhì)中都不易發(fā)生二級(jí)非線性光學(xué)效應(yīng)。 利用氣態(tài)介質(zhì)做非線性介質(zhì)有三個(gè)重要原因：這些介質(zhì)在短波長(zhǎng)的部分區(qū)域是高度透明的，即不存在共振吸收等效應(yīng)；利用反常色散獲得位相匹配是可能的，按一定比例混合某種色散性質(zhì)相反的介質(zhì)作為緩沖劑，使混合氣體實(shí)現(xiàn)位相匹配，從而達(dá)到最佳的轉(zhuǎn)換效率；以及它們?cè)诠舱窈蜏?zhǔn)共振條件下有高非線性極化系數(shù)（由非線性極化率表達(dá)式可看出，共振增強(qiáng)效應(yīng)將大大增大極化率）[1]。常見的三倍頻氣體及其產(chǎn)生的三倍頻波長(zhǎng)有Hg原子蒸氣中產(chǎn)生184 nm附近的波長(zhǎng)[2]，(CH3)I中產(chǎn)生201 nm[3]，Kr中產(chǎn)生112 nm[4]， nm[56]等。在本實(shí)驗(yàn)中三倍頻產(chǎn)生方案如下圖23所示：Nd：YAG（355nm）Gas Cell（Ar/Xe 10:1）Quartz lensMgF2 Lens118nm laser圖23 真空紫外激光實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Figure 23 The schematic for the generation of 118 nm radiation 時(shí)序控制系統(tǒng)在超聲分子束和雙步激光試驗(yàn)中，分子束、離子透鏡、激光等何時(shí)開始工作，何時(shí)停止工作，工作時(shí)的狀態(tài)如何，這些都需要時(shí)序控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控。s后觸發(fā)激光的Qswitch。在觸發(fā)第一束解析激光的Qswitch后的18 181。脈沖閥開啟T0T=T0+998181。s觸發(fā)激光1燈 T0= A觸發(fā)脈沖高壓 TE=T0+460181。s圖26 雙步激光質(zhì)譜時(shí)序控制示意圖Figure 26 The schematic of time sequential control system in L2MS參考文獻(xiàn)[1] Ganeev R A, Kulagin I A, Usmanov T, Khudaiberganov S T. Investigation of the generation of λ= coherent radiation in rare gases [J]. Sov. J. Quantum Electron., 1982, 12: 16371640.[2] Chen C, Elliott D S. Measurements of optical variations using interfering multiphoton ionization processes [J]. Phys. Rev. Lett., 1990, 65: 17371740.[3] Xing G Q, Wang X B, Huang X, Bersohn R. Modulation of resonant mutiphoton ionisation of CH3I by laser phase variation [J]. J. Chem. Phys, 1996, 104: 826831.[4] Park S M, Liu S P, Gordon R J. Coherent phase control of the resonanceenhanced multiphotoionization of HCl [J]. J. Chem. Phys., 1991, 94: 86228624.[5] Zhu L Ch, Kleiman V, Li X N, Trentelman K, Gordon R J. Coherent laser control of the product distribution obtained in the photoexcitation of HI [J]. Scinece, 1995, 270: 7780.[6] Kleiman V D, Zhu L Ch, Li X M, Gordon R J. Coherent phase control of the photoionization of H2S [J]. J. Chem. Phys., 1995, 102: 58635865.第三章 生物組織中光動(dòng)力藥物MB的雙步激光實(shí)驗(yàn) 引 言雙步激光質(zhì)譜法應(yīng)用于質(zhì)譜分析在上世紀(jì)80年代就有報(bào)道[1]。由于雙步激光質(zhì)譜法具有上述獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在最近的幾十年間獲得了很大的發(fā)展。PAHs作為芳香族化合物，電離激光可以選擇紫外激光通過REMPI方法實(shí)現(xiàn)分子的軟電離[56]，進(jìn)而獲得無(少)碎片離子質(zhì)譜圖。應(yīng)用該實(shí)驗(yàn)技術(shù)，人們檢測(cè)了汽車尾氣形成氣溶膠中PAHs的成分[11]，同時(shí)還在時(shí)間和空間上監(jiān)測(cè)了PAHs污染物的分布。另外還探測(cè)了由木材等生物燃料在燃燒過程中產(chǎn)生煙氣的PAHs成分[15]。另外，由于具有fmol(約1017g)的檢測(cè)水平，在食品安全方面和司法鑒定等也有用武之地。在20世紀(jì)30年代就發(fā)現(xiàn)亞甲藍(lán)可與病毒的核酸及脂質(zhì)包膜結(jié)合，在可見光的作用下，使病毒包膜破損，核酸斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致大多數(shù)的脂質(zhì)包膜病毒和部分非脂質(zhì)包膜病毒失活。 實(shí)驗(yàn)中的亞甲基藍(lán)為色譜級(jí)的超級(jí)純（購買于上海阿拉丁試劑公司），實(shí)驗(yàn)所用的balb/c小鼠SPF級(jí)，雌性三周齡（購于廣東省實(shí)驗(yàn)動(dòng)物監(jiān)測(cè)所）。步驟（1）需要對(duì)接種過腫瘤細(xì)胞的老鼠進(jìn)行麻醉（所用麻醉藥為自配）幾分鐘過后對(duì)腫瘤的部位進(jìn)行脫毛處理，完畢后用1 mL的無菌醫(yī)用注射器對(duì)腫瘤組織進(jìn)行靜脈注射藥物( mL)，然后等約30分鐘取下腫瘤細(xì)胞，將其冷凍到80℃的冰箱里12小時(shí)。其中激發(fā)光源組件中激光器Nd:YAG發(fā)出的脈沖激光束355 nm，由光分束鏡分為兩束，透射光束在全反射棱鏡組反射后，再經(jīng)擴(kuò)束鏡，聚焦鏡，其中擴(kuò)束鏡和聚焦鏡固定在氣體池的前端。并對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行討論。利用數(shù)字示波器記錄質(zhì)譜信號(hào)（512次平均）。(c)的實(shí)驗(yàn)條件是正常通乙醇和Ar的樣品氣體，但是把倍頻氣體池中的Xe和Ar的混合氣體抽掉。通過3組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)隨著Xe和Ar的混合氣體的逐漸抽走，信號(hào)強(qiáng)度隨之下降，最后消失。在實(shí)驗(yàn)中，解析激光的為1064 nm（10 Hz、10 ns脈寬） mm2的聚焦點(diǎn)，對(duì)樣品進(jìn)行解析，能量約為12 mJ。同時(shí)在擋住118nm電離激光后，我們看到質(zhì)譜信號(hào)消失，從而進(jìn)一步判定，此信號(hào)為118nm激光單光子電離形成的。 對(duì)兩束光之間延遲的優(yōu)化雙步激光質(zhì)譜法最大的優(yōu)點(diǎn)是解析激光和電離激光在時(shí)間和空間上是分開的，因此可以根據(jù)實(shí)際的需要很方便的單獨(dú)優(yōu)化兩束激光的能量和波長(zhǎng)以及他們之間的延遲。峰值m/z 303 Da，為MB結(jié)合一個(gè)水分后形成的離子峰，峰值270 Da為主峰脫掉一個(gè)甲基后形成的離子碎片（MBCH3）。s的延遲后，開啟118 nm電離激光，對(duì)解析的氣團(tuán)進(jìn)行電離，然后通過離子透鏡將電離的離子引出，并用離子檢測(cè)器進(jìn)行收集。據(jù)此可以斷定，本實(shí)驗(yàn)裝置中的確產(chǎn)生了118 nm激光且整套質(zhì)譜系統(tǒng)運(yùn)行正常。而m/z=1231和40分別表示CH3+ ，CH3CH2+，CH2OH+和Ar。其中(a)圖為正常實(shí)驗(yàn)條件，倍頻氣體池中充入Xe和Ar的混合氣體，壓力是200 torr，同時(shí)通入樣品乙醇和Ar的混合氣體。在實(shí)驗(yàn)過程中，使用乙醇和Ar的混合氣體作為樣品氣體， MPa，（壓強(qiáng)值由負(fù)壓表讀出）。使用origin軟件編寫的程序做后續(xù)圖像處理。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的原理圖如圖31所示為本實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖Trigger圖31 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Figure 31 Schematic diagrams of the experimental apparatus本裝置包括激發(fā)光源組件、信號(hào)采集組件，進(jìn)樣系統(tǒng)，光路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。其具體步驟如下： 在廣東省實(shí)驗(yàn)動(dòng)物監(jiān)測(cè)所購買了實(shí)驗(yàn)用的老鼠，在華南師范大學(xué)生物光子學(xué)研究院的動(dòng)物房進(jìn)行飼養(yǎng)57天后對(duì)其進(jìn)行表皮接種，所用的癌細(xì)胞為人體乳腺癌細(xì)胞（購于中山大學(xué)細(xì)胞庫）。同時(shí)對(duì)某些病毒的治療也很有效果[2931]。 雙步激光實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)方法亞甲基藍(lán)(Methylene Blue, MB)一種噻嗪染料類化合物，為水溶性色素。另外，該技術(shù)與顯微成像技術(shù)相結(jié)合，有望研發(fā)出一種新的質(zhì)譜成像技術(shù)[21]，并應(yīng)用于生命科學(xué)領(lǐng)域。應(yīng)用相同的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，探測(cè)發(fā)現(xiàn)有人吸煙的室內(nèi)空氣中含有的有毒物質(zhì)主要為吲唑類，苯并咪唑類衍生物等[13]。研究表明，該種電離方式應(yīng)用于氣溶膠中PAHs成分分析，其檢測(cè)限可達(dá)到ng/m3 [7]。對(duì)于PAHs類分子，使用中紅外激光（波長(zhǎng)3 181。由于基質(zhì)背景峰的存在，造成其在分析分子量低于600 Da時(shí)遇到很多困難[2]。s觸發(fā)激光2 Q T1Q=T1+165181。sT0=A 脈寬243181。在465 181。在雙步激光系統(tǒng)中，由于兩束光及脈沖電壓的使用使得時(shí)序控制更為復(fù)雜些。圖25和26分別是超聲分子束和雙步激光質(zhì)譜系統(tǒng)的時(shí)序控制示意圖。 本文單光子激發(fā)路徑選擇了VUV 118 nm（）輻射。因此，三倍頻輻射只有在特定氣體的有限波長(zhǎng)范圍內(nèi)才能產(chǎn)生。因而一般產(chǎn)生三級(jí)非線性光學(xué)效應(yīng)的介質(zhì)多是氣態(tài)介質(zhì)。氣態(tài)介質(zhì)是一種各向同性介質(zhì)，具有空間反演對(duì)稱性，當(dāng)入射波的兩個(gè)電矢量反向時(shí)，宏觀極化強(qiáng)度矢量也應(yīng)反向。 118nm真空紫外激光光源為了獲得紫外特別是真空紫外至軟X射線波段的相干輻射，有很多種途徑，例如通過同步輻射、用高壓燈泵浦或者使用氣態(tài)介質(zhì)通過非線性效應(yīng)獲得入射輻射的高次諧波或和頻產(chǎn)生，但是由于高壓燈泵浦的能量不穩(wěn)定性以及同步輻射的設(shè)備的限制，在一般的實(shí)驗(yàn)室中使用稀有氣體產(chǎn)生真空紫外激光成為一種很普遍的方法。s左右。Gate ValveXY StageBall VavleMotor To vacuum pump圖22 雙步激光質(zhì)譜法的進(jìn)樣系統(tǒng)示意圖Figure 22 The schematic of the sample transferred assembly 光電離離子源超聲分子束和雙步激光實(shí)驗(yàn)所采用的激光器都是納秒量級(jí)的。最后將進(jìn)樣裝置固定在末端的電機(jī)上。m，傾角約為10度的微通道，每一個(gè)通道相當(dāng)于一個(gè)電子倍增管，當(dāng)帶電粒子以一定的初速度撞擊通道管壁后，會(huì)溢出數(shù)個(gè)電子，溢出的電子在通道內(nèi)反復(fù)撞擊管壁會(huì)產(chǎn)生更多的電子。超聲分子束和雙步激光質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)中離子的檢測(cè)是通過三片串聯(lián)的微通道板MCP來完成。P1，P2，P4所加的直流電壓可以根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，但一般變化不大。如圖21 在超聲分子束的實(shí)驗(yàn)中，P1與P2兩塊電極板上分別加1600V、1100v的直流高壓。105 Pa左右，105 Pa左右。 主腔體 主腔體包括離子透鏡區(qū)、自由飛行管和離子檢測(cè)區(qū)三個(gè)重要的部分，其高真空度十分重要，一方面高真空度可以降低噪聲信號(hào)，提高質(zhì)譜儀的信噪比和靈敏度，另一方面也為MCP的正常工作提供了環(huán)境。當(dāng)脈沖閥調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)時(shí)，放進(jìn)合適的墊片，將脈沖閥擰緊即可。試驗(yàn)中可以通過調(diào)節(jié)脈沖電壓來開啟時(shí)間（脈寬）以及載氣的氣壓來調(diào)節(jié)樣品的進(jìn)樣量，從而調(diào)節(jié)信號(hào)強(qiáng)度。下面我們主要來說明一下脈沖閥的工作原理。在本實(shí)驗(yàn)中束源室的體積大約為25 L, 腔體的底部依次裝有氣動(dòng)閘板閥、分子泵、電動(dòng)擋板閥和前級(jí)機(jī)械泵。高真空的環(huán)境可以使腔體中空氣等雜質(zhì)的含量達(dá)到106mol的數(shù)量級(jí)，從而大量