Transcript 南通医药行业技术交流
第六部分 质谱基础与应用 什么是MS? MS = Mass Spectrometry 2 质谱的种类 GCMS 液相色谱质谱联用仪 Gas Chromatography Mass Spectrometry LCMS 液相色谱质谱联用仪 Liquid Chromatography Mass Spectrometry 飞行时间质谱仪 Time of Flight Mass Spectrometry 磁质谱 Magnetic Sector Mass Spectrometry 二次离子质谱 SIMS Second Ion Mass Spectrometry GCMS 新生儿先天性代谢失调的普查 LCMS应用实例 克伦特罗 三聚氰胺 LCMSMS在医药上的用途 - ADMET DMPK 定量分析 血液 尿液 组织等 新药研发流程 药物发现 工 艺 开 发 优 化 临床研究 药 理 药 效 ， 一 期 二 期 三 期 申请/生产 申 请 注 册 QA/QC 7 合先 成导 、药 筛物 选发 现 、 / TK/ ADME/DMPK 确 定 研 究 目 标 临床前研究 质 量 控 制 ： 新药研发涉及分析仪器 LC/GC/MS/Spc/ TA/SALD LC/LCMS/ITTOF/Prep-LC LC/GC/MS/CoSense/Spc/ITTOF LC/GC/MS/ITTOF/Spc/CoSense LC/GC/MS 8 LC/GC/MS/Spc/ UHPLC/UFLC LC/MS/TOF/2DLC/Nano-LC NMR、UV、IR、AA、ICP、DSC、TGA、XRD、 TOC、Particle Sizer… 申请/生产 临床研究 临床前研究 药物发现 Biomarker Discovery and Metabolite Game © 2010 SHIMADZU 9 Concept of MS/MS comparison (1) Parent drug Metabolite A Metabolized This part is not modified. MS/MS Analysis Int. Parent Drug MS/MS spectrum m/z The part that not modified could be observed as common peaks between MS/MS spectra of parent drug and metabolites. MS/MS Analysis Int. Metabolite A MS/MS spectrum m/z 10 TOF MS在蛋白质组学等上的应用 Prediction Diagnosis Therapy Ｒ＆Ｄ Medical Fields Human Medical Clinical diagnosis Dedicated PET scanner NIRS Imaging Cellome Integration Cell Preclinical research Tools Metabolome Marker discovery 2D/LC Protein Proteome Drug Discovery Gene test SNPs DNA Genome Life Science Fields Gene Diagnosis/ Therapy Analytical Mass Spectrometer 二级质谱用于蛋白鉴定 肽序列标 签 AXIMA-Performance (MALDI-TOF-TOF) 多肽，核酸等的质量控制（QA/QC） 微生物鉴定系统 AXIMA@SARAM IS™ MALDI MS Imaging Frozen brain tissue is sectioned. Tissue placed on MALDI target plate. Matrix deposited MALDI analysis DART 美钞上的 Cocaine 质谱仪器的发展 1. 1911年: 世界第一台质谱装置（J.J. Thomson） 2. 40年代: 用于同位素测定和无机元素分析 3. 50年代： 开始有机物分析（分析石油） 4. 60年代： 研究GC-MS联用技术 5. 70年代： 计算机引入 6. 80年代： 新的质谱技术出现：快原子轰击电离子源，基 质辅助激光解吸电离源，电喷雾电离源，大气压化学电 离源；LC-MS联用仪，感应耦合等离子体质谱仪，富立叶 17 变换质谱仪等 分析科学技术 年份 18 名字 研究 1948 蒂赛利乌 斯 电泳 1952 马丁，辛 格 色层分析 1964 霍奇金 衍射分析 1991 R.R.Ernst 高分辨核磁共振波谱学 2002 Joh. B. Fen 对生物大分子进行确认和结构分 析的质谱方法 2002 Kuthrich 溶液中生物大分子的三维结构的 新方法 为什么要使用MS？ 高选择性 (Selectivity) SIM 高灵敏度(Sensitivity) 快速(speed） ppb/pg 级别或更低 高可靠性 (Stoichiometric) 分子量和结构信息 理想的定性定量工具 19 质谱？ 样品 离子或离子碎片 离子化 质量分析 质谱图 定性定量分析 20 MS流程图 样品 进样系统 GC进样 LC进样 直接进样 离子源 真空系统 质量分析器 检测器 数据处理 为什麽MS需要高真空 提供足够的平均自由程 提供无碰撞的离子轨道 减少离子-分子反应 减少背景干扰 延长灯丝寿命 消除放电 增加灵敏度 为什麽MS需要高真空 真空系统确保离子由离子源转移至检测器 高真空 + ion + 23 air, water etc. 低真空 排气系统 压力 10-3-10-4 Pa(平均自由路径 5m-50m) Ion source 主泵 Lens system Rod system Detector 副泵 通常的离子化方法 EI 电子轰击电离 CI 化学电离 FAB MALDI 25 灯丝 样 品 快原子轰击电离 分 基质辅助激光解吸电离 子 Laser matrix + ESI 电喷雾电离 APCI 大气压化学电离 analyte eeee-e-- ++ + + QP 碎片离子 m+a m a+ mm + ma+ m m am +mma a 气质联用使用的电离技术 26 电子轰击电离（EI） 正化学电离（CI） 电子轰击电离（EI） 灯丝 e 样品分子 e e e e- + + + QP + 碎片离子 27 电子轰击电离（EI） 热电子（70eV）轰击分子，使其电离 丰富的碎片离子=丰富的结构信息 “指纹” e- ¯ 俵 M m2 m3 m1 EI spectrum 硬酯酸甲酯 M.W. 298 28 化学电离（CI） QP 灯丝 反应气 CH4 e e e e e- CH5+ + C2H5 -CH4 -C2H4 样品分子 29 + H [M+1] CI 谱图 软电离得到少的破碎 分子量测定 产生“理论”的谱图 高灵敏度(低至pg级水平) 30 正化学电离（PCI） 首先电离反应气分子—》样品分子主要 由质子转移电离 容易产生准分子离子—》用于确定分子量 + e¯ CH4 C2H4 31 + MH C2H5 M PCI spectrum 硬酯酸甲酯 M.W. 298 EI和 PCI的比较 EI 模式 碎片 分子量 PCI 模式 负化学电离(NCI) 灯丝 e -e- ee 反应气 样品 33 样品 负化学电离(NCI) 捕获电子形成负离子 MX+e¯(0~15eV)-->MX¯ e¯ H CH4 CH4 CH4 + CH4 + CH3 CH4 e¯ MX _ MX X: 电负性强元素 34 负化学电离(NCI) NCI 质谱图 六氯苯 M.W. 284 离子化和破碎 API 软 无碎片 36 CI EI 离子化 硬 有碎片 液质联用使用的电离技术 37 电喷雾电离（ESI） 大气压化学电离（APCI） 大气压光子电离 （APPI） LC与大气压离子化质谱仪的接口技术 电喷雾(Electrospray Ionization ESI) + ++- - + -+ +- + - + Liquid Samples Nebulizing gas High Voltage + + +-+-++ + + +-+-+++ + + + Flow rate permitted: 0.001~1 ml/ml Room temperature N2 nebulizing gas: 4.5 L/min 高压放电针 大气压化学离子化(Atmospheric Pressure Chemical Ionization APCI) Liquid Samples Nebulizing gas 38 加热器 Flow rate allowed: 0.05 ~ 2 ml/ml Heater: 400oC N2 nebulizing gas: 2.5 L/min MALDI-TOF质谱的原理 MALDI-Matrix-Assisted LaserDesorption/Ionization （基质辅助激光解吸电离） 分析物如核酸或多肽，在 MALDI 靶上与基质共结晶激光 能量间接传递给离子化的分析 物 Sample target High voltage MALDI-TOF质谱工作原理 Time-of-Flight (TOF) Analyzer detector high voltage v3 m3 MALDI v2 m2 v1 m1 sample laser MALDI-TOF检测分子量多为单电荷 无需做去卷积化等工作 分子量检测简单直观 drift region m1 m2 m3 MS 的分类(质量分析器) 四极杆质谱 离子阱质谱 飞行时间质谱 (TOF) 磁质谱 傅立叶变换离子回旋共振质谱(FT-MS） 四极质量分析器 + + + + 离子通过改变四极杆的DC/RF电压而被扫描 42 离子阱 原理与四极杆的非 常相似 离子被存储在RF 和DC场中 43 飞行时间质量分析器 + + + + 所有离子同时启动 小的离子移动速度快 测量已知距离下的速度( 飞行时间) 44 扇形磁场质量分析器 + + 离子通过变化的磁场和电场被传 输 45 傅立叶变换-离子回旋共振 46 多级质谱技术 串级质谱 S MS1 Activation Region MS2 D vacuum system Tandem mass spectrometers have… a mass analyzer (MS1) that separates ions by mass and selects ions of a single mass …. mass filter an activation region for fragmenting mass-selected ions … generally by collision-induced dissociation a mass analyzer (MS2) for recording the mass spectrum of the fragments of the selected mass …. mass spectrometer 串级质谱 Mass analyzers (MS): Time-of-flight (TOF) Quadrupole (Q) Quadrupole ion trap (GCQ or LCQ) Linear quadrupole (LTQ) Fourier transform mass spectrometer Orbitrap Tandem mass spectrometers (MS/MS): Triple Quadrupole (QqQ) Quadrupole/time-of-flight (QTOF and QSTAR) Tandem time-of-flight (TOF-TOF or TOF2) LTQ/orbitrap 49 串级质谱的各种方式 Tandem-in-space: triple quadrupoles quadrupole/time-of-flight (QTOF/QSTAR) TOF/TOFs Tandem-in-time: Quadrupole ion trap (GCQ/LCQ) Linear ion trap (LTQ) Fourier transform mass spectrometer Both space and time: ion trap/TOF (Qit/TOF) LTQ/FTMS LTQ/orbitrap 离子源的多种选择 Matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) Atmospheric Pressure MALDI (APMALDI) Electrospray ionization (ESI) Nanospray 离子碎裂机理的选择 Collision-induced dissociation (CID) Low energy CID: 10-50 eV multiple collisions High energy CID: 1-20 keV single collision Infrared multiphoton dissociation (IRMPD) Electron capture dissociation (ECD) Electron transfer dissociation (ETD) 多级质谱技术比较 Bruno Domon and Ruedi Aebersold, Science, 312, 212 (2006) 岛津质谱仪的发展历史 1970 53 GCMS-9000 1988 LAMS-50K 全系列质谱产品 GCMS-QP2010 Ultra LCMS-8030 54 MALDI-TOF MS LC-IT-TOF MS LCMS-2010 岛津飞行时间质谱系列全方位服务于尖端科学研究 AXIMA-Resonance (MALDI-QIT-TOF) AXIMA-Performance AXIMA-Confidence AXIMA-Assurance LCMS-IT-TOF (ESI-IT-TOF) Thank you for your attention! 56