離子淌度質(zhì)譜技術(shù)及其應(yīng)用研究進(jìn)展

王玉娜，孟憲雙，劉麗娟，白 樺，馬 強(qiáng)*

(1.中國(guó)檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院，北京 100176；2.哈爾濱醫(yī)科大學(xué) 公共衛(wèi)生學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150081)

離子遷移譜(Ion mobility spectrometry,IMS)是20世紀(jì)60年代末至70年代初由Cohen和Karasek提出并逐步發(fā)展起來(lái)的一種微量化學(xué)物質(zhì)檢測(cè)技術(shù)[1]。其原理是基于不同氣相離子在電場(chǎng)中遷移速率的差異對(duì)化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行分離和表征，特別適合于一些揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機(jī)化合物的痕量檢測(cè)，如化學(xué)戰(zhàn)劑、毒品、爆炸物、大氣污染物等，在戰(zhàn)地勘查、機(jī)場(chǎng)安檢、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)生產(chǎn)等方面均有應(yīng)用。因商業(yè)化裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單、檢出限低并具備現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)能力，離子遷移譜技術(shù)受到了廣泛關(guān)注。但由于當(dāng)時(shí)人們對(duì)大氣壓下電離特性了解較少，加之離子遷移譜分辨率低且不能提供分子質(zhì)量信息，該技術(shù)并未得到非常廣泛的應(yīng)用推廣。

質(zhì)譜(Mass spectrometry,MS)是測(cè)量質(zhì)荷比(m/z)的分析技術(shù)，該技術(shù)將分子電離后形成帶電離子，并可按照離子質(zhì)荷比順序排列生成譜圖數(shù)據(jù)。質(zhì)譜技術(shù)是現(xiàn)代分析技術(shù)中同時(shí)具備靈敏度高、特異性強(qiáng)、分析速度快等特性的普適性技術(shù)，被譽(yù)為化學(xué)分析的“金標(biāo)準(zhǔn)”。20世紀(jì)50年代，美國(guó)喬治亞理工學(xué)院的Barnes、McDaniel和Martin首次將離子遷移譜與磁質(zhì)譜(Magnetic sector mass spectrometry)聯(lián)用，用于研究氣相中分子離子的反應(yīng)機(jī)理,隨后，McAffee和Edelson在1963年將離子遷移譜與飛行時(shí)間質(zhì)譜(Time-of-flight mass spectrometry,TOF-MS)聯(lián)用[2]。飛行時(shí)間質(zhì)譜由于具有極快的掃描速率，因此特別適合與離子遷移譜聯(lián)用，可在微秒級(jí)范圍內(nèi)獲得若干張高質(zhì)量質(zhì)譜圖。

20世紀(jì)70年代，隨著商品化離子淌度質(zhì)譜(Ion mobility spectrometry-mass spectrometry,IMS-MS)的問(wèn)世，不同類型的質(zhì)量分析器，包括飛行時(shí)間質(zhì)譜、四極桿質(zhì)譜(Quadrupole mass spectrometry,QMS)、傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜(Fourier-transform ion cyclotron resonance-mass spectrometry,FTICR-MS)等均有與離子遷移譜聯(lián)用的應(yīng)用報(bào)道。離子淌度質(zhì)譜技術(shù)既突破了離子遷移譜獨(dú)立使用的局限性，又大大拓展了質(zhì)譜的性能和應(yīng)用范圍。它可同時(shí)獲得樣品的離子淌度與質(zhì)荷比參數(shù)，在提高傳統(tǒng)質(zhì)譜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和特異性的同時(shí)，還可計(jì)算出離子的碰撞橫截面積(Collisional cross-section,CCS)，獲得樣品結(jié)構(gòu)狀態(tài)等信息，在未知化合物鑒定方面也顯示出強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)[3-5]。20世紀(jì)80年代末，電噴霧離子化(Electrospray ionization,ESI)和基質(zhì)輔助激光解吸離子化(Matrix-assisted laser desorption ionization,MALDI)等軟電離技術(shù)的問(wèn)世,使得離子淌度質(zhì)譜在化合物異構(gòu)體分離及生物大分子分析方面得到飛速發(fā)展[6-7]。本文綜述了近年來(lái)離子遷移譜與不同類型質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在公共安全、毒品檢測(cè)、食品安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、藥物分析以及生物大分子研究等領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展，并對(duì)離子淌度質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望，以期為廣大分析工作者提供技術(shù)參考。

圖1 常規(guī)離子遷移譜(正離子模式)的工作原理圖[8]Fig.1 Schematic diagram of routine IMS under positive ion mode[8]

1 離子遷移譜

1.1 工作原理

離子遷移譜通常由進(jìn)樣和電離系統(tǒng)、遷移管、信號(hào)放大處理系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)及氣路系統(tǒng)組成，其核心部件為遷移管，離子生成和分離表征均在遷移管中進(jìn)行。傳統(tǒng)離子遷移譜的工作原理是將樣品蒸氣或微粒氣化后經(jīng)半透膜濾除其中的煙霧、無(wú)機(jī)分子和水分子等雜質(zhì)，通過(guò)載氣攜帶進(jìn)入遷移管反應(yīng)區(qū)(圖1)。閉合型遷移管是離子遷移譜目前采用的較為成熟的核心分離技術(shù)，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，待測(cè)分子通過(guò)質(zhì)子或電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，生成產(chǎn)物離子。在遷移管中弱電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，離子團(tuán)簇移向離子?xùn)砰T?？刂齐x子?xùn)砰T的開(kāi)關(guān)脈沖，可形成周期性進(jìn)入漂移區(qū)的離子脈沖。在電場(chǎng)與逆流中性漂移氣體的共同作用下，產(chǎn)物離子軸向漂移至法拉第接收盤產(chǎn)生電流，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大系統(tǒng)放大并轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，獲得離子遷移譜圖。由于帶電離子的遷移率即單位電場(chǎng)強(qiáng)度作用下離子的漂移速度，取決于其質(zhì)量、尺寸及電荷數(shù)，因此不同種類的產(chǎn)物離子在同一電場(chǎng)下的遷移率也會(huì)不同，導(dǎo)致通過(guò)整個(gè)漂移區(qū)所用的遷移時(shí)間不同，由此辨識(shí)和鑒定被測(cè)物質(zhì)種類，并可進(jìn)行定量分析。

1.2 電離源

位于遷移管電離反應(yīng)區(qū)的電離源是待測(cè)物實(shí)現(xiàn)電離并進(jìn)行進(jìn)一步分離檢測(cè)的基本保障。放射性電離源由于電離性能穩(wěn)定可靠，且無(wú)需外接電源和后期維護(hù)而被廣泛使用。目前使用最多的放射性電離源為63Ni，但放射性元素在高溫條件下易氧化成不穩(wěn)定的鎳氧化物或鎳鹽，若泄露不僅對(duì)環(huán)境造成污染，也會(huì)對(duì)使用者造成傷害。目前，基于光致電離、電暈放電離子化、電噴霧離子化、基質(zhì)輔助激光解吸離子化等技術(shù)的非放射性電離源也得到長(zhǎng)足發(fā)展和廣泛應(yīng)用。隨著離子遷移譜應(yīng)用的愈加廣泛，分析物的數(shù)量愈加增多，很多科研工作者也致力于多通道復(fù)合電離源的開(kāi)發(fā)研究。目前應(yīng)用較多的離子源及其優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 離子遷移譜常用離子源的優(yōu)缺點(diǎn)Table 1 Advantages and disadvantages of common ionization sources for IMS

1.3 主要類別

離子遷移譜按照分離機(jī)理可分為遷移管離子遷移譜(Drift tube ion mobility spectrometry,DTIMS)、行波離子遷移譜(Travelling-wave ion mobility spectrometry,TW-IMS)、場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移譜(Field asymmetric waveform ion mobility spectrometry,FAIMS)、呼吸式離子遷移譜(Aspiration ion mobility spectrometry,AIMS)等。在實(shí)際應(yīng)用中，前兩種離子遷移譜使用相對(duì)較多。

1.3.1遷移管離子遷移譜遷移管離子遷移譜是應(yīng)用最為普遍的離子遷移譜，并且是唯一一種可直接測(cè)量碰撞橫截面積的技術(shù)。有關(guān)遷移管離子遷移譜的工作原理介紹參見(jiàn)“1.1”所述。

1.3.2行波離子遷移譜行波離子遷移譜是在常規(guī)離子遷移譜基礎(chǔ)上加以改進(jìn)的新型離子遷移譜，其結(jié)構(gòu)類似于傳統(tǒng)離子遷移譜，區(qū)別是施加在行波離子遷移譜離子遷移環(huán)上的電壓為周期分布的交流電壓，因此，離子在遷移管中的運(yùn)動(dòng)軌跡不再是單純沿著遷移管方向呈直線運(yùn)動(dòng)，而是在向前運(yùn)動(dòng)的同時(shí)還會(huì)上下進(jìn)行振蕩運(yùn)動(dòng)，延長(zhǎng)了離子運(yùn)動(dòng)路徑，增加了離子在遷移區(qū)中的遷移時(shí)間，從而可實(shí)現(xiàn)更加高效的分離，有效減少交叉干擾[9]。行波離子遷移譜的靈敏度高、分離速度快，在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及復(fù)合體亞基解析等方面發(fā)揮著重要作用[10-13]。

1.3.3場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移譜場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移譜，又稱為差分離子遷移譜(Differential mobility spectrometry,DMS)，于20世紀(jì)90年代初首次被報(bào)道[14]。場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移譜依據(jù)高電場(chǎng)條件下，離子遷移率與電場(chǎng)強(qiáng)度呈非線性關(guān)系實(shí)現(xiàn)不同離子的分離。其基本原理是：在遷移管平行極板間施加一個(gè)不對(duì)稱的射頻電壓和補(bǔ)償電壓，利用交變的高低電場(chǎng)相互作用實(shí)現(xiàn)高效分離，并施加補(bǔ)償電壓，最終使干擾離子流向平行極板被中和，目標(biāo)離子順利通過(guò)遷移區(qū)被檢測(cè)到，以實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)離子與目標(biāo)離子的高效分離、富集，從而顯著提高檢測(cè)離子的選擇性。場(chǎng)不對(duì)稱波形離子遷移譜目前在同分異構(gòu)體分離、血液或血漿、空氣或水中污染物及疾病標(biāo)志物的檢測(cè)等方面均有良好應(yīng)用[15-18]。

1.3.4呼吸式離子遷移譜呼吸式離子遷移譜主要由離子源和一對(duì)平行板構(gòu)成，在其中一個(gè)極板上分布有一系列相互隔離的檢測(cè)電極。離子通過(guò)恒定流速的載氣被連續(xù)注入分離室內(nèi)，載有離子的緩沖氣流的方向與施加電場(chǎng)的方向相互垂直。離子隨氣流在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，在垂直電場(chǎng)作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，不同遷移率的離子會(huì)被收集在不同檢測(cè)電極上，依據(jù)所得離子電流信號(hào)對(duì)離子進(jìn)行區(qū)分。呼吸式離子遷移譜現(xiàn)已出現(xiàn)商品化儀器，但國(guó)際上對(duì)呼吸式離子遷移譜開(kāi)展的研究仍相對(duì)較少。

2 離子淌度質(zhì)譜

2.1 儀器構(gòu)造及工作原理

離子淌度質(zhì)譜是離子遷移譜與質(zhì)譜聯(lián)用的一種新型分析技術(shù)，與單獨(dú)使用質(zhì)譜相比，該技術(shù)通常是在質(zhì)譜離子源和質(zhì)量分析器之間增加離子遷移管，待測(cè)離子通過(guò)離子遷移管按照淌度預(yù)分離后進(jìn)一步被質(zhì)譜檢測(cè)，可獲得離子淌度質(zhì)譜的二維或三維圖譜。

自20世紀(jì)50年代離子遷移譜與磁質(zhì)譜首次聯(lián)用[19]以來(lái)，人們陸續(xù)將離子遷移譜與四極桿質(zhì)譜、四極離子阱質(zhì)譜(Quadrupole ion trap mass spectrometry,QIT-MS)、線性離子阱質(zhì)譜(Linear ion trap mass spectrometry,LIT-MS)和傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜進(jìn)行聯(lián)用，大大提高了譜圖分辨率和擴(kuò)展了定量線性動(dòng)態(tài)范圍。Creaser等[20]將四極離子阱放置于離子遷移譜前進(jìn)行聯(lián)用，離子在四極離子阱中被捕獲和富集，然后進(jìn)行淌度測(cè)量，這對(duì)于較低含量組分的分析鑒定有著重要的意義。

20世紀(jì)80年代末，特別是以電噴霧離子化和基質(zhì)輔助激光解吸離子化為代表的軟電離技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，離子遷移譜在同分異構(gòu)體及手性化合物分離方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)引起人們關(guān)注，配有各種新型離子源的離子淌度質(zhì)譜技術(shù)也相繼推出。當(dāng)前，離子遷移譜大多與飛行時(shí)間質(zhì)譜進(jìn)行聯(lián)用(圖2)，這得益于飛行時(shí)間質(zhì)譜的超快掃描速率，結(jié)合離子遷移譜的毫秒級(jí)分離速度，大大提高了峰容量和譜圖分辨率。同時(shí)，離子幾何形狀和碰撞橫截面積精確計(jì)算方法的飛速發(fā)展，推動(dòng)了離子淌度質(zhì)譜技術(shù)的進(jìn)步，軟電離源的應(yīng)用也為生物大分子構(gòu)象研究提供了有力的技術(shù)支撐。

圖2 行波離子遷移譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜的工作原理圖[21]Fig.2 Schematic diagram of commercially available travelling-wave ion mobility spectrometry(TWIMS)integrated with an orthogonal acceleration quadrupole hybrid time-of-flight mass spectrometer[21]

2.2 應(yīng)用研究進(jìn)展

2.2.2毒品檢測(cè)當(dāng)今世界，新型毒品不斷出現(xiàn)并迅速蔓延，已成為最嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題之一。離子遷移譜和離子淌度質(zhì)譜在違禁毒品檢測(cè)中的應(yīng)用也十分廣泛。可卡因、海洛因、嗎啡等含氮化合物具有較強(qiáng)的質(zhì)子親和力，離子遷移譜信號(hào)響應(yīng)良好，在美國(guó)等相關(guān)國(guó)家，離子遷移譜在警方和毒品管制局得以應(yīng)用[28-31]。近年來(lái)，離子淌度質(zhì)譜憑借其優(yōu)異的鑒定性能，越來(lái)越多地被應(yīng)用在毒品檢測(cè)領(lǐng)域。Wu等[32]將二次電噴霧離子化技術(shù)與質(zhì)譜結(jié)合，搭建了離子淌度質(zhì)譜分析平臺(tái)(圖3)，并將二次電噴霧離子化與傳統(tǒng)電噴霧離子化進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，對(duì)于揮發(fā)性小分子化合物，二次電噴霧離子化較傳統(tǒng)電噴霧離子化具有更高的電離效率，鹽酸海洛因、麥角酸酰二乙氨、硫酸嗎啡、鹽酸苯環(huán)利定、四氫大麻酚等違禁毒品在二次電噴霧離子化-離子淌度質(zhì)譜模式下的檢測(cè)靈敏度明顯優(yōu)于電噴霧離子化-離子淌度質(zhì)譜方法，從而為揮發(fā)性小分子物質(zhì)的分離檢測(cè)提供了新思路。Matz等[33]運(yùn)用離子淌度質(zhì)譜技術(shù)在70 s內(nèi)完成了7種鴉片類制劑的分離分析，實(shí)現(xiàn)了嗎啡和去甲可待因2種同分異構(gòu)體的基線分離，縮短了樣品分析時(shí)間，大幅提高了樣品分析通量。Bailey等[34]分別采用解吸電噴霧離子化(Desorption electrospray ionization,DESI)結(jié)合線性離子阱-靜電場(chǎng)軌道阱質(zhì)譜和基質(zhì)輔助激光解吸離子化-離子淌度質(zhì)譜對(duì)接受戒毒和酗酒治療患者的指紋和唾液進(jìn)行比對(duì)分析，發(fā)現(xiàn)可卡因、苯甲酰芽子堿和甲基芽子堿等毒品成分的分析結(jié)果與唾液一致，提供了一種非侵入式的便捷檢測(cè)技術(shù)手段。

圖3 電噴霧/二次噴霧離子化-離子淌度質(zhì)譜的工作原理圖[32]Fig.3 Schematic diagram of electrospray/secondary electrospray ionization ion mobility spectrometry-mass spectrometry[32]

2.2.3食品安全近年來(lái)食品安全問(wèn)題備受關(guān)注，離子遷移譜以其小巧便攜、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)在食品安全領(lǐng)域占有一席之地[35-38]。當(dāng)前，分析工作者致力于采用離子淌度質(zhì)譜技術(shù)開(kāi)發(fā)快速靈敏、準(zhǔn)確可靠的分析方法。Goscinny等[39]建立了一種水果和蔬菜中100種多類別農(nóng)藥殘留的行波離子遷移譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜分析方法。以氮?dú)庾鳛檩d氣，對(duì)不同離子淌度參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并考察了不同基質(zhì)提取溶液對(duì)遷移時(shí)間的影響。結(jié)果表明，遷移時(shí)間基本不受基質(zhì)干擾和待測(cè)物濃度的影響，驗(yàn)證了遷移時(shí)間是化合物定性鑒別的關(guān)鍵參數(shù)，結(jié)合色譜保留時(shí)間和質(zhì)荷比，可有效消除假陽(yáng)性結(jié)果，顯著提高檢測(cè)準(zhǔn)確性。Causon等[40]提出了一種基于高效液相色譜-離子淌度-四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜的葡萄酒中酚類成分的分析流程。除保留時(shí)間和高分辨質(zhì)譜圖外，單電場(chǎng)碰撞橫截面積值也易于獲取。在6個(gè)平行試驗(yàn)中，233種酚類成分的特征保留時(shí)間平均精度為0.28%，遷移時(shí)間平均精度為0.18%，質(zhì)量偏差為1.5 ppm。通過(guò)建立穩(wěn)定可靠的標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)流程，使酚類提取物間的分子特征精準(zhǔn)匹配，有利于不同機(jī)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)室間的相互比對(duì)。Gloess等[41]將電暈放電離子化與離子淌度質(zhì)譜聯(lián)用，分別采用正、負(fù)離子化模式，對(duì)咖啡焙燒過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)行在線分析，離子遷移譜可將同分異構(gòu)體化合物高效分離，有效提高離子選擇性，實(shí)驗(yàn)在巴西阿拉比卡咖啡中檢出了150余種揮發(fā)性物質(zhì)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)烷基吡嗪作為咖啡香氣的風(fēng)味物質(zhì)，其烷基鏈長(zhǎng)度和位置不同，散發(fā)的香味也不同，該研究對(duì)咖啡化學(xué)成分的檢測(cè)分析提供了新方法。麻痹性貝類毒素存在于貝類等海產(chǎn)品中，攝食后可產(chǎn)生麻痹作用，經(jīng)食物鏈的富集傳遞，可引發(fā)人體麻痹性中毒。由于高極性化合物難氣化以及大量潛在干擾類似物的存在，其檢測(cè)一直具有挑戰(zhàn)性。Beach等[42]開(kāi)發(fā)了親水相互作用色譜與差分離子遷移譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用的分析方法，通過(guò)優(yōu)化差分離子遷移譜參數(shù)，使待測(cè)物與干擾類似物得以有效分離，該方法對(duì)麻痹性貝類毒素具有高度選擇性，并可準(zhǔn)確定量。

2.2.5藥物分析離子遷移譜以其快速、簡(jiǎn)便、靈敏等優(yōu)勢(shì)，在藥物的質(zhì)量控制、快速篩查、分析檢測(cè)等方面日益受到關(guān)注，離子遷移譜與質(zhì)譜結(jié)合，可使藥物分析的定性能力大大增強(qiáng)。Jafari等[49]采用中空纖維液相微萃取三相萃取模式與電噴霧質(zhì)譜結(jié)合，建立了同時(shí)分離測(cè)定血漿、尿液樣本中抗抑郁藥三甲丙咪嗪和地昔帕明的方法，2種藥物可在10 ms完成基線分離，定量下限達(dá)5 μg/L。Hines等[50]利用行波離子淌度質(zhì)譜技術(shù)可提供碰撞橫截面積、質(zhì)荷比等正交信息的特性，將其用于藥物及代謝物的鑒定。該研究將小分子與已知碰撞橫截面積值的校準(zhǔn)物多肽結(jié)合，采用384孔板流注分析法，測(cè)定了1 425種藥物或其藥物類似物的碰撞橫截面積。通過(guò)軟件簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)提取、處理和校準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)相同分子量的藥物覆蓋了較廣的碰撞橫截面積值范圍，表明這些藥物具有結(jié)構(gòu)多樣性。在碰撞橫截面積-質(zhì)譜圖譜中，每種藥物占據(jù)一個(gè)狹窄區(qū)域，表明每種具有特定靶點(diǎn)的藥物均存在緊密的結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系，該技術(shù)不僅提高了藥物及其代謝物的鑒別能力，根據(jù)其在碰撞橫截面積-質(zhì)譜圖譜中的位置對(duì)新的候選分子的生物活性進(jìn)行分類，還可作為一般方法的基準(zhǔn)用于計(jì)算碰撞橫截面積值；Weston等[51]將離子遷移譜-四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜與解吸電噴霧離子源結(jié)合，對(duì)雙氯苯雙胍己烷、對(duì)乙酰氨基酚等非處方及處方藥片進(jìn)行分析，離子遷移譜可實(shí)現(xiàn)藥片中待測(cè)成分的快速分離，解吸電噴霧離子源使樣品無(wú)需預(yù)處理和色譜分離，可直接進(jìn)行原位分析，檢測(cè)時(shí)間小于2 min，檢出限達(dá)毫摩爾級(jí)，方法靈敏度高、快速便捷、選擇性好，在小分子藥物制劑的藥物篩選方面具有較好的應(yīng)用前景。Chan等[52]應(yīng)用超高效液相色譜-四極桿-離子淌度-飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)來(lái)氟米特和對(duì)乙酰氨基酚進(jìn)行代謝產(chǎn)物分析，借助離子遷移譜確定二者的遷移時(shí)間，并討論了遷移時(shí)間、分子量、碰撞橫截面積等特性的相關(guān)性。Ruth等[53]采用離子遷移譜結(jié)合高分辨質(zhì)譜技術(shù)對(duì)大麻二酚等4種大麻素類物質(zhì)分別進(jìn)行定性定量分析，甄別驗(yàn)證產(chǎn)品標(biāo)簽的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。

2.2.6生物大分子研究隨著電噴霧離子化和基質(zhì)輔助激光解吸離子化等軟電離技術(shù)的相繼問(wèn)世，離子淌度質(zhì)譜在生物大分子領(lǐng)域日益受到關(guān)注。近年來(lái)，大量文獻(xiàn)報(bào)道了應(yīng)用離子淌度質(zhì)譜技術(shù)進(jìn)行蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析、蛋白質(zhì)高通量分析、蛋白質(zhì)組學(xué)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)之間及蛋白質(zhì)-小分子之間相互作用等方面的研究[54-58]。Baker等[59]采用反相色譜與離子遷移譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用方法，在15 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)混合樣本的分離，與傳統(tǒng)梯度洗脫相比，大大縮短了分析時(shí)間，為蛋白質(zhì)樣本的高通量檢測(cè)提供了新方法。Young等[60]借助電噴霧離子化-離子淌度質(zhì)譜聯(lián)用的強(qiáng)大分析能力，對(duì)蛋白質(zhì)聚集體和小分子抑制作用進(jìn)行精準(zhǔn)快速分析，并以Aβ40淀粉樣蛋白為例，發(fā)現(xiàn)并鑒定了兩種新的Aβ40小分子抑制劑(圖4)。Benigni等[61]建立了離子淌度質(zhì)譜分析方法，對(duì)變性和非變性條件下的蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-核酸復(fù)合物及蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)復(fù)合物等生物大分子及其復(fù)合物進(jìn)行檢測(cè)，并首次應(yīng)用離子淌度質(zhì)譜技術(shù)通過(guò)碰撞橫截面積對(duì)150 kD的蛋白質(zhì)和蛋白復(fù)合物進(jìn)行分析。膜蛋白是生物膜功能的主要承擔(dān)者，生物膜上的脂質(zhì)可以調(diào)節(jié)膜蛋白的結(jié)構(gòu)和功能，從膜蛋白復(fù)合物上分離脂質(zhì)是膜蛋白質(zhì)研究的難點(diǎn)。Liu等[62]采用離子淌度質(zhì)譜技術(shù)對(duì)大腸桿菌膜蛋白-脂質(zhì)相互作用進(jìn)行表征，隨著碰撞能量和離子源溫度的增加，蛋白質(zhì)離子逐漸發(fā)生去溶劑化、構(gòu)象重組及碰撞誘導(dǎo)蛋白質(zhì)去折疊，脂質(zhì)繼而被電離，經(jīng)離子遷移譜分離實(shí)現(xiàn)了測(cè)定。由于在脂質(zhì)被離子化前后，膜蛋白的電荷量未發(fā)生變化(均帶15個(gè)電荷)，有力表明了大腸桿菌膜蛋白的結(jié)合脂質(zhì)以中性狀態(tài)存在。脂質(zhì)高度的化學(xué)復(fù)雜性一直是脂質(zhì)組學(xué)研究的重要挑戰(zhàn)，Paglia等[63]借助離子遷移譜的高效分離作用，將其與質(zhì)譜技術(shù)有機(jī)結(jié)合，與單獨(dú)使用質(zhì)譜相比，離子淌度質(zhì)譜可降低背景干擾，顯著提高峰容量和信噪比，從而實(shí)現(xiàn)更精確的定性定量分析，此外超高效液相色譜-離子淌度質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)常規(guī)脂類的結(jié)構(gòu)表征。Sarbu等[64]應(yīng)用離子淌度質(zhì)譜技術(shù)對(duì)人腦神經(jīng)節(jié)苷脂進(jìn)行研究，從37周正常胎兒大腦額葉取樣，進(jìn)行分離純化，發(fā)現(xiàn)了大量糖鏈異質(zhì)體的存在和神經(jīng)酰胺鏈的多樣性，通過(guò)離子遷移譜和高分辨質(zhì)譜的結(jié)合，可發(fā)現(xiàn)143種神經(jīng)節(jié)苷脂表現(xiàn)出高度的異質(zhì)性，研究還發(fā)現(xiàn)人腦中神經(jīng)節(jié)苷脂唾液酸化作用程度也高于以往報(bào)道。Zhang等[65]建立了帕金森病小鼠模型，應(yīng)用電噴霧電離-離子淌度質(zhì)譜技術(shù)對(duì)模型小鼠和對(duì)照組小鼠紋狀體組織進(jìn)行代謝分析，通過(guò)對(duì)離子淌度質(zhì)譜圖譜和主成分分析發(fā)現(xiàn)，帕金森病小鼠至少有9種代謝物發(fā)生明顯改變，可作為帕金森疾病的生物標(biāo)志物，更為重要的是，發(fā)現(xiàn)了多巴胺的同分異構(gòu)體(2-乙胺)，這表明以往的研究可能低估了帕金森病患者中多巴胺的減少水平。

圖4 采用電噴霧離子化-離子淌度質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)過(guò)程原理圖[60]Fig.4 Schematic diagram of the ESI-IMS-MS experimental procedure[60]

3 總結(jié)與展望

質(zhì)譜技術(shù)是現(xiàn)代分析技術(shù)中同時(shí)具備靈敏度高、特異性強(qiáng)、分析速度快等特性的普適性技術(shù)，被譽(yù)為化學(xué)分析的“金標(biāo)準(zhǔn)”。離子淌度質(zhì)譜結(jié)合了離子遷移譜技術(shù)靈敏、快速、能夠提供離子結(jié)構(gòu)信息和質(zhì)譜能夠提供精確質(zhì)量信息的特點(diǎn)，在異構(gòu)體化合物分析、生物大分子相互作用研究等方面正凸顯出優(yōu)越性。但離子遷移譜的分辨率低、靈敏度受捕獲手段影響較大、線性范圍窄等缺點(diǎn)，也局限了其進(jìn)一步發(fā)展。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究人員采用該技術(shù)在各領(lǐng)域進(jìn)行了大量應(yīng)用研究。離子遷移譜技術(shù)經(jīng)過(guò)50余年的發(fā)展，其理論研究日趨成熟，同時(shí)多種離子源的開(kāi)發(fā)也大大拓展了離子遷移譜技術(shù)的應(yīng)用范圍。隨著更多類型離子源的引入，離子遷移譜的分辨率、靈敏度會(huì)逐步提升完善，離子淌度質(zhì)譜的應(yīng)用范圍也會(huì)越來(lái)越廣，其分析不再局限于氣相揮發(fā)性有機(jī)物，對(duì)液體和固體也可直接進(jìn)行分析。另一方面，離子遷移譜部件微型化而又不損失性能也是其重要發(fā)展方向之一，目前各大質(zhì)譜廠商已陸續(xù)掌握了各自的離子遷移譜技術(shù)，并將小型離子遷移譜部件嵌入質(zhì)譜儀器。相信隨著科技的進(jìn)步，離子淌度質(zhì)譜技術(shù)的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越多，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹?lái)越廣。