MALDI-TOF-MS的基本原理

2021.12.27

儀器（如圖1）主要由兩部分組成：基質(zhì)輔助激光解吸電離離子源（MALDI）和飛行時間質(zhì)量分析器（TOF）。MALDI的原理是用激光照射樣品與基質(zhì)形成的共結(jié)晶薄膜，基質(zhì)從激光中吸收能量傳遞給生物分子，而電離過程中將質(zhì)子轉(zhuǎn)移到生物分子或從生物分子得到質(zhì)子，而使生物分子電離的過程。因此它是一種軟電離技術，適用于混合物及生物大分子的測定。TOF的原理是離子在電場作用下加速飛過飛行管道，根據(jù)到達檢測器的飛行時間不同而被檢測即測定離子的質(zhì)荷比（M/Z）與離子的飛行時間成正比，檢測離子。MALDI-TOF-MS具有靈敏度高、準確度高及分辨率高等特點，為生命科學等領域提供了一種強有力的分析測試手段，并正扮演著越來越重要的作用。
早期的MALDI一TOF 盡管能夠分析質(zhì)量數(shù)達數(shù)萬的大分子, 但是它只有數(shù)百的分辨率,質(zhì)譜峰較寬,信噪比不理想, 質(zhì)量測量精度不高。對于 MALDI一TOF, 影響分辨率的主要因素是初始離子的動能分散。這已在 Chait 等人的實驗中得到證實。目前主要有兩個措施來解決這個問題: ① 靜電反射器 ( ElectrostaticReflec tron), 這個概念最早由 Manlyrin 于 1973 年提出 ,其基本原理是當離子源飛向反射器時.高動能的離子會比低動能的離子更深的穿入反射器。離子被反射后, 飛抵離子檢測器, 高動能的離子飛行的路程就長一些。調(diào)節(jié)反射器條件就可以使得質(zhì)量相同而初始動能不同的離子更加一致地達到檢測器, 實現(xiàn)動能的一級聚焦。Mamyrin于 1994 年又提出了對離子進行高次聚集的設計方案。Cotetr 用十分簡單的圓筒電極作為反射器實現(xiàn)了 Mamyrin 的設想。反射器可以使MALDI 一TOF 的分辨率大大提高。②離子延遲引出 ( Delay Extraction) , 當激光照射靶的瞬間, 若靶電極和與其相對的離子引出電極處于相同的電位, 即在兩電極之間形成無場區(qū), 那么被解吸離子以不同的初始速度在無場區(qū)內(nèi)運動, 經(jīng)過一段延遲時間后, 速度高的離子離靶遠,速度低的離子離靶近, 然后以脈沖方式在瞬間使靶與引出電極處于不同電位, 由此產(chǎn)生的電場把離子引出, 經(jīng)聚焦透鏡后飛出離子源。離靶近的離子比離靶遠的離子得到更大的加速 ( 因而獲得更大的動能 ), 適當選擇延遲時間及靶與引出電極間電壓差, 可以有效地補償離子的初始動能分散, 從而顯著地提高線性 TOF 質(zhì)譜儀的分辨率, 飛行距離約 1 m 的線性TOF質(zhì)譜儀的分辨率可達 2000-3000。這一技術即為 “延遲引出” （Delay Extraction) 技術或稱為“ 脈沖離子引出”( PulseIon Extraction, PIE )。延遲引出技術與離子反射器聯(lián)合用可使 MALDI一TOF 質(zhì)譜儀的分辨率超過一萬。