[发明专利]基质辅助激光解吸－激光诱导荧光飞行时间质谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种质谱仪，尤其是涉及一种基质辅助激光解吸-激光诱导荧光飞行时间质谱仪。

背景技术

目前，生物大分子分析中常用的技术包括凝胶电泳、流式细胞仪和质谱等。凝胶电泳能够对分子量高达数千bp的DNA片段进行较好的分离，但是对于分子量大于20,000bp以上的DNA片段，脉冲场凝胶电泳(PFGE)完成一次检测需要很长的时间(数小时)，效率较低。而且，该技术需要的样品量较大，通常为μg级，大大增加了样品处理的工作量和时间。另外，凝胶电泳的分辨能力较差，对于1,000bp以下的DNA片段，其分辨能力约为数十bp，而对10,000bp以上的DNA片段，其分辨能力约为数百bp。荧光流式细胞术将荧光染料结合到DNA片段上，具有很高的检测灵敏度，仅需要ng或pg级的样品即可检测。而且，荧光流式细胞检测仅需要几分钟时间，速度较快。但是该技术也存在分辨能力差的弱点，最佳条件下也仅能达到数百bp。光学显微镜和原子力显微镜也被尝试用于DNA分析，但是并不足以解决现有的问题，而且在目前和可预见的未来无法取代凝胶电泳和流式细胞术作为DNA分析的常规技术。

与上述方法相比，质谱具有高分辨率、高精密度和高灵敏度的特点。基质辅助激光解析离子源(MALDI)的出现使得质谱在生物大分子分析中得到了越来越广泛的应用。对于上百万道尔顿的生物大分子，虽然MALDI技术可以对其进行电离，但其信号值非常弱，难以得到检测。而且对于大部分的质量分析器，如四极杆、扇形场和离子阱等，均有质量上限，一般为几千道尔顿。飞行时间质谱比较特殊，从理论上而言，它没有质量上限，而且具有高达10ppm的分辨能力，比基于凝胶电泳和流式细胞术的分辨能力高出3个数量级以上。然而，由于超高分子量的生物大分子在飞行时间质谱中速度较慢，在微通道板电子倍增器检测器上难以得到检测，从而大大降低了检测灵敏度。因此，飞行时间质谱受限于分析200,000～300,000Da的生物大分子，包括寡核苷酸和小蛋白等。Fuerstenau，S.D.等曾尝试将飞行时间质谱用于分子量达上百万道尔顿的大分子的检测，虽然该分子在质谱图能够显示出非常弱的峰，但是仍然无法达到分析要求，不具有实用价值。Larson等研究了飞行时间质谱的微通道板电子倍增器对不同能量离子的信号差异，结果表明能量为6kV的离子(5kDa，1.5×10⁴m/s)的信号值只有能量为25kV的离子(5kDa，3×10⁴m/s)的一半。这说明微通道板电子固体倍增器的相应信号最终由离子的速率决定。因此，对于分子量为1,000,000道尔顿的大分子，当其速率为3×10⁴m/s时，需要施加约5×10⁶V的加速电压才有可能使其得到检测。考虑到真空度、仪器等因素的限制，实际情况下不可能实现高达5×10⁶V的加速电压。

激光诱导荧光技术具有灵敏度高、简单易用等优点，对于在生物大分子分析中得到了广泛应用。但是，对于无荧光基团的样品必须在分析前进行荧光衍生。氩离子激光器在488nm时可提供2W的能量，对于结合了PicoGreen染料的DNA片段和结合了NanoOrange染料的蛋白质分子均有优异的激发效果。研究表明，即使只有800个离子的离子包也能够得到良好的检测信号。由于生物大分子本身可能结合几个或更多的染料分子，而且飞行速率较慢，因此激光诱导荧光技术对于这类分子能够获得更好的检测效果。

中国专利CN85104052提供一种飞行时间质谱仪，它包括沿同一轴设置了许多环状电极的分析器，其中，对被测离子使用了一个反比于距离的电压，该电压产生电场力。

公开号为CN1926657的发明专利申请提供一种串联线性离子阱和飞行时间质谱仪，其中，离子阱具有与质谱仪的飞行轨道正交的直线中心轴。离子阱包括：一组电极(401、403、402、404)，至少一个所述电极具有用于向质谱仪发射离子的开口；一组DC电压电源(+V、-V、V1、V2)，用于提供离散DC电平，以及一定数目的快速电子开关(409)，用于使DC电源与至少两个所述电极连接/断开；中性气体，填充离子阱；以及数字控制器，提供用于离子捕获、操作离子、冷却的切换过程，并且包括从离子阱向质谱仪发射所有离子的状态。

发明内容

本发明的目的在于提供一种检测灵敏度高、分辨能力强、可实现单分子分析的基质辅助激光解吸-激光诱导荧光飞行时间质谱仪。