基質輔助雷射解吸:簡介,背景,技術原理,基質的選擇,技術特點,套用,多肽與蛋白質,

基質輔助雷射解吸離子化技術（Matrix-assistedlaserdesorption/ionization，MALDI)是一種新的質譜離子化技術。MALDI由雷射解吸（LD）發展而來，解決雷射解吸難揮發和熱不穩定高分子樣品的離子化問題。

基本介紹

中文名：基質輔助雷射解吸
外文名：Matrix-assistedlaserdesorption/ionization，MALDI
專業：質譜軟離子化技術

簡介,背景,技術原理,基質的選擇,技術特點,套用,多肽與蛋白質,核苷酸,糖類化合物,高分子化合物,低聚物,總結,

簡介

基質輔助雷射解吸（Matrix-assistedlaserdesorption/ionization，MALDI)是一種用於質譜的軟的離子化的技術，可以得到用常規離子化方法容易解離而得到分子碎片的一些大分子的質譜信息，比如生物分子類的DNA，生物高分子、蛋白質、多肽和糖，以及其他大分子量的有機分子，如高分子、樹狀分子和其他大分子，在這方面類似於同樣是軟離子化方法的電噴霧離子法，不過MALDI更容易得單電荷的離子峰。

背景

近年來，雷射解吸離子化質譜（LDI-MS) 已成為分析非揮發性有機物的重要方法之一， LDI作為傅立葉變換離子迴旋共振質譜(Fourier-transform ion cyclotron resonance，FT-ICR）和飛行時間質譜 (time of flight，TOF ) 的離子化方法, 已成功地用於對無機物、合成聚合物以及低分子量生物分子的分析,得到了令人滿意的結果。然而用雷射解吸測定的有機物其分子質量均低於2.98ku。有實驗表明，分子離子的軟解吸僅來源於能較好吸收雷射的分子，對於在雷射波長處沒有吸收的樣品，不能被共振激發，離子的產生就需要較高的輻射度，這樣就不可避免地破壞了有機分子，限制了LDI 對分子量高於2.98ku的熱不穩定性大分子的測定。

1988 年，德國科學家 KARAS 和 H ILLENKAMP等首次提出基質輔助雷射解吸離子化 (Matrix-assisted laser desorp tion /ionization, MALD I)技術。MALD I可用於測定分子量為 10 ～10Da的生物分子，目前已被廣泛地用於測量多肽、蛋白質、核酸等生物大分子的分子量以及高分子聚合物的分子量分布。MALD I質譜技術具有靈敏度高、適用範圍廣、操作簡單等特點，使傳統的主要用於小分子物質研究的質譜技術拓展到分析高極性、難揮發和熱不穩定樣品的範圍。

技術原理

對於熱敏感的化合物，如果進行極快速的加熱，可以避免其受熱分解。MALD I技術與此原理相似：即在一個微小的區域內，在極短的時間間隔 ( ns數量級 )中，雷射對靶上待分析物質提供高強度脈衝式能量，使其在瞬間完成解吸和電離，且不產生熱分解。MALDI是一種直接氣化並離子化非揮發性樣品的質譜離子化方式，但是其離子化機理尚不清楚，存在兩種可能性：離子在固態時已形成，雷射照射時只是簡單的釋出；或是由雷射引發的離子 -分子反應產生的。

MALDI原理和圖例

MALDI的解吸離子化過程與基質的種類、激發光波長和雷射照射強度有關。

基質的選擇

採用固體基質分散待測樣品是 MALDI技術的主要特色。基質是和待測樣品共存、吸收入射雷射以防止其直接照射致使待測樣品被破壞的物質。將待測樣品以高稀釋比例 (基質 ∶樣品 =10000∶1)分散在基質中，基質有效地吸收一定波長的脈衝雷射的能量後，均勻地傳遞給待測樣品，使之瞬間氣化並離子化。此外，大量的基質使待測樣品有效分散，從而減少待測樣品分子間的相互作用。

基質的選擇是 MALDI分析中最重要的步驟之一，理想的基質一般具有以下性質：在採用的雷射波長處有較強的電子吸收；有較好的真空穩定性，較低的蒸氣壓，以及在固態時和分析物有較好的混溶性。

在 MALDI技術中，基質對樣品的分析有特殊的作用：

①稀釋樣品，使簇合的大分子解離；

②保護樣品，基質吸收雷射能量後轉移給樣品，避免雷射直接照射樣品而引起樣品分子分解；

③提供質子，通過質子轉移等使樣品分子離子化；

④提供卷流，拋出樣品分子。基質的選擇主要取決於所採用的雷射波長，其次是被分析對象的性質。常用的基質有煙酸、2, 5 - 二羥基苯甲酸和介子酸。多數 MALDI都是採用固體 (結晶性 )的有機基質，,但這些基質在低質量區會產生相應的背景峰，從而干擾小分子化合物的定性。

另外，在基質溶液中加入基質添加劑可以改善分析結果，對解吸的靈敏度、重現性、解析度和信號抑制有很大改進。目前常用的基質添加劑有 :胺類 (無機銨鹽如氯化銨、檸檬酸氫二銨、醋酸銨；有機胺如鹽酸精胺、精胺等 )、表面活性劑、糖類以及一些金屬離子。

技術特點

與電子轟擊電離、化學電離等其它質譜電離技術相比 ,MALDI技術具有以下特點：

①可電離一些較難電離的樣品 (特別是生物大分子 ) ，得到完整的電離產物，且無明顯碎片；

②單電荷分子離子峰占多數，質譜圖較簡單，適合多組分樣品的分析；

③適用範圍廣，能耐受一定程度的鹽和緩衝液；

④對樣品處理的要求不嚴格，甚至可以直接分析未處理過的生物樣品，從而簡化繁瑣的制樣過程；

⑤靈敏度高。

套用

MALDI技術已被廣泛套用於蛋白質、多肽、低聚核苷酸、低聚糖、合成聚合物、菸葉等分析。

多肽與蛋白質

MALDI技術廣泛套用於多肽和蛋白質分子量的測定及純度評價，如牛碳酸酐酶、蜂毒素、牛胰島素、牛胰島素 B 鏈、短桿菌肽S 、肌紅蛋白、細胞色素 C、胰蛋白酶原等的測定，且測定過程十分簡便。在國外的一些實驗室里 MALDI已成為蛋白質分子量測定的常規方法。對於複雜的生物混合物，尤其是含一定濃度的鹽和緩衝液的樣品，採用快原子轟擊 (FastA tom Bombardment, FAB)和電噴霧離子化 ( Elec-trosp ray Ionization, ESI)分析會產生肽離子信號的抑制現象，而採用 MALDI-MS分析蛋白水解產物則不存在這些問題。MALDI與酶解或化學降解相結合是研究蛋白質結構、確認基因工程藥物與天然組分結構一致性的好方法。

核苷酸

核苷酸極性大且具有熱不穩定性，直接雷射解吸易發生碎裂。而 MALDI在核苷酸，尤其是低聚核苷酸分析中顯示了巨大的潛力。

糖類化合物

Papac等提出以 2, 5 - 二羥基苯甲酸 (DHB)為基質，用反射式MALDI在正離子模式下測定中性糖組分；用 2, 4,6 - 三羥基苯乙酮 ( THAP)為基質，用線性 MALD I在負離子模式下測定酸性糖組分。此外，MALD I在糖脂和磷脂的分析中也得到了套用。

高分子化合物

高分子化合物摩爾質量及其分布的測定在高分子材料研究與發展中具有極其重要的作用。MALDI-MS測定高分子材料的摩爾質量有以下特點 : ①測定不依賴於樣品或 Mark-Houwink常數；②測得的是絕對摩爾質量，而不是相對摩爾質量，且精度高於光散射和膜滲透等方法；③可得到摩爾質量分布，而不僅僅是一個平均值；④可同時提供末端基團的結構信息； ⑤可用於共聚物和接枝聚合物等高分子的摩爾質量測定。

低聚物

MALDI-MS除了提供被測物的摩爾質量等結構信息外，還可以提供純度信息，因此 MALDI-MS可有效檢測各類齊聚物、低聚物和預聚物 ,如聚芳香醚酮環狀低聚物、環狀聚酯預聚物、聚苯胺齊聚物、乳酸低聚物等。

總結

MALDI是一種先進的軟電離質譜技術，已廣泛套用於生物大分子、高分子化合物和低聚物分析中 ,然而在有機小分子、菸草煙氣化學成分定性定量分析方面則套用較少。可以預見，隨著理論研究和套用研究的不斷深入，MALDI在菸草、煙氣以及香精和浸膏化學成分的分析等方面將得到更廣泛的套用。

基質輔助雷射解吸