MALDITOFMS基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱

MALDI-TOF-MS（基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱, 英文名Matrix-Assisted Laser Desorption/ Ionization Time of Flight Mass Spectrometry）是近年来发展起来的一种新型的软电离生物质谱，其无论是在理论上还是在设计上都是十分简单和高效的。

电喷雾电离 ( ESI ), 基质辅助激光解吸电离( MALDI） 技术, 和飞行时间质量分析器的出现为分析合成高分子提供了良好的工具。1988 年,Tanaka 等人 [1]  率先报道以含有金属微粒的甘油为基质测定了分子量高达 22,00Da 的聚乙二 醇( PEG ) 的分子量分布, 接着,Dains 等人 [2]  报道用标准的 MALDI 样品制备方法测定工业高分子聚丙烯酸和聚苯乙烯磺酸, 后者分子量在30000 Da 以上 ; 基质辅助激光解吸离子化技术的发明者 Karas M.和 Hillenkamp F.于 1992年报道 [3]  用 MALDI一TOF 测定聚苯乙烯分子量达 70KDa,PEG 分子量达 40 KDa, 其结果 与GPC 方法基本一致,经过短短几年的发展, 直至1996 年为止, 对 PS 的可测分子量上限已达1500 KDa 。

基于MALDI-TOF生物质谱的组织成像技术 （MALDI-imaging mass spectrometry ，MALDI-IMS）是一门新兴的分子成像技术，对于发现疾病生物标志物和研究药物代谢等方面具有重要意义，并具有良好的临床应用前景。MALDI-TOF-MS近期的发展主要在改善灵敏度，提高分辨率，扩大应用范围以及标志物的鉴定等方面 [4]  。灵敏度和分辨率主要受激光器频率和能量，样本切片质量，基质喷涂效果等因素影响。高频率（200Hz和1000Hz）的固体激光器已经普遍用于MALDI质谱中，可在较短时间内完成一个切片的成像质谱数据采集，但可调光束直径的激光器对于IMS更有利。切片质量和基质覆盖一直是IMS的一个技术瓶颈.近年来,一些研究者和质谱公司开发了新型基质喷涂设备和技术,改善了切片前处理方法,大大提高了质谱成像技术的灵敏度和分辨率。

仪器（如图1）主要由两部分组成：基质辅助激光解吸电离离子源（MALDI）和飞行时间质量分析器（TOF）。MALDI的原理 [5]  是用激光照射样品与基质形成的共结晶薄膜，基质从激光中吸收能量传递给生物分子，而电离过程中将质子转移到生物分子或从生物分子得到质子，而使生物分子电离的过程。因此它是一种软电离技术，适用于混合物及生物大分子的测定。TOF的原理 [6]  是离子在电场作用下加速飞过飞行管道，根据到达检测器的飞行时间不同而被检测即测定离子的质荷比（M/Z）与离子的飞行时间成正比 ，检测离子。MALDI-TOF-MS具有灵敏度高、准确度高及分辨率高等特点，为生命科学等领域提供了一种强有力的分析测试手段，并正扮演着越来越重要的作用。

图1 MALDI-TOF MS仪器结构框图

早期的MALDI一TOF 尽管能够分析质量数达数万的大分子, 但是它只有数百的分辨率,质谱峰较宽,信噪 比不理想, 质量测量精度不高。对于 MALDI一TOF, 影响分辨率的主要因素是初始离子的动能分散。 这已在 Chait 等人的实验中得到证实 [7]  。目前主要有两个措施来解决这个问 题: ① 静电反射器 ( ElectrostaticReflec tron), 这个概念最早由 Manlyrin 于 1973 年提出 [8]  ,其基本原理是当离子源飞向反射器时.高动能的离子会比低动能的离子更深的穿入反射器。 离子被反射后, 飞抵离子检测器, 高动能的离子飞行的路程就长一 些。 调节反射器条件就可以使得质量相同而初始动能不同的离子更加一致地达到检测器, 实现动能的一级聚焦。Mamyrin于 1994 年 又提出了对离子进行高次聚集的设计方案 [8]  。Cotetr 用十分简 单的圆筒电极作为反射器实现了 Mamyrin 的设想 [9]  。反射器可以使MALDI 一TOF 的分辨率大大提高。②离子延迟引出 ( Delay Extraction) [10]  , 当激光照射靶的瞬间, 若靶电极和与其相对的离子引出电极处于相同的电位, 即在两电极之间形成无场区, 那么被解吸离子以不同的初始速度在无场区内运动, 经过一 段延迟时间后, 速度高的离子离靶远,速度低的离子离靶近, 然后以脉冲方式在瞬间使靶与引出电极处于不同电位, 由此产生的电场把离子引出, 经聚焦透镜后飞出离子源。 离靶近的离子比离靶远的离子得到更大的加速 ( 因而获得更大的动能 ), 适当选择延迟时间及靶与引出电极间电压差, 可以有效地补偿离子的初始动能分散, 从而显著地提高线性 TOF 质谱仪的分辨率, 飞行距离约 1 m 的线性TOF质谱仪的分辨率可达 2000-3000。 这一技术即为 “延迟引出” （Delay Extraction) 技术或称为“ 脉冲离子引出”( PulseIon Extraction, PIE )。 延迟引出技术与离子反射器联合用可使 MALDI一TOF 质谱仪的分辨率超过一 万。