质谱分子成像技术与应用进展

该文总结了二次离子质谱、基质辅助激光解吸电离质谱和常压敞开式离子化质谱三大类型质谱分子成像（MSI）技术的概况、技术与方法及其应用新进展。MSI技术作为免标记、高覆盖、高灵敏、检测范围广的可视化分析手段,不局限于生物组织或细胞中某种特定分子的检测,可对已知和未知多种分子进行同时成像分析,获得不同分子的空间分布、相对含量及结构信息,实现其分子的定性、定量与定位分析;还可提供不同生理及病理过程中功能分子的动态时空变化信息等。因此,MSI技术成为质谱领域以及分析化学等领域的研究前沿与热点方向之一,并在化学、医学、生命科学、药学和环境科学等领域显示出重大应用前景。此外,MSI技术是单细胞可视化分析和空间分辨代谢组学的强有力分析手段,可从动物或器官组织的整体、微区、单细胞等不同空间尺度,获取具有空间分布特征、时空动态变化的功能分子全景轮廓信息等而备受关注。     

新型污染物的环境质谱技术研究进展

随着科学技术的飞速发展,质谱检测及其联用技术方法正以前所未有的速度、广度和深度全面渗透到环境分析化学中,其在环境监测中的使用已经或正在日常化.近年来,一些高分辨质谱及其与色谱等的联用技术在目标污染物和非目标污染物的同时甄别鉴定和分析中发挥了重要作用,其对于阐明污染物在环境的归趋具有重要意义.本文对质谱技术及其与气相色谱和液相色谱的联用技术在污染物尤其是新型污染物分析中的进展进行了总结,并对高分辨质谱技术的环境应用研究给于关注,对环境质谱技术的发展方向进行了展望.     

分子印迹超分子技术监测及治理低浓度环境污染物研究进展

低浓度环境污染物严重威胁着人类生命健康.作为一类高效、稳定的分子识别体系,分子印迹超分子在低浓度环境污染物的监测及治理方面具有广阔的发展前景.本文简要回顾了分子印迹技术的发展,全面综述了分子印迹技术在低浓度污染物监测中的应用,展示了分子印迹技术应用于低浓度污染物处理时的多种工艺路线和策略,如与生物催化和光催化相结合等.最后探讨了分子印迹技术在低浓度环境污染物的监测及治理领域的研究和应用中需要解决的基础科学和关键技术问题.     

脂组学及其研究进展

脂质的生物功能具有多样性,其代谢与多种疾病的发生、发展密切相关.脂质的分析量化对研究疾病发生机理和诊断治疗,以及医药研发有非常重要的生物学意义.分析技术的快速发展,特别是质谱及其联用技术的运用,促使脂质分析不断完善.脂组学就是对生物样本中脂质的整体分析,是代谢组学的重要组成部分,能够促进代谢组学的发展.本文就脂质的生物功能、脂质分析以及脂组学的研究现状作简要评述.     

基于先进紫外光源的生物质谱技术的最新进展及展望

生物大分子质谱是研究复杂生命体系中分子的序列组成、动态结构、相互作用和空间分布的前沿科学领域.先进紫外光源特别是同步辐射、自由电子激光等大科学装置的发展,为光解离-串联质谱和光电离-质谱成像等生物大分子质谱研究尖端技术的进步提供了新的机遇.本综述中,我们总结了不同波长先进光源包括X射线、极紫外激光等在蛋白质、脂质等生物分子高效光解离和序列、结构、相互作用表征,光化学氧化标记和动态结构分析,高效光电离和高灵敏度质谱检测及空间分布成像等领域的研究进展;进一步展望了新一代先进紫外光源特别是具有更高亮度、更短脉冲、更高重频的极紫外自由电子激光在生物大分子质谱研究中的应用前景和可能带来的技术突破.     

持久性有机污染物4,4’-DDE和CB-153的反向虚拟筛选

持久性有机污染物(POPs)会导致人类和动植物各种疾病的发生, 已经成为一种新的全球性环境问题.研究发现, POPs分子能够特异性地结合到生物体内一些蛋白质受体上, 发挥其致病机制. 本文运用基于分子对接的反向虚拟筛选方法,从蛋白质结构数据库中筛选出配体分子可能的受体蛋白质, 研究了持久性有机污染物4,4'-DDE和CB-153潜在的受体蛋白质. 结合实验信息, 讨论分析了排在前5%的蛋白质受体. 值得注意的是,已知的一些蛋白质受体都排在了虚拟筛选结果的前列. 该研究不仅有助于进一步了解这些有毒污染物分子的致病机制, 还将为设计针对该类污染物分子的生物传感器提供有用的信息.     

正负离子切换扫描质谱成像分析方法及其整体动物体内代谢应用研究

基于质谱成像(MSI)技术的空间分辨代谢组学方法已经成为生物组织学、肿瘤分子病理诊断和新药药效毒理研究的有力工具。该研究采用敞开式空气动力辅助解吸电喷雾离子化(AFADESI)技术,开发了一种正负离子切换扫描的质谱成像方法。该方法在离子化过程中无需施加高电压,既提高了敞开式离子化质谱成像的操作安全性,还可将生物组织切片,尤其是较大面积的整体动物组织切片中的各类不同性质的内源性代谢物进行高效率解吸和离子化,同时获得多胺、氨基酸、磷脂(正离子模式易电离)和核苷、磷脂酰甘油(负离子模式易电离)等内源性代谢物的空间分布特征。通过正负离子化的同时扫描和质谱成像分析,节省了数据采集的时间和样本切片的数量,扩展了代谢物的覆盖范围,使得一次实验可以成像检出更多种类的代谢物。因此,该方法在整体动物各组织器官的空间分辨代谢组学研究中具有优势,有望从整体动物体内代谢水平深刻理解与生理、病理和药理相关的分子空间分布特征及分子机制。     

多溴二苯醚的生物代谢机制研究进展

作为一种广泛使用的阻燃剂,多溴二苯醚(PBDEs)及其衍生物羟基化多溴二苯醚(OH-PBDEs)和甲氧基化多溴二苯醚(MeO-PBDEs)等已从环境介质、各种生物体甚至人体内检测出来.但是对于生物体内低溴代PBDEs及其羟基化和甲氧基化衍生物的来源及其是否由PBDEs在生物体内代谢形成等问题,目前仍存在较多争论.由于PBDEs进入生物体后的生物转化、代谢途径与其对生物体的毒性有密切关系,因此是研究者们关注的焦点.本文在对生物体内PBDEs及其代谢物的来源和分布进行分析的基础上,综述了PBDEs在生物体内发生脱溴还原代谢和氧化代谢的研究进展,从体内原位代谢和体外模拟代谢研究两方面探讨了PBDEs的生物代谢机制、代谢途径及还原和氧化代谢中可能涉及的代谢酶,指出进一步深入开展PBDEs的生物积累和代谢研究的方向.     

PBDEs研究的最新进展

多澳联苯醚(PBDEs)是一类环境中广泛存在的全球性有机污染物.由于其具有环境持久性、远距离传输、生物可累积性及对生物和人体具有毒害效应等特性,对其环境问题的研究已成为当前环境科学的一大热点.本文对最近几年来环境中PBDEs研究的进展进行综述,对多溴联苯醚在环境及生物体中的分布、时间趋势、人体暴露及途径、环境中的降解和生物代谢以及生物累积与生物放大方面的研究进行了总结,对目前存在问题及进一步的研究方向进行了讨论和展望.     

醛类标志物的化学衍生化色谱-质谱分析方法进展

人体接触环境中的化学污染物会导致多种疾病,包括癌症、糖尿病、心血管疾病、神经退行性疾病(阿尔茨海默症、帕金森病等)等。作为一类具有高反应活性的亲电化合物,醛类(包括外源性醛类或环境污染物暴露后产生的内源性醛类)可与人体中多种重要生物分子形成共价修饰产物而产生毒害作用。暴露组研究自2005年被首次提出以来一直是一个前沿热门领域,暴露组研究可绘制生物标志物与疾病风险之间的复杂关系,因此,所有生物标志物的可测量的和特征性的变化共同构成了暴露组研究的关键基础。醛类是化学暴露组的主要成分之一。由于醛类化合物自身物理化学性质和样品大量基质干扰存在,对它们进行分析和表征特别困难。醛类化合物的分析检测方法主要有传感分析法、电化学法、荧光成像、色谱法、质谱法、色谱-质谱联用法等。基于色谱-质谱的分析技术已成为化学暴露组研究的主要方法之一。化学衍生化,特别是稳定同位素标记衍生化(亦称化学同位素标记)结合液相色谱-质谱(LC-MS)技术能够解决靶向和非靶向代谢组和暴露组分析工作中的诸多问题。化学衍生化联合色谱-质谱的分析策略是复杂体系中醛类精准分析非常重要的解决方案之一。特别是近5年,基于化学衍生化的色谱-质谱分析方法开发与应用已成为醛类分析方法中的热点和亮点。该文主要总结与评述了近5年基于化学衍生化的气相色谱-质谱(GC-MS)和LC-MS最新进展,重点关注生物基质(血液、尿液、唾液、生物组织等)中醛类暴露标志物的分析方法进展。通过探讨标记小分子醛的各种衍生试剂、定性/定量分析方法及应用价值,评述醛类暴露标志物不同分析方法的优缺点以及未来发展趋势,为暴露组学、代谢组学、脂质组学的整合发展和环境生态健康研究提供一定的帮助。为了阐明外源性和内源性醛类化合物在生理和病理事件中所起的复杂作用,需要大力改进研究醛组学(aldehydome)的分析表征技术和工具。随着更先进的质谱仪的研发和使用,以及高效色谱分离和不断进步的生物信息学手段,并同时伴随着单细胞分析、质谱成像的兴起,未来的醛类暴露组分析方法会具有更高的灵敏度、更高的分析通量,更有希望筛选鉴定未知醛类化合物并发现新的暴露组生物标志物。     

The Measurement of Leucine Enkephalinat the Femtomole Level by Fast Atom Bombardment Mass Spectrometry/Mass Spectrometry Methods

Abstract

FAB-MS/MS methods are used to quantify the neuropeptide leucine enkephalin (LE = YGGFL) in synthetic solutions. Maximum molecular specificity is provided by monitoring two metastable transitions from the LE (M + H)⁺, 556 → 425 and 556 → 336, in a forward geometry (E, B) mass spectrometer using a B/E linked-field selected reaction monitoring technique. Obtained sensitivity is 40 pg LE, which equals 72 fmol. The statistics of the best-fit straight lines are, for m/z 425: y = 34 + 166 (r = 0.999), and for m/z 336: y = 2.5x + 17.2 (r = 0.996).     

同位素质谱与无机质谱分析

本文是《分析试验室》定期评述中“无机质谱分析”课题的第二篇评述文章,它增加了同位素质谱分析的内容,故将题目改为现今题目,它综述了1985年～1990年间同位素质谱和无机质谱的发展概况。其中包括同位素示踪、同位素稀释、火花源质谱、二次离子质谱、等离子体质谱等。内容以国内为主,也收集了少量代表学科先进水平的外国文献。     

傅里叶变换离子回旋共振质谱测定复杂表面活性剂组分

利用傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR-MS)，分析了两类复杂的离子型表面活性剂样品。实验结果表明：高分辨FT-ICR-MS，可以简单、快速、准确地获得两类化合物的结构信息，利用其高准确度的质量测定数据，计算出复杂样品中各组分的元素组成，鉴定出具体化合物，显示了FT-ICR-MS在分子结构分析和未知物鉴定中的强大能力。     

Accurate mass measurement and tandem mass spectrometry of intact globin chains identify the low proportion variant hemoglobin Lepore-Boston-Washington from the blood of a heterozygote

Within a mixture of proteins, minor polymorphic components are difficult to identify using a conventional proteomic approach. Their identification generally requires multi-dimensional separation steps, before or after proteolytic cleavage, followed by sequence analysis of the proteolytic products. In this study, we investigated the potential of tandem mass spectrometry for protein characterization by identifying the delta-beta hybrid human hemoglobin variant Lepore-Boston-Washington using electrospray ionization tandem mass spectrometry. Hemoglobin Lepore-Boston-Washington occurs mainly in heterozygotes, where it comprises approximately 10% of the total non-alpha-chains, the dominant non-alpha-chain being the normal beta (approximately 90%). Furthermore, Hemoglobin Lepore-Boston-Washington has an average molecular mass (15,865.23 Da) that is only 2 Da lower than that of the normal beta-chain (15,867.24 Da). Consequently, it cannot be resolved from the normal beta-chain by mass spectrometry. Here we show how Hemoglobin Lepore-Boston-Washington was identified directly from the diluted blood of a heterozygote by analyzing the product ions from the Lepore-Boston-Washington and normal beta-chain ions without prior separation of the individual chains. This study shows the potential of the tandem mass spectrometry for identifying a minor component in an unseparated mixture of proteins.     

Structural characterization of glycoporphyrins by electrospray tandem mass spectrometry

Porphyrin derivatives having a galactose or a bis(isopropylidene)galactose structural unit, linked by ester or ether bonds, were characterized by electrospray tandem mass spectrometry (ES-MS/MS). The electrospray mass spectra of these glycoporphyrins show the corresponding [M + H](+) ions. For the glycoporphyrins with pyridyl substituents and those having a tetrafluorophenyl spacer, the doubly charged ions [M + 2H](2+) were also observed in ES-MS with high relative abundance. The fragmentation of both [M + H](+) and [M + 2H](2+) ions exhibited common fragmentation pathways for porphyrins with the same sugar residue, independently of the porphyrin structural unit and type of linkage. ES-MS/MS of the [M + H](+) ions of the galactose-substituted porphyrins gave the fragment ions [M + H - C(2)H(4)O(2)](+), [M + H - C(3)H(6)O(3)](+), [M + H - C(4)H(8)O(4)](+) and [M + H - galactose residue](+). The fragmentation of the [M + 2H](2+) ions of the porphyrins with galactose shows the common doubly charged fragment ions [porphyrin + H](2+), [M + 2H - C(2)H(4)O(2)](2+), [M + 2H - C(4)H(8)O(4)](2+), [M + 2H - galactose residue](2+) and the singly charged fragment ions [M + H - C(3)H(6)O(3)](+) and [M + H - galactose residue](+). The fragmentation of the [M + H](+) ions of glycoporphyrins with a protected galactosyl residue leads mainly to the ions [M + H - CO(CH(3))(2)](+), [M + H - 2CO(CH(3))(2)](+), [M + H - 2CO(CH(3))(2) - CO](+), [M + H - C(10)H(16)O(4)](+) and [M + H - protected galactose](+). The doubly charged ions [M + 2H](2+) fragment to give the doubly charged ions [porphyrin + H](2+) and the singly charged ions [M + H - protected galactose residue](+) and [M + H - CO(CH(3))(2)](+). For the porphyrins where the sugar structural unit is linked by an ester bond, [M + 2H](2+), ES-MS/MS showed a major and typical fragmentation corresponding to combined loss of a sugar structural unit and further loss of water, leading to the ion [M + 2H - sugar residue - H(2)O](2+), independently of the structure of the sugar structural unit. These results show that ES-MS/MS can be a powerful tool for the characterization of the sugar structural unit of glycoporphyrins, without the need for chemical hydrolysis.     

Collision-induced fragmentation pathways including odd-electron ion formation from desorption electrospray ionisation generated protonated and deprotonated drugs derived from tandem accurate mass spectrometry

The rapid desorption electrospray ionisation (DESI) of some small molecules and their fragmentation using a triple-quadrupole and a hybrid quadrupole time-of-flight mass spectrometer (Q-ToF) have been investigated. Various scanning modes have been employed using the triple-quadrupole instrument to elucidate fragmentation pathways for the product ions observed in the collision-induced dissociation (CID) spectra. Together with accurate mass tandem mass spectrometry (MS/MS) measurements performed on the hybrid Q-ToF mass spectrometer, unequivocal product ion identification and fragmentation pathways were determined for deprotonated metoclopramide and protonated aspirin, caffeine and nicotine. Ion structures and fragmentation pathway mechanisms have been proposed and compared with previously published data. The necessity for elevated resolution for the differentiation of isobaric ions are discussed.     

数字化矩形离子阱质谱仪的设计及性能

将数字化离子阱技术和矩形离子阱(RIT)技术相结合,建立了数字化矩形离子阱质谱仪.此技术和装置既具有数字化电源的结构简单、输出稳定和易精确控制等特点,又结合了矩形离子阱的高离子存储效率、结构简单以及加工和装配容易等优点.构建了基于电喷雾(ESI)电离源的数字化矩形离子阱质谱仪系统,并使用Fenfluramine和PPG2000分别对此系统的质量分辨率和质量范围进行了测试.研究结果表明:一个用印刷线路板(PCB)制作的简单矩形离子阱,在200 V(半峰值)的数字束缚电压的驱动下,获得了大于500的质量分辨率和超过2600 Th的质量范围.实验证明,数字化离子阱技术的应用可以显著提高矩形离子阱的性能,特别是质量范围等关键的质谱仪指标.     

A broad-band FT-ICR Penning trap system for KATRIN

The KArlsruhe TRItium Neutrino experiment KATRIN aims at improving the upper limit of the mass of the electron antineutrino to about 0.2 eV (90% c.l.) by investigating the -decay of tritium gas molecules . The experiment is currently under construction to start first data taking in 2012. One source of systematic uncertainties in the KATRIN experiment is the formation of ion clusters when tritium decays and decay products interact with residual tritium molecules. It is essential to monitor the abundances of these clusters since they have different final state energies than tritium ions. For this purpose, a prototype of a cylindrical Penning trap has been constructed and tested at the Max-Planck-Institute for Nuclear Physics in Heidelberg, which will be installed in the KATRIN beam line. This system employs the technique of Fourier-Transform Ion-Cyclotron-Resonance in order to measure the abundances of the different stored ion species.