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线性离子阱质谱仪(LITMS)是一种基于电场和射频场控制离子的科学仪器,其核心设计通过线性电极阱实现离子稳定存储与多次碎裂分析。

技术原理

  线性离子阱质谱仪通过线性电极阱与环形电极阱的组合,利用交变电场与射频场对离子进行三维捕获和激发。水平方向的线性电极阱储存离子并控制其运动轨迹,垂直方向的环形电极阱则实现离子感应与信号检测。通过调节电场参数,可完成离子选择、多级碎裂(MSn)及质量分离。

操作步骤

  1.开机前准备

  检查环境:

  确保实验室温度(通常20–25°C)、湿度(<60%)符合要求,避免振动和强电磁干扰。

  检查气体供应:

  确认载气(如氮气或氦气)压力正常(通常≥0.8 MPa),纯度≥99.999%。

  若配备碰撞气(CID用),检查其供应。

  检查真空系统:

  确认机械泵油位正常、无乳化,冷阱(如有)已清理。

  检查耗材:

  离子源(如ESI、APCI)是否清洁,毛细管、喷雾针是否完好,溶剂是否充足且脱气。

  2.开机顺序

  打开机械泵电源,待其运行平稳。

  开启质谱主机电源,启动高真空系统(涡轮分子泵)。

  待真空度达到工作范围(通常<1×10??Pa)后(约需30–60分钟),开启离子源加热电源。

  打开色谱系统(如HPLC或UPLC)电源,预热并冲洗系统。

  启动工作站软件(如Xcalibur、Analyst、MassLynx等),建立或加载方法文件。

  3.调谐与校准

  运行自动调谐程序,优化离子光学参数(如离子透镜电压、RF/DC比率)。

  使用标准校准液(如ESI-Tune Mix)进行质量校准,确保质量精度在±5 ppm以内。

  设置分辨率、扫描模式(全扫描、选择离子监测SIM、数据依赖采集DDA等)。

  4.样品分析

  将样品瓶放入自动进样器盘中。

  在软件中创建序列(Sequence),输入样品信息、进样体积、运行时间等。

  启动序列,仪器自动完成:

  溶剂冲洗→进样→离子化→离子传输→线性离子阱内离子捕获→扫描/碎裂(MS?)→检测→数据采集

  实时监控总离子流图(TIC)、基线稳定性、压力和电压参数。

  5.关机流程

  分析结束后,用高比例有机相(如甲醇/水=9:1)冲洗色谱柱和离子源接口30分钟以上,去除残留缓冲盐和样品。

  停止进样,关闭离子源加热和高压。

  待离子源冷却后,退出软件,关闭质谱主机控制电源。

  关闭色谱系统。

  保持机械泵运行至少30分钟,防止油中残留溶剂倒吸,然后关闭机械泵电源。

  关闭气体供应。

维护保养

  1.日常维护

  每日:

  检查气体压力、泵油状态。

  清洁离子源外部,更换喷雾针或毛细管(如污染)。

  冲洗系统,防止堵塞。

  每周:

  彻底清洗离子源组件(喷嘴、锥孔、离子导引管等),可用超声波清洗(异丙醇或甲醇)。

  检查真空规读数是否正常。

  检查色谱柱压是否异常。

  2.定期维护

  每月:

  检查并清洁机械泵排气滤芯。

  检查所有接头、O型圈是否漏气或老化。

  每3–6个月:

  更换机械泵油。

  检查涡轮分子泵状态(振动、噪音)。

  重新校准质量轴和灵敏度。

  每年:

  由厂家工程师进行全面维护:

  拆检离子光学系统

  清洁或更换离子阱内部电极(如必要)

  检查电子倍增器(EM)增益

  系统性能验证(Sensitivity、Resolution、Mass Accuracy)

  3.特殊维护

  离子源维护:ESI源易受盐分和非挥发性物质污染,需频繁清洗;APCI源注意陶瓷部件绝缘性。

  真空系统:避免长时间暴露大气,停机时应保持泵运行或使用保护气(如N?)。

  软件与数据:定期备份方法、序列和原始数据文件。

  三、注意事项

  避免缓冲盐结晶:使用含盐流动相后必须充分冲洗。

  防止样品过载:高浓度样品会污染离子源和检测器。

  使用高纯溶剂和气体:杂质会导致背景升高和污染。

  禁止带电插拔接口:防止静电损坏电子元件。

  记录维护日志:包括更换部件、校准时间、故障处理等。

应用领域

  1.蛋白质组学与生命科学

  蛋白质鉴定与表征:

  通过肽质量指纹图谱(PMF)和串联质谱(MS/MS)技术,对酶解后的肽段进行测序,实现蛋白质的高通量鉴定。

  翻译后修饰(PTM)分析:

  检测磷酸化、糖基化、乙酰化、泛素化等修饰位点,研究信号通路调控机制。

  蛋白质相互作用研究:

  结合亲和纯化或交联技术,鉴定蛋白复合物成分。

  生物标志物发现:

  在血清、尿液、组织等生物样本中筛选疾病相关蛋白标志物。

  2.代谢组学与代谢物分析

  小分子代谢物:

  对细胞、组织或体液中的氨基酸、有机酸、糖类、脂质等内源性代谢物进行非靶向或靶向分析。

  药物代谢研究:

  鉴定药物在体内的代谢产物(Phase I和Phase II代谢),评估代谢稳定性与毒性。

  环境毒理学:

  研究外源性物质(如污染物、农药)在生物体内的代谢途径。

  3.药物研发与药代动力学(DMPK)

  药物代谢动力学(PK)研究:

  定量分析血液、尿液中的原药及其代谢物浓度,计算半衰期、生物利用度等参数。

  药效动力学(PD)研究:

  结合生物标志物监测药物作用机制。

  杂质与降解产物分析:

  鉴定原料药和制剂中的工艺杂质、降解产物,支持ICH杂质研究。

  高通量筛选(HTS):

  快速分析化合物库的代谢稳定性或酶抑制活性。

  4.临床检验与精准医疗

  新生儿遗传代谢病筛查:

  通过串联质谱法(MS/MS)同时检测多种氨基酸、酰基肉碱异常,用于苯丙酮尿症、甲基丙二酸血症等疾病的早期诊断。

  激素检测:

  如维生素D、皮质醇、性激素等的精准定量。

  治疗药物监测(TDM):

  监测免疫抑制剂(环孢素、他克莫司)、抗癫痫药、抗生素等血药浓度,实现个体化用药。

  肿瘤标志物检测:

  辅助癌症早期诊断与疗效评估。

  5.食品安全与营养分析

  农兽药残留检测:

  检测果蔬、肉类、乳制品中的农药、抗生素、瘦肉精等残留。

  非法添加物筛查:

  如三聚氰胺、苏丹红、兴奋剂类物质。

  食品成分分析:

  营养成分(氨基酸、脂肪酸、维生素)、过敏原、掺假鉴别(如橄榄油真伪)。

  酒类与饮料分析:

  风味物质、添加剂、甲醇等有害物检测。

  6.环境监测

  水体与土壤污染物分析:

  检测多环芳烃(PAHs)、内分泌干扰物(如双酚A)、全氟化合物(PFAS)、药品和个人护理品(PPCPs)等微量有机污染物。

  大气颗粒物(PM2.5)成分分析:

  鉴定其中的有机组分,研究污染来源。

  工业排放物检测:

  监控化工、制药企业排放废水中的有毒有害物质。

  7.法医学

  毒物分析:

  死亡调查或中毒事件中,检测血液、尿液中的毒品、安眠药、杀虫剂等。

  兴奋剂检测:

  运动员尿样中违禁药物筛查。

  纵火残留物分析:

  鉴定助燃剂成分。

  8.材料科学与石油化工

  聚合物添加剂分析:

  检测抗氧化剂、增塑剂、稳定剂等。

  石油产品组成分析:

  复杂烃类混合物的表征。

  电子烟液成分分析:

  尼古丁、香料、溶剂及潜在有害物检测。

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