厉害了FT-ICR-MS! 最高场傅立叶变换-离子回旋共振质谱投入使用

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继全球第一台 21T（Tesla）傅立叶变换-离子回旋共振质谱 (FT-ICR-MS) 在美国 National High Magnetic Field Laboratory 投入使用后, 第二台 21T FT-ICR-MS 最近也落户美国 Pacific Northwest National Laboratory（PNNL）。

Word天，又一台 21T FT-ICR- MS。谁是美国PNNL呢?

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PNNL的全名Pacific Northwest National Laboratory，中文名字叫美国西北太平洋国家实验室，是美国能源部所属的综合性多学科实验室，致力于推进对复杂化学、物理、生物体系的基本认识，为国家安全、能源、环境等方面的关键性挑战提供科学的解决办法。美国联邦政府每年投入20亿美元用于环境治理，并于1986年耗资2.5亿美元在PNNL创建了环境分子科学实验室，从基础研究入手解决环境治理问题。

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 在最新一期的JASMS （Journal of the American Society for Mass Spectrometry）上发表的一篇文章中，来自PNNL 环境分子科学实验室的团队展现了21T FT-ICR-MS的超高分辨率及独特的应用。

图1. Substance P 第二同位素峰质谱图

首先, 以分子量为1346.7281 Da双电荷Substance P为例，12秒采集时长（transient time）的图谱叠加4次即可获得超过3百万的分辨率。图1所示的第二同位素峰（A+2）所有同位素精细结构的质谱峰信噪比均大于3，且各同位素峰的相对丰度与理论值相对误差小于3%，并能鉴别出质荷比相差仅 0.71 mDa、丰度相差4倍的 ¹³C³³S 和¹⁸O 同位素峰。

图2. SRFA质谱图谱 

石油及环境组学的复杂样品含有数万以上的小分子有机化合物，FT-ICR-MS的超高分辨率和准确的同位素精细结构谱图使其成为这一新兴领域最有潜力的质谱分析平台。如图 2所示，PNNL团队用 SRFA （Suwannee River Fulvic Acid）标准品在 ESI负离子模式下进行直接进样分析。在120万分辨率（@m/z 367）下,质荷比相差 0.042 mDa的两个化合物能在谱中明显分离开来。在所有11893个信噪比大于3的质谱峰中, 8158个可以通过分辨率和同位素精细结构给出分子式！文章指出,对于更加复杂的实际样品,FT-ICR-MS这种独特的优势会更加显著。

PNNL的团队还研究用FT-ICR-MS以Top-town 手段对完整蛋白质变体(intact proteoforms)及生物大分子(>100kDa) 进行了分析。鉴于QTOF在高质荷比的分辨率不够和Orbitrap 在将蛋白离子从C-trap高能量注入进分析器时会导致大蛋白离子碎裂和振荡失相(dephasing), 从而降低了检测分辨率和灵敏度（JASMS,2009,20:1486-1495），因此，这是FT-ICR-MS另一个特有的应用领域。

图3. 单克隆抗体完整蛋白质质谱图

图3展示了在21T FT-ICR-MS上获得的单克隆抗体(150KDa) 完整蛋白质谱图（含55个电荷的多电荷质谱峰）。图中左上角插图为含量最高的糖型（G0F/G1F）质谱图，其质谱峰达到了同位素基线分辨；图中右上角插图为去卷积之后的完整蛋白质分子量，其质量误差均小于10 ppm (<1.5 Da)，证实了FT-ICR-MS可以在对分子量大于100 kDa 的完整蛋白质进行分子量测定。

目前，PNNL团队计划增加检测器上的检测电极数量并对其进行改进和优化，以同时获得多重离子回旋共振信号，在保持超高分辨率的条件下，提高检测速度，满足液质联用的需求。

摘自文献：21Tesla Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry GreatlyExpands Mass Spectrometry Toolbox . Journalof American Society for Mass Spectrometry 2016, 12:1929–1936

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