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精确操控离子反应质谱科学装置的研制
2015年10月17日，第二届全国质谱分析学术报告会在浙江大学紫荆港校区体育馆盛大开幕，在5位院士的精彩报告后，多位学者做了高水平的大会报告。
中国计量科学研究院方向研究员：精确操控离子反应质谱科学装置的研制
中国计量科学研究院院长方向研究员做题为《精确操控离子反应质谱科学装置的研制》的报告。质谱检测的原理从某种意义上来说就是对离子的操控。在质谱应用领域科学家们面临很多挑战，如蛋白质组学磷酸化多肽结构测定、生物仿制药中痕量肽段检测、单细胞中痕量代谢物分析、有机反应不稳定中间体捕获、反应机理、动力学研究等，需要的技术手段包括：离子裂解新技术、超痕量离子选择性富集技术；离子-离子/分子反应技术等，需要进行创新性的装置开发，即精确操作离子的质谱科学装置。中国计量院及合作团队围绕离子操控技术，进行了核心部件创新、仪器装置创新、操作方式创新和应用方法创新。接下来，方向研究员主要介绍了几类课题组研制的精确操控离子质谱的科学装置，包括：分子/离子反应装置；Q-HyperLIT生物质谱；离子/离子反应装置。
分子/离子反应装置包括：（1）分子/API-QQ-IT反应基本型；（2）阱内紫外光电离型；（3）分子试剂精确控制分析型。在分子/API-QQ-IT反应基本型中，在QTrap类型的Trap阱前加入缓冲气，在阱后加入分子试剂，实现了对分子/离子反应的控制、机理研究。初步试验结果包括：溴鎓离子、磷鎓阳离子、苯基乃春阳离子、含铜有机金属试剂等气相反应活性研究、脑啡肽结合不同金属离子的HDX实验等。阱内光电离型在基本型的基础上，在阱内加入紫外灯，引入了光化学反应，可获得更多结果。在分子试剂精确控制分析型中，加入EI电离并控制，当定量加入反应分子后，甚至可实现产物分子的定量。分子/离子反应装置的主要创新点包括：搭建气相分子离子反应专用质谱研究平台、超长时间富集稀有离子、超长时间让离子分子反应；对反应试剂分子含量进行精确和耐污染控制。除了初步的实验，未来还可以结合光谱技术对反应结果佐证，研究过渡金属在反应中价态变化的过程，不同过渡金属阳离子的气相反应活性研究，用氢/氘交换技术对活性中间体进行结构鉴定，拓展负离子的气相活性研究、精确定量分子/离子反应等。并有可能对碎裂的中性物种进行再离子化。
Q-HyperLIT生物质谱包括：（1）API-QQQ-IT基本型；（2）变气压变气氛型；（3）激光解离型等。三段四极杆和三段离子阱复合装置的阱后，加入缓冲气，可通过超长时间的存储，对超痕量和浓度差异大的离子实现有效检测。研究结果包括：超低含量玉米素（植物激素）的检测；高纯试剂的杂质直接分析；磷酸肽的结构测定；牛血清蛋白的测定。比如，当把离子化时间从0.1秒增加到50秒后，玉米素的灵敏度增加了100倍（100nM到1nM检出）；再比如轻松实现对10-17g/g（10-5ppt）利血平的检测。当对基本型的缓冲气部分进行多路控制后，就成为变气压变气氛型；通过精确控制气压和气体种类，来显著提高离子精确控制能力，在浓度差异大的样品、大分子检测、获得更高分辨率方面有更好表现。当在阱后加入激光器后，可实现质谱+激光的多谱耦合分析。Q-HyperLIT技术通过超长时间选择富集稀有离子，存储离子，并进行多种模式的碎裂，可在生命科学、有机反应等方面，对超痕量物质测定、结构测定等方面发挥有效作用。
离子-离子反应装置包括：（1）API-QQQ-IT-（IT）2-IT-QQQ-API基本型；（2）离子/离子反应超高分辨率型。在基本型中，搭建双大气压接口（API）-四套独立控制的线性离子阱，可对离子阱网络间离子互相传输进行操控，并用“多进程-并发”方式分析离子束。比如：在离子阱A测定Bradykinin（缓激肽），仅得到[M+2H]2+，在离子阱B中测定PFO（perfluoro-1-octanol），得到单电荷负离子[B-H]-，在将[B-H]-从离子阱B传输到离子阱A，正负离子反应100毫秒后，可同时获得Bradykinin的双电荷正离子和单电荷正离子，未来还可以做更多的研究。在超高分辨型中，把4个离子阱之一的后面接上Orbitrap，作为反应后产物的高分辨率检测器，可实现分子-离子反应，离子-离子反应，高分辨率质量分析的并行分析。离子-离子反应装置的主要创新点为：搭建了独特的离子离子反应专用实验装置，实现离子阱网络操控，离子束多进程并发分析，多目标物独立选择性富集，复杂时序操控等技术，可在生命科学、离子裂解机理、裂解新物种、离子/离子反应机理，甚至有机化学合成、光化学研究新方法等研究中发挥重要作用。
最后，方向感谢了清华、浙大、复旦、大连化物所、BPRC、北京生命科学研究所、东华理工、医科院药物所等众多合作单位，并指出：质谱可以不仅仅是单纯的检测器，也可以不再受限于国外质谱产品出厂时的限定功能；国产质谱研发可以不再是简单模仿，可以做集成创新和原始创新装置。
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