质谱基础理论和仪器结构介绍-Orbitrap Fusion

理论基础理论第一章基础基本名词Orbitrap Fusion质谱仪的结构及介绍Orbitrap Fusion质谱仪的扫描模式基本名词质荷比（m/z）：以原子质量单位表示的离子质量与其电荷数的比值。

基峰（base peak）：在质谱图中，指定质荷比范围内强度最大的离子峰称作基峰。

原子质量单位（u）：用来衡量原子或分子质量的单位，它被定义为碳12原子质量的1/12。

同位素（Isotopes）：具有相同质子数，不同中子数的同一元素的不同核素。

总离子流谱图（TIC，Total Ion Chromatogram）：对一定质荷比范围内的离子流总和进行连续检测与记录的色谱图。

提取离子流谱图（EIC，Extracted Ion Chromatogram）：对某一质荷比的离子流进行连续检测与记录的色谱图。

分辨率：质谱图上两个相邻离子峰分离的程度（如下图）Orbitrap Fusion质谱仪的结构及介绍结构基本结构基本组成部分（1） 离子源（Ion Source）（2） 离子透镜系统（Ion Optics）：离子传输毛细管（Capillary），S-Lens，注入四极杆，弯曲四极杆MP0，传输八极杆，透镜L0、Split Gate Lens （3） 质量分析器：四极杆Q1，Orbitrap，双压线性离子阱（Linear Ion Trap）（4） 多离子通道：HCD 碰撞池（5） 检测器（Detector）：电子倍增器，打拿极，Orbitrap以下分别介绍各部分的作用及特点离子源作用：（1）将中性的待测物电离为带电荷的离子；（2）真空过渡；（3）去除多余的溶剂；（4）去除干扰。

与LC相连接的电离源主要为大气压电离源（API，Atmospheric Pressure Ionization），包括：电喷雾电离源、大气压化学电离源、大气压光学电离源电喷雾电离源（ESI，Electrospray Ionization）主要特点：离子在液相状态形成 对热不稳定化合物首选 对中高极性化合物首选 可形成多电荷离子可形成多电荷离子，，分析蛋白质分析蛋白质、、多肽等大分子物质 最佳使用流速: 200 - 400ul/min 一般来说,流速流速越高越高越高，，需要需要越越高的毛细管温度和气体流速高的毛细管温度和气体流速。

Orbitrap质谱仪是一种高分辨质谱仪，常用于分析复杂的生物分子样品，如蛋白质、代谢产物等。

它的设计基于一个称为Orbitrap的离子捕获器，这是一种圆柱形结构，具有一对排列在中心轴上的电极。

Orbitrap质谱仪的工作原理如下：
1. 离子化：样品中的分子被离子化，通常通过电喷雾离子化（ESI）或者基质辅助激光解吸电离（MALDI）等技术。

2. 离子加速：离子被加速到一定的能量。

3. 离子进入Orbitrap：加速的离子被注入Orbitrap离子阱。

4. 离子轨道：在Orbitrap中，离子绕着中心轴做稳定的轨道运动，由于其特殊的设计，离子在轨道上运动的频率与其质荷比成正比。

5. 检测：当离子做轨道运动时，它们会引起电极上的电荷聚集变化，这种变化可以通过电子学检测到，并转化为质谱信号。

6. 质谱分析：根据离子在Orbitrap中的运动频率，质谱仪可以确定离子的质荷比，从而得到样品中不同成分的质谱图谱。

Orbitrap质谱仪由Thermo Fisher Scientific公司开发，并在生物医学研究、药物发现等领域广泛应用。

其高分辨率和准确性使其成为分析生物分子结构和特性的重要工具。

在化学和生物领域中，质谱技术扮演着至关重要的角色，它能够帮助科学家们分析和鉴定复杂的化合物和生物分子。

而在质谱技术中，Orbitrap Astra质谱仪作为一种先进的仪器，具有着非常重要的地位。

本文将从深度和广度两个方面对Orbitrap Astra质谱仪进行全面评估，并探讨其在科学研究中的应用和意义。

一、Orbitrap Astra质谱仪的基本原理Orbitrap Astra质谱仪采用了高分辨和高灵敏度的仪器设计，它的基本原理是通过电场调制和离子共振的方式来进行质谱分析。

在质谱实验中，先将待分析的样品通过电喷雾离子源离子化，然后将离子通过激光引导到离子圈内，进而在不同的电场调制下进行共振，最后通过检测离子信号来获取质谱信息。

这种原理使得Orbitrap Astra质谱仪在高分辨率、高精准度和高灵敏度方面具有着明显的优势，可以应用于各种复杂样品的分析和研究。

二、Orbitrap Astra质谱仪的应用领域Orbitrap Astra质谱仪在科学研究中有着广泛的应用，包括但不限于生物医药、环境监测、化学分析等领域。

在生物医药领域中，Orbitrap Astra质谱仪可以用于蛋白质组学、代谢组学和蛋白质药物研发等方面的研究。

在环境监测中，Orbitrap Astra质谱仪可以帮助科学家们分析大气、水体和土壤样品中的污染物，以及追踪环境中各种化合物的来源和归趋。

在化学分析中，Orbitrap Astra质谱仪可以用于化合物结构鉴定、杂质分析和质量定量等方面的研究。

OrbitrapAstra质谱仪在科学研究和产业应用中具有着非常重要的地位。

三、个人观点和理解作为专业的文章写手，我对Orbitrap Astra质谱仪的应用和意义有着深刻的理解。

在我看来，Orbitrap Astra质谱仪的高分辨率和高灵敏度使得它在复杂样品分析中具有着重要的优势，可以帮助科学家们更准确地获取样品中的化合物信息，从而推动科学研究和产业发展的进步。

新型质谱介绍Orbitrap共振质谱Fourier transform)为这种数据采集方式最成功的应用是核磁共振仪（NMR）,恩斯特因为在傅里叶变换NMR的贡献获得诺贝尔奖。

简短的说就是在核磁中用一个短而强的脉冲瞬时激发所有核，取代连续波照射（原连续波NMR）,收集这些信号，把时间谱变换为频谱（这些激发和数据采集的过程设计到傅里叶变换，我也不懂，感兴趣的版友可以自己阅读文献，鼓励与大家共享），利用快速傅里叶变换缩短了采样时间和检测灵敏度。

生物质谱需要高的灵敏度和快速扫描速度来满足高通量分析要求，傅里叶变换离子回旋共振质谱（FTICR）和Orbitrap的神奇之处在于他们采用傅里叶变化模式采集数据，检测分子质量，拥有高的分辨率和质量精度。

傅里叶变换离子回旋共振质谱（FTICR）拥有超高的分辨率和精确的质量准确度，同时它也可以完全兼用CID,ECD,ETD 等多种模式产生的多级质谱，所以傅立叶变换离子回旋共振质谱（FTICR）是从头开始（top-down）蛋白组学的理想检测工具。

但是傅立叶变换离子回旋共振质谱（FTICR）是昂贵的质谱，体积庞大和巨额的运行维护费用让FTICR一直为少数科学家和大型实验所应用。

2000年出现的新质谱静电轨道阱质谱（Orbitrap）在一些实验中几乎可以达到傅立叶变换离子回旋共振质谱（FTICR）一样的高分辨率和质量准确度。

Orbitrap质量分析器工作时，两个电极之间形成静电场。

当高速运动带电离子进入Orbitrap内，在静电作用下围绕中心电极做圆周轨道运动，不同的离子在z方向形成不同频率ωz与（m/z）1/2 成正比。

检测器检测离子运动形成的电势，经过信号放大和快速傅立叶变换后形成频谱，经过处理最后形成质谱。

在xx年，Thermo公司推出商品化的静电轨道阱质谱LTQ-Orbitrap线性Orbitrap价格相比傅立叶变换离子回旋共振质谱（FTICR）便宜很多，使用维护方便。

百泰派克生物科技蛋白质质谱鉴定的基本原理蛋白质是一条或者多条肽链以特殊方式组合而成的生物大分子，大多数蛋白质会自然折叠为一个特定的三维结构。

蛋白质鉴定主要就是识别蛋白质的一级结构，即鉴定蛋白质肽链氨基酸的排列、分子量，以及二硫键数目和位置。

蛋白质鉴定是蛋白质组学的基础，且对生物研究具有重大研究意义。

传统的蛋白质鉴定方法包括蛋白质微量测序和氨基酸组成分析（比如Edman降解法），具有低通量、耗时费力、非自动化、灵敏度差等缺点。

自质谱（Mass Spectrometry，MS）技术兴起以来，利用质谱技术对蛋白质进行高通量、高灵敏度的分离、鉴定和分析逐渐成为主流。

质谱鉴定具有灵敏度高、准确度高和自动化程度高的特点，能准确测定多肽和蛋白质的相对分子质量、氨基酸序列，以及翻译后修饰。

因此，质谱技术广泛应用于蛋白质的定量和定性研究，尤其是在研究重大疾病致病机理和药理控制机制方面发挥重要作用。

质谱一般由离子源（ion source），质量分析器（mass analyzer）和离子检测器（detector）三部分组成。

通常使用串联质谱（MS/MS）和液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）作为蛋白质质谱鉴定方法，其中，简单蛋白样本用MS/MS，混合复杂蛋白样本用LC-MS/MS。

两种方法作用原理相似，MS/MS鉴定蛋白质的基本原理：先将蛋白质利用蛋白酶消化成肽段，肽段在质谱仪中会离子化带上一定量的电荷，离子检测器可以鉴定各肽段的质荷比，从而获知各肽段的相对分子质量；质谱仪会继续打断某些肽段再次分析，生成二级质谱，从而获得肽段的序列信息；通过质谱数据库比对分析，即可鉴定蛋白质。

不同的是，LC-MS/MS比MS/MS技术多了高效液相色谱分离的步骤。

百泰派克生物科技采用Orbitrap Fusion质谱平台，Orbitrap Fusion Lumos质谱平台结合Nano-LC，能够对各种样品中的蛋白质进行高效精准的蛋白质谱鉴定服务以及蛋白质组学相关服务。

仪器介绍⼁赛默飞Q-ExactiveOrbitrap质谱仪经常会遇到这样的问题，'做代谢组学⽤什么仪器⽐较好？'，'这两台⾼分辨仪器怎么选择？'，'这台仪器都能做什么？'，这些可能是困扰研究者开展代谢组学研究的主要问题，特别是对于⼀些想去从事该⽅⾯研究，且有⼤笔仪器采购经费的实验室。

因为进⾏代谢组学研究有⼀段时间，且⽤过不同品牌的质谱仪，所以近期就根据⾃⼰的使⽤体会做⼀下仪器评价，其实也说不上什么评价，只是⾃⼰的使⽤感受⽽已，希望对⼤家有⽤。

想要开展代谢组学研究，特别是⾮靶向代谢组学研究，需要选择⼀台⾼分辨质谱仪（关于分辨率的解释，可以参看公众号之前⽂章：代谢组学研究中需要了解的质谱知识⼁分辨率），因此这⾥所评价的仪器也均是⾼分辨质谱仪。

今天要说的这台仪器是赛默飞公司的Q-Exactive Orbitrap质谱仪，因为前两天刚有合作实验室进⾏了该仪器的装机和培训，所以就先介绍⼀下这台仪器吧。

需要说明的是，如果想知道具体在参数上与其他公司仪器的对⽐，可以咨询相应⼚家的⼯程师，他们会给出详细的解释。

另外，在这⾥也仅是仪器在代谢组学应⽤⽅⾯的使⽤体会。

仪器介绍该仪器提供了四种分辨率，以m/z 200为例分别为17500，35000，70000，140000，⽤户可以根据⾃⼰检测的⽬的⾃⾏选择。

扫描⽅法主要包括：1. Full Mass：全扫，扫描范围m/z A~m/z A×152. SIM：选择离⼦监测3. AIF：All Ion Fragmentation，DIA的⼀种形式，将扫描范围内的所有离⼦进⾏碎裂4. dd-MS2：DDA扫描5. PRM：平⾏反应监测，⽤来做定量编辑⽅法时，可以根据⾃⼰的需要对这⼏种扫描⽅法进⾏组合，当然，仪器的⽅法编辑器中也内嵌了很多组合形式，研究者可以根据实验⽬的去选择。

如上图所⽰，在⽅法编辑器中，直接将需要的⽅法拖拽到指定区域，即可对⽅法的细节进⾏编辑。