傅立叶变换离子回旋共振质谱及其在药学领域的应用

张艺馨 张筱宜 王玉记 王耀楠 赵 明

(首都医科大学药学院， 北京 100069)

傅立叶变换离子回旋共振质谱仪 (fourier transformion ion cyclotron resonance mass spectrometry, FT-ICR MS) 是基于测量磁场中离子回旋频率而获得离子质荷比信息的分析仪器。自1974 年Comisarow 和Marshall[1]发明的第一台FT-ICR MS仪器以来，其超高的分辨率(>1000000)、高质量精度(<1μppm)等分析特性，使它成为代谢组学、蛋白质组学、石油组学和复杂混合物研究的重要工具[2]。此外，它还可以与多种解离机制进行兼容，包括碰撞诱导解离(collision induced dissociation，CID)、红外多光子解离(infrared multiphoton dissociation，IRMPD)和电子捕获解离(electron capture dissociation，ECD)等，使FT-ICR MS成为大型复杂分子串联质谱分析的理想选择[3]。

1 傅立叶变换离子回旋共振质谱

1.1 仪器构成

FT-ICR MS包括进样系统、离子源、超导磁体、ICR分析池、数据处理系统等。为了确保ICR分析池中所需的<10-8托(Torr)的真空度，离子源通常放置在ICR分析池外部，之后离子再通过离子光学器件传输到分析池[4]。离子光学器件通常由形成多级电场的电极组成，通过对其电压进行控制，以确保离子在1道尔顿(Dalton，Da)或更小的质量窗口内的轨迹稳定性。此外，FT-ICR MS几乎可与所有离子源结合使用，包括电子轰击电离(electron impact ionization，EI)，化学电离(chemical ionization, CI)，快原子轰击(fast atom bombardment, FAB)，电喷雾电离(electrospray ionization，ESI)，基质辅助激光解吸电离 (matrix assisted laser desorption ionization, MALDI)以及亚稳原子轰击[5](metastable atom bombardment，MAB)等，使FT-ICR MS可广泛适用于各种样品[6]。

ICR分析池是FT-ICR MS的核心部件，由捕获电极(trapping electrodes)、激发电极(excitation electrodes)和检测电极(detection electrodes)3对电极组成，如图1所示。其中，捕获电极用于轴向捕获离子；激发电极将离子激发到大的回旋半径；检测电极则用来检测离子运动产生的镜像电流。

图1 ICR分析池示意图

1.2 基本原理

FT-ICR MS的工作原理是测量均匀磁场中离子运动的频率，并将其转换为质荷比(m/z)。离子在磁场在中做圆周运动，其频率可表示为：

ωc=qB/m

其中ωc为回旋频率，q为离子电荷，B为磁场强度，m为离子质量[7]。

离子的激发和检测都是在ICR分析池内完成的，其运动可以描述为：离子以较低的动能进入分析池，在沿磁场矢量的方向上被捕获电极捕获，但是离子的初始回旋半径很小，为了检测到信号，在离子回旋运动平面上施加含有共振频率的射频电场，进而激发离子的同步回旋运动，之后旋转离子在检测电极中感应出图像电荷，从而在信号放大器的电路中产生镜像电流，该电流可以被放大并转换为间隔采样的数字信号，通过对时域信号进行傅里叶变换，即可得到频谱，最终转换为m/z[2]。图……