实验室分析方法--激光解吸源的结构及应用

自1963年Honig和Woolston首次发表激光解吸离子化的论文后，Vastola随后将这一方法引入到有机质谱分析。四十年来激光质谱法得到了显著的发展。激光解吸离子化（简称LDI）有效地对付热稳定性低、难气化样品的分析。该技术向着两个方向发展，一是解决有机小分子的分析，二是解决生物大分子的分析。前者是将样品溶解于溶剂中，取一小滴加在金属的探头上，待溶剂蒸发后形成薄层，然后用一束激光（波长从紫外到红外均可，但后者居多）聚焦于该表面层，使样品离子化。该法所得到的谱图中突出的是质子化分子离子、阳离子化分子离子，尤其是后者。这是因为碱金属离子对有机分子的极性基团有强的亲和力，且比有机分子的IP值低3〜5eV，它们能以偶电子离子的形式形成稳定的离子。碱金属离子或来自金属探头的表面，或金属的热电离，或者是样品、溶剂中存在的痕量碱金属离子。通常准分子离子为基峰，谱图中还有若干重要的碎片离子。若调制激光的辐射密度，会增加碎片离子峰。

有几种解释LDI的过程:离子直接从固体热蒸发到气相，例如一些季铵盐在激光作用下以正离子形式出现，这就类似于在FD源中出现的情况；中性分子直接从固体热蒸发到气相中，继而电离；激光解吸；激光所形成等离子体中产生的离子。就上述几种解释来说，尽管机理不相同，但在研究过的解吸过程，如季铵盐的FD离子化、磺酸盐的负FAB以及锎等离子解吸等离子化过程，都能找到类似性。不过，可能的差异还在于除热能、粒子等称为非共振能景吸收的模式外，还有对样品共振吸收的作用，也即不同有机物对激光的频率有一定的选择性，因而也就增加了激光解吸机理的复杂性。

激光解吸解决生物大分子的分析是涉及目前流行的基体辅助激光解吸电离(MALDI)，与其相关联的质谱技术则是飞行时间的分析系统。前者具有高效解吸大分子的能力，后者具有高通量的、大质量范围的测定能力，因此二者的结合无疑是很理想的。下图是MALDI源的示意图，图中通过聚焦的激光束激发带有基体的样品分子，离子束经聚焦进入飞行管。早先的LDI用于生物大分子的测定仍是沿袭有机小分子的测试方法，结果成效不大，其中的原因之一是生物大分子直接经受激光辐射导致降解。1988年日本学者田中耕一(Tanaka)使用超细金属粉末与甘油的混合物作基体，由激光解吸和TOFMS检测，得到了 m/z 3529的羧肽酶A蛋白质的分子质量信息，由此拉开了MALDI — TOFMS研究生物大分子的序幕，并获得了2002年诺贝尔化学奖。

基体的辅助作用在于非共振吸收时帮助样品分子从凝聚态进入气态。与正常的固态进入气态所需要的气化热的情况不同，激光解吸并未导致被激发分子内能的显著增加。从事激光解吸的专家们称，这种光子参与下的解吸作用犹如“冷爆炸”，基体分子的冷爆炸形成的定向运动作用在大分子上，在低于气化所需能量下发生“蒸发”。就大分子的激光电离而言，选择辅助的基体似乎比选择共振吸收的波长更为重要，合适的基体可以在非共振吸收的波长下获得很好的谱图，因而MALDI适合于热稳定性低的生物大分子分析。作为基体的选择，早期是从粑材料和表面光沽度着手研究样品的涂覆方法，但分析效果并不明显，以后才转移到类似FAB的液态基体的研究上，从而取得了很大进展，尤其在分析几十万分子质量的蛋白质时显示了巨大的威力。

这里提及在MALDI基体研究的我国学者赵善楷等人的工作，他们使用硝化纤维素或细纤维绵纸，甚至是普通的纸作为基体，加上液态基体进行MALDI分析，结果表明在多种有机物的研究中不仅得到与FD、FAB同样的结果，而且还可以得到几乎无液体基体信号而仅为样品信息的谱图。这是一种对有机小分子和生物大分子普遍有效的液体辅助基体，是适用于激光解吸的样品制备新方法。鉴于目前MALDI/TOFMS是如此紧密相连，在提高此类仪器从早先的不到1000到目前数万分辨率上也做了许多改进工作。