加速场和进气温度对常压MALDI中小分子离子产量的影响

《International Journal of Mass Spectrometry》：Influence of Acceleration Field and Inlet Temperature on Ion Yields of Small Molecules in Atmospheric Pressure MALDI.

优化大气压矩阵辅助激光解吸电离（AP/MALDI）中电场和温度对离子产率的影响，发现2,5-二羟基苯甲酸（DHB）主要生成自由基阳离子而非质子化离子，这与常见基质不同。研究指出电场强度和毛细管温度调控离子分离与产率机制复杂，涉及激光光解基质分子及热激活质子转移过程。

　　在现代生物分析技术中，大气压基质辅助激光解吸电离（AP/MALDI）和大气压激光解吸电离（AP/LDI）已成为研究复杂分子结构的重要工具。这些技术在质谱分析中广泛应用，尤其在脂质、糖类、肽类和小分子物质的鉴定中。然而，要充分发挥其分析能力，优化加速电场和入口毛细管温度是关键因素。通过调节这些参数，可以显著提升离子产率，从而增强检测的灵敏度和准确性。

研究显示，AP/MALDI和AP/LDI中，入口毛细管的温度对离子产率具有重要影响。在实验过程中，科学家们研究了多种离子的生成情况，包括带正电荷的质子化罗丹明6G离子（[Rh6G+H]?）、质子化基质离子（[M+H]?）、基质自由基阳离子（[M•]?）以及质子化利血平离子。这些研究揭示了在不同的实验条件下，基质分子如何与分析物分子相互作用，从而影响最终的离子产率。特别是，对于2,5-二羟基苯甲酸（DHB）这类基质，其主要生成的是自由基阳离子而非质子化离子，这一现象在大多数用于正模式MALDI-MS分析的基质中并不常见。

通过改变入口毛细管的温度，研究者发现AP/MALDI和电喷雾电离（ESI）中，(DHB+H)?/(DHB•)?的比例变化趋势相似。这一发现表明，入口毛细管的温度调控在不同电离技术中可能具有相似的机制。此外，AP/MALDI和低压MALDI源中的离子产率对电场强度的依赖关系比之前建立的模型更为复杂。该模型原本认为，电场可以缓解电荷中和过程，从而提高离子产率。然而，实际研究表明，电场对离子释放的影响远不止于此，涉及更多动态过程。

在AP/MALDI中，激光照射产生的基质微晶表面层中的分子会被光离子化，随后通过热激活的质子转移机制，将质子传递给相邻的基质分子，最终形成带电的分析物离子。这一过程不仅依赖于激光的能量，还受到基质和分析物分子之间相互作用的影响。例如，在紫外光（UV）照射下，基质分子的光离子化会产生自由电子，这些电子在电场的作用下被迅速迁移，从而影响电荷分离和离子释放的效率。

另一方面，在真空MALDI中，离子释放的过程主要发生在激光脉冲后的短时间内。此时，纳米级粒子在高温下迅速蒸发，释放出被困的离子。然而，真空MALDI的离子释放时间非常短暂，通常在300-500纳秒之间，限制了其对某些离子生成过程的观察。相比之下，AP/MALDI中的离子释放过程更为复杂，因为粒子在穿过加热的入口毛细管时会经历多次热交换，这可能导致离子产率的显著提升。

研究还揭示了电荷分离在MALDI质谱中的重要性。在MALDI质谱中，由于电场的存在，正负电荷粒子的分离变得更加有效。这不仅有助于减少电荷中和的影响，还能提高离子产率。例如，在亚大气压（sub-AP）或大气压MALDI（AP/MALDI）源中，电场的持续作用使得正负电荷粒子的分离更加明显，从而增强了质谱信号的强度。

在分析物离子的生成过程中，单电荷离子的主导现象尤其值得关注。在MALDI-MS分析中，大多数肽类离子以单电荷形式存在。这一现象与分析物分子的结构和电荷转移机制密切相关。例如，在UV MALDI实验中，基质材料的初始温度估计在700K到1000K之间，而分析物分子的质子化过程可能受到这一温度的影响。此外，分析物分子中的某些基团，如赖氨酸或精氨酸残基，由于其较低的质子亲和力，可能在高温条件下难以接受额外的质子。

研究还指出，电荷转移的逆反应在高温下会加速。根据勒沙特列原理（Le Chatelier's principle），在放热反应中，温度升高会导致反应逆向进行，从而减少正电荷离子的生成。这一原理在解释不同肽分子的电荷状态分布变化时尤为重要。例如，当肽分子的C末端精氨酸残基被替换为赖氨酸时，由于后者质子亲和力较低，导致离子产率下降。

在AP/MALDI源中，入口毛细管的加热对离子释放起着关键作用。研究发现，加热的入口毛细管能够有效提升离子产率，特别是在低压力MALDI源中。然而，这种加热机制尚未在商业质谱仪中得到广泛应用。因此，科学家们正在探索如何通过优化入口毛细管的温度和电场强度，进一步提高离子产率。

此外，研究还提到，AP/MALDI源中的离子释放过程与电喷雾电离（ESI）存在一定的相似性。在ESI中，液滴在毛细管中经历电场作用，导致电荷分离和离子释放。而在AP/MALDI中，纳米和微米级粒子在穿过加热的入口毛细管时，同样会经历电荷分离和离子释放的过程。这一发现为理解不同电离技术之间的相互作用提供了新的视角。

综上所述，AP/MALDI和AP/LDI技术的优化需要综合考虑多个因素，包括基质的光离子化能力、入口毛细管的温度、电场强度以及离子释放的动态过程。通过深入研究这些因素，科学家们可以更好地理解MALDI机制，并进一步提升其在生物分析中的应用价值。这一研究不仅有助于提高质谱分析的灵敏度和准确性，还为未来开发更高效的电离技术提供了理论基础和实验依据。