电喷雾质谱脱溶剂过程的改进和应用.pdf

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1、第42卷分析化学(FENX／HUAXUE)研究报告第2期2014年2月ChineseJournalofAnalyticalChemistry267—272DOI：10．3724／SP．J．1096．2014．30673电喷雾质谱脱溶剂过程的改进和应用杨美成张文赵芸杨鹏翔“(华东师范大学上海分子治疗与新药创制T程技术研究中心，化学系，上海200062)摘要电喷雾电离(ESI)技术由于脱溶剂过程中产生的电解作用及溶剂蒸发作用，使得酸性溶液喷雾液滴中质子残留，pH值降低，导致蛋白质在液滴中的空间构象受到破坏，所得质谱图无法正确反映蛋白质在溶剂中的真实构象。本研究以两种

2、经典蛋白质(细胞色素C和肌红蛋白)为实验样本，通过在ESI源和质谱仪进样端中间加入自行设计的空气放大器，产生高流速大流量气流，改善ESI脱溶剂过程。结果表明，电喷雾电离的初始液滴在高流速大流量气流引发的激烈碰撞中，被切割为粒径极小的喷雾液滴，同时液滴所带电荷被均分，从而使液滴pH值保持稳定，避免因ESI脱溶剂作用而破坏蛋白质的空间构象。基于高流速大流量气流在ESI脱溶剂过程的新机理，在使用商业化的ESI源时，着重于鞘气等脱溶剂辅助气体的使用和调节。通过增大鞘气的气流量保持蛋白质的生物构象。关键词电喷雾电离；脱溶剂作用；蛋白质空间构象；喷雾液滴1引言电喷雾电离(E

3、lectronsprayionization，ESI)质谱已被广泛应用于溶液中蛋白质的空间构象研究，包括肌红蛋白(Myoglobin)Eli、细胞色素c(CytochromeC)等为人们所熟知的蛋白。虽然蛋白质电荷分布在ESI质谱图上极具特色，但相应信息并不能直接反映蛋白质在溶液中的构象。众所周知，pH值和温度对蛋白质大分子的构象具有重大影响。由于ESI产生的电解作用和脱溶剂作用，在ESI正离子模式下喷出液滴的pH值比溶液实际pH值低得多_6J。在适用于大分子(包括蛋白质)的ESI带电残渣模型中J，液滴的pH值会不断降低，直至达到雷利极限，从而影响液滴中蛋白质的

4、构象。此外，质谱仪的真空度J、雾帘气(Curtaingas)E8,9]、毛细管温度。。以及锥电压_1等因素都对蛋白质的构象具有一定的影响。ESI正离子模式下，电荷价态的高低和电荷分布(Chargestatedistribution，CSD)的宽窄常被用于表征蛋白质在溶液中是紧密折叠还是去折叠的构象。蛋白质的天然构象常有一个狭窄的低电荷价态的CSD。在特定条件下(如酸性溶液，高温和有机溶剂)，蛋白质天然构象因被破坏而导致变性，ESI质谱图中会呈现更宽且更高电荷价态的CSD2'J。目前，针对在ESI过程中如何保持蛋白质构象的研究已有大量新方法报道，包括开发稳定试剂¨

5、和改进ESI源ll等。本研究对ESI脱溶剂过程进行了改进，在ESI源和质谱仪进样端中间加入自行设计的空气放大器(AA)，利用空气放大器产生的高流速大流量气流，引发喷雾液滴的激烈碰撞，在大液滴被均分为若干小液滴的同时，均分液滴中残留质子，从而使蛋白质构象得以保持。探讨了脱溶剂方法改进后的相应机理以及如何利用商品ESI源的辅助气体尽量保持蛋白质等大分子在电喷离子化过程中的生物性状。2实验部分2．1仪器设备LTQ离子阱质谱仪：配备商品ESI源(HESI．II)的LTQ离子阱质谱仪(ThermoFisherScientificInc．，SanJose，CA)，鞘气，O一

6、50arb(气体流量单位)；辅助气：5～25arb；辅助气的加热温度：20～300℃。ESI—AA—LTQ离子阱质谱仪：在自制的ESI源和LTQ离子阱质谱仪之间加入空气放大器(AA)以改进电喷雾脱溶剂过程。高流速大流量气流由空气放大器产生。如图1所示，引入空气放大器的少量压2013-07．12收稿；2013—10—12接受E-mail：yangpx@gmail．tom第2期杨美成等：电喷雾质谱脱溶剂过程的改进和应用269。B9+C7+5+pH=l5pH=24pH_414+№Il3十8+n8+⋯．I．．．．．【L600l0001400180060014002200

7、3000600140022003000m}zm}zm}z0十十。：6+刊．L8+6+．．．I1．【5+6001000l4001800600140022003000600140022003000m

8、zm／zm／z图2高流速大流量气流对于不同溶液pH值的细胞色素CESI质谱图的影响Fig．2MassspectraofcytochromeCfromvariedpHsolutionwiththeimpactofapplyingthelargeflowofhighvelocityairflowA—C是关闭空气放大器的结果，a～c是打开空气放大器的结果。A—C：themas

9、sspectracoll