生物質(zhì)譜儀LTQ XL的管理與維護(hù)

黃凌云 何大澄

北京師范大學(xué)細(xì)胞增殖及調(diào)控生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100875

生物質(zhì)譜儀LTQ XL的管理與維護(hù)

黃凌云 何大澄

北京師范大學(xué)細(xì)胞增殖及調(diào)控生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100875

大型生物質(zhì)譜線性離子阱是現(xiàn)階段對大分子量生物樣品分析的重要儀器。它具有速度快和精度高等特點(diǎn)。廣泛用于蛋白質(zhì)、多肽、碳水化合物、寡核苷酸、合成多聚物以及天然產(chǎn)物等研究中。主要介紹LTQ XL質(zhì)譜儀的特點(diǎn)以及管理與維護(hù), 總結(jié)在實(shí)驗(yàn)工作過程中的經(jīng)驗(yàn)與體會。

生物質(zhì)譜；LTQ； 管理； 維護(hù)

生物質(zhì)譜技術(shù)是近些年發(fā)展較為迅速的生物分析技術(shù)之一。眾所周知，生物質(zhì)譜的發(fā)展與應(yīng)用依賴于兩大離子化技術(shù)的發(fā)明, 即基質(zhì)輔助激光解析電離(Matrix Asisited Laser Desorption Ionization，簡稱MALDI)和電噴霧電離(Electronspray Ion ization，簡稱ESI) 的發(fā)明。而生物質(zhì)譜儀的分析器也從原來單一的離子阱、飛行時(shí)間、四極桿發(fā)展成多個(gè)分析器串聯(lián)的質(zhì)譜儀，如Q-TOF，Q-TRAP，TOF-TOF等，這種新型的組合很大程度上提高了生物質(zhì)譜的分辨率和靈敏度[1]。LTQ XL是Thermol公司推出的四極桿和線性離子阱相結(jié)合的串聯(lián)型質(zhì)譜儀。我校蛋白質(zhì)組學(xué)研究院于2009年購置了一臺LTQ XL，主要用于蛋白質(zhì)組學(xué)、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及序列分析、蛋白質(zhì)翻譯和修飾分析，生物大分子活性物質(zhì)鑒定等方面。在化學(xué)、材料科學(xué)方面兄弟院校及中科院研究所等都有使用。該儀器使用機(jī)時(shí)數(shù)達(dá)到1 200小時(shí)/年，年均樣品數(shù)為1 000個(gè)，目前利用該儀器已在國內(nèi)外不同刊物上發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文20余篇，是多項(xiàng)國家重大科學(xué)研究課題中不可或缺的重要技術(shù)支持。以下是筆者多年從事LTQ XL質(zhì)譜儀管理與維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

1 儀器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與主要性能

LTQ XL質(zhì)譜儀由液相系統(tǒng)、離子源、質(zhì)量分析器以及檢測器四大部分組成，離子源配備了常規(guī)的ESI和nano ESI源，質(zhì)量分析器是三重四極桿和二維線性離子阱串聯(lián)形成。其中四極桿部分由Q0，Ql和Q2這3個(gè)主要部分組成。Q0，Ql和Q2為由一組施加射頻電壓的四極桿組成的預(yù)過濾器，離子在三重四極桿中經(jīng)過聚焦后進(jìn)入離子阱。二維線性離子阱性能較三維離子阱有質(zhì)的飛躍，靈敏度、分辨率和線性動(dòng)態(tài)范圍、掃描速度有很大提高[2,3]。LTQ XL是增強(qiáng)型線性離子阱質(zhì)譜儀，其分析器側(cè)面出口配備了雙檢測器，具有更高的離子阱容量、更高的捕獲效率，避免了邊緣場效應(yīng)。另外PQD脈沖碰撞誘導(dǎo)解離技術(shù)能消除傳統(tǒng)離子阱1/3效應(yīng)，能獲得更豐富的低質(zhì)量碎片信息，具有較好的定量以及定性功能。LTQ XL可以作全掃描，也可以做MS/MS二級掃描，甚至可以做多級掃描(MS10)。該儀器具有功能強(qiáng)大的Xcalibur工作站，可進(jìn)行多種自動(dòng)化的多級質(zhì)譜操作，具有強(qiáng)大的樣品解析能力。

2 各主要部件的特點(diǎn)及維護(hù)

2.1 真空系統(tǒng)

真空對于儀器至關(guān)重要, 如果達(dá)不到高真空度，儀器將無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)[4]。LTQ XL采用兩級抽氣結(jié)構(gòu)，前級為機(jī)械泵，后級為分子渦輪泵。分子渦輪泵價(jià)格昂貴，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，因此需要更加注意保養(yǎng)與維護(hù)。每天需要檢查機(jī)械泵油的量，在最高和最低標(biāo)線之間(兩個(gè)箭頭之間)的80%。真空泵的濾網(wǎng)與泵油要定期清洗和更換，機(jī)械泵油顏色變深后換油，一般6個(gè)月需更換一次泵油，清洗機(jī)械泵濾網(wǎng)。另外儀器室溫需控制在18～24 ℃左右，因?yàn)闄C(jī)械泵和分子渦輪泵的高速運(yùn)轉(zhuǎn)會產(chǎn)生很多熱量，溫度過高會造成分子泵的損壞以及機(jī)械泵油的外溢。另外保持恒溫可以防止質(zhì)譜儀內(nèi)部各組件表面冷凝水的生成,以免造成儀器內(nèi)部線路的短路以及燒壞。泵長期不運(yùn)行時(shí)，定期需要擰開灰色振氣旋鈕，進(jìn)行5～10 min的振氣，使油內(nèi)的雜質(zhì)排出。

2.2 氣路維護(hù)

LT Q X L用到的氣體主要有高純氮?dú)夂秃?。氦氣是一種碰撞氣體，碰撞氣體的壓力設(shè)為0.3～0.4 MPa，每日需要檢查各路氣體壓力是否足夠，如果氣壓低就要及時(shí)更換，否則會造成儀器不能正常使用以及相應(yīng)配件的損壞。

2.3 供電系統(tǒng)

儀器在設(shè)計(jì)時(shí)對突然斷電情況有一定的自我保護(hù)功能，但斷電對儀器的影響相當(dāng)大。有時(shí)也會發(fā)生突然斷電或者突然來電造成儀器電路板燒壞的現(xiàn)象。因此，選用優(yōu)質(zhì)的不間斷電源是儀器正常使用和穩(wěn)定運(yùn)作的保障。一般不間斷電源也只能維持2～4小時(shí)，對于短暫的停電可以不需要停機(jī)，但長時(shí)間停電最好還是進(jìn)行停機(jī)操作。

2.4 液相色譜系統(tǒng)

液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法在蛋白質(zhì)組學(xué)研究中逐漸成為主流技術(shù)，隨著蛋白質(zhì)組學(xué)研究的發(fā)展，液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法也在迅速發(fā)展[5]。液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法可以分析一些復(fù)雜的樣品，LTQ XL配備的液相系統(tǒng)包括自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)、流動(dòng)相、色譜柱以及液質(zhì)聯(lián)用接口等。自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)要注意樣品必須保持在可溶解的狀態(tài)，不能有沉淀，否則會堵塞進(jìn)樣針。樣品的體積不能低于5 μL，否則進(jìn)樣針吸不到液體會進(jìn)入空氣，導(dǎo)致進(jìn)樣出峰受到影響。流動(dòng)相需要保證有足夠的液體量，切勿空瓶，否則會導(dǎo)致液相自動(dòng)脫氣機(jī)長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)而損壞，另外也會使管路和色譜柱產(chǎn)生很多氣泡，由于管路內(nèi)徑小而難以排出，流動(dòng)相的濾頭也需要定期放入燒杯用甲醇或乙腈超聲10 min充分清洗。做蛋白樣品時(shí)，一般采用納升級的流速，開始設(shè)置流速120 μL左右，經(jīng)過分流裝置，進(jìn)入色譜柱流速在幾百nL。蛋白質(zhì)分析常用的色譜柱一般為C18柱，粒徑5 μm，內(nèi)徑0.075 mm或者0.1 mm，長度100～150 mm。在做樣過程中，流速過大可能導(dǎo)致色譜柱的壓力過大；而流速過小可能導(dǎo)致出峰時(shí)間過慢。在設(shè)定流速之前，要進(jìn)行壓力的觀測和柱后流速的測定，在做樣過程中注意觀察壓力和噴霧的變化。每次做完樣品后，加做一些blank程序用沖洗整個(gè)系統(tǒng)。色譜柱如果長時(shí)間不使用，用50% 的乙腈保存，擰緊柱接頭防止溶劑揮發(fā)干燥。

2.5 離子源

本實(shí)驗(yàn)室配了常規(guī)ESI和nano ESI離子源, 常規(guī)ESI主要用于大流量的樣品以及校正儀器，nano ESI離子源主要用于微量的生物分子檢測。nano ESI離子源的電壓一般在1.8～2.2 V之間，跑流動(dòng)相平衡時(shí)質(zhì)譜譜圖的信噪比在E5以上即可，噴針和離子傳輸管保持一定的距離，距離太近會導(dǎo)致放電現(xiàn)象，儀器自動(dòng)停機(jī)，嚴(yán)重的會損壞電路板。離子源要定期清洗,每天做完樣品后需要清洗離子源的流路，用50:50甲醇水為流動(dòng)相200 μL/min沖洗10～20分鐘。每周清洗離子源流路，離子傳輸管每周清洗一次，Curtain Plate，orifice外部。至少一個(gè)月清洗一次，離子源內(nèi)腔體以及Q0，也是用50:50甲醇水清洗，使專用的大、小棉簽以及無塵紙擦拭，并用氮?dú)獯蹈桑@樣做可以保證信號的強(qiáng)度以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度。另外要避免使用無機(jī)鹽或其他難揮發(fā)的緩沖液，盡量避免直接向ORINFICE噴霧，這樣會降低樣品的信號，污染離子源。

2.6 檢測器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

檢測器一般不用太多的維護(hù)工作。平時(shí)做樣時(shí)觀察TUNE界面右側(cè)所有項(xiàng)目前面是否是綠色的對鉤，如果某些項(xiàng)目是紅叉，就需要聯(lián)系廠家的工程師咨詢或者上門服務(wù)。為了保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量，一般每半年對儀器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)品的校準(zhǔn)，這樣可以將儀器的各項(xiàng)參數(shù)調(diào)整到最佳狀態(tài)。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以由經(jīng)過培訓(xùn)合格的人員來操作。操作過程中，切勿用鼠標(biāo)連續(xù)點(diǎn)擊多個(gè)窗口,還有在操作軟件時(shí)也不宜點(diǎn)擊項(xiàng)目過多過快，否則很容易造成死機(jī)。一旦出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，首先選擇重啟軟件，其次是重啟工作站，再次是將儀器狀態(tài)初始化。每天重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)一次，每星期備份數(shù)據(jù)一次并清理磁盤空間，磁盤空間不夠會影響質(zhì)譜數(shù)據(jù)的采集，每月清理硬盤碎片一次。

3 結(jié)束語

質(zhì)譜儀作為生物大分子研究中的關(guān)鍵設(shè)備，正在發(fā)揮著越來越重要的作用。它不僅成為蛋白質(zhì)組學(xué)研究的重要支撐技術(shù)之一，而且在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來越多的作用。目前，生命科學(xué)院的Q-TOF，LTQ XL質(zhì)譜儀已進(jìn)入學(xué)校質(zhì)譜中心共享平臺，在大型儀器設(shè)備共享平臺上發(fā)揮著十分重要的作用，已逐步成為許多交叉學(xué)科發(fā)展不可或缺的重要儀器。大型儀器的設(shè)備維護(hù)、保養(yǎng)、使用等問題，需要我們不斷在實(shí)踐中探索與創(chuàng)新。

[1] K·Sandra, B·Devreese, J·Van Beeumen, I·Stal, M·Claeyssens. The Q-Trap mass spectrometer, a novel tool in the study of protein glycosylation[J].American Society for Mass Spectrometry, 2004,5(3): 413-423.

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[4] 賴聰.現(xiàn)代質(zhì)譜與生命科學(xué)研究[M].北京:科學(xué)出版社,2013.

[5] 張羅敷,胡曉芳,徐學(xué)敏.多維液相色譜分離技術(shù)在復(fù)雜蛋白質(zhì)組學(xué)樣品鑒定中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展,2013,13(1):161-166.

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Management and Maintenance of Biological Mass Spectrometry LTQ XL

Huang Lingyun, He Dacheng
Beijing Normal University, Beijing, 100875, China

Large biological mass spectrometry of LTQ is an important instrument analysis of high molecular weight biological samples at the present stage. It has the advantages of fast speed and high accuracy. Widely used in studies of protein， carbohydrates， peptides，oligonucleotides， synthetic polymers and natural products. This paper mainly introduces LTQ XL mass spectrometer and the characteristics of the management and maintenance， and summarize the experience in the process of using this instrument.

biological mass spectrometry; LTQ; management; maintenance

2014-09-25

黃凌云，碩士，實(shí)驗(yàn)師。