質(zhì)譜（Mass spectrometry，MS）——樣品在離子源中電離、碎裂，形成不同質(zhì)荷比(m/z)的離子，不同的質(zhì)荷比在電場和磁場的作用下，按大小不同具有不同的運動方向，從而分離開，通過收集檢測離子來得到相應(yīng)的質(zhì)譜圖。質(zhì)譜可用于蛋白質(zhì)的鑒定，蛋白修飾鑒定，蛋白定量和蛋白定位，它是大規(guī)模蛋白質(zhì)組學中較全面，用途較廣泛的工具。
質(zhì)譜結(jié)構(gòu)
質(zhì)譜主要包括以下基本結(jié)構(gòu)：1. 進樣系統(tǒng)；2. 離子源；3. 質(zhì)量分析器；4. 檢測器。將樣品置于進樣系統(tǒng)，隨后進入離子源，樣品電離碎裂而離子化，再通過質(zhì)量分析器。在質(zhì)量分析器中，不同質(zhì)荷比m/z的離子實現(xiàn)時空分離，最終在檢測器中檢測和記錄數(shù)據(jù)。
圖1 質(zhì)譜儀器結(jié)構(gòu)
離子化技術(shù)
蛋白質(zhì)和肽是極性，非易失性和熱不穩(wěn)定的物質(zhì)，需要電離技術(shù)才能將分析物轉(zhuǎn)移到氣相中而不會發(fā)生大量降解。目前，有多種離子化技術(shù)已趨于成熟，包括電子轟擊離子化(electron bomb ionization，EI)、化學電離(chemical ionization，CI)、場電離(field ionization，F(xiàn)I)、場解吸(field desorption，F(xiàn)D)、快原子轟擊(fast atom bombandment，F(xiàn)AB)、大氣壓化學離子化(atmospheric pressure chemical ionization，APCI)、基質(zhì)輔助激光解吸電離（matrix-assisted laser desorption ionization，MALDI）和電噴霧電離（electrosprayionization，ESI）。MALDI和ESI屬于軟電離方式，此類技術(shù)為現(xiàn)代臺式MS蛋白質(zhì)組學鋪平了道路。下面將主要介紹這兩種軟電離方式。
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MALDI
MALDI基質(zhì)吸收激光能量并將其轉(zhuǎn)移至酸化的分析物，而快速的激光加熱會導致基質(zhì)和分析物的[M+H]+解吸電離到氣相中。MALDI電離需要數(shù)百次激光照射才能達到可接受的離子檢測信噪比。MALDI產(chǎn)生的離子主要是單電荷。這使得MALDI適用于脈沖分析儀器對高分子量蛋白質(zhì)的自頂向下分析。缺點是每次重復(fù)的重復(fù)性低，并且對樣品制備方法的依賴性強。
圖2 基質(zhì)輔助激光解吸電離
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ESI
與MALDI不同，ESI源從溶液中產(chǎn)生離子。電噴霧電離是由分離管線末端的發(fā)射器和分離管末端之間施加的高電壓（2–6 kV）驅(qū)動的。樣品形成霧狀的帶電微液滴，然后在加熱氣體的作用下去溶劑化，從而使得樣品離子在此過程中不斷碎裂。ESI技術(shù)的一項重要發(fā)展包括微米級和納米級ESI，流速降低至每分鐘納升，用以提高方法的靈敏度。納米級ESI能與毛細管反相（RP）色譜柱兼容，具有更高的靈敏度。ESI源通常與連續(xù)分析儀器耦合。
圖3 電噴霧電離
質(zhì)量分析器
利用不同質(zhì)量的離子在磁場中的運動軌跡不同而將其分離開。雙聚焦是在單聚焦基礎(chǔ)上的優(yōu)化版本，據(jù)有能量聚焦、方向聚焦、分辨率高，但體積大的特點。
由四根棒狀電極形成四極場，當碎片離子的共振頻率與四支電極的頻率相同時，才能通過電極孔隙到達檢測器。通過改變掃描頻率即可使不同質(zhì)荷比的離子分離開來。該分析器結(jié)構(gòu)簡單、體積小，分析速度快，分辨率較高，可與其他的質(zhì)量分析器串聯(lián)使用。
由一個雙曲面表面的中心圓環(huán)電極和上下兩個端電極構(gòu)成的三維四極場。離子儲存在離子阱里，當改變端電極電壓時，不同質(zhì)荷比的離子就能在其對應(yīng)電壓條件下飛出阱到達檢測器，從而將離子分離開。該分析器性價比高，靈敏度高，質(zhì)量范圍大，也可與其他的質(zhì)量分析器串聯(lián)使用。
核心部分是一個無場的離子漂移管，在加速電壓作用下，不同質(zhì)荷比的離子在真空室的漂移時間不同，因此依照不同順序到達檢測器。該分析器靈敏度高，掃描速度快，結(jié)構(gòu)簡單，但其分辨率會隨著隨質(zhì)荷比的增大而降低。也可與其他分析器串聯(lián)使用。
由超導磁體組成強磁場和置于磁場中的ICR分析室組成。進入分析室的離子，在快速掃頻電壓下，若離子的回旋頻率與電壓的頻率相同，則會發(fā)生共振。離子吸收射頻能量，運動軌道逐漸增大作回旋運動，產(chǎn)生可檢出信號。該分析器超高分辨率和質(zhì)量準確度，靈敏度高，掃描速度快，可與分析器串聯(lián)使用。
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磁分析器（Magnetic Sector)（包括單聚焦和雙聚焦）
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四極桿分析器(Quadrupole, Q)
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離子阱分析器(Ion Trap, IT)
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飛行時間分析器(Time-of-Flight, TOF)
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傅立葉變換離子回旋共振分析器（Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance, FT-ICR)
質(zhì)譜儀
最常用的儀器可簡單分為兩類：單級質(zhì)譜計和串聯(lián)質(zhì)譜系統(tǒng)。
單級質(zhì)譜儀，最有名的是基質(zhì)輔助激光解吸電離(MALDI)飛行時間(TOF)儀器，在許多項目中使用肽質(zhì)譜技術(shù)進行大規(guī)模的蛋白質(zhì)鑒定。該方法對于基因組較小且完整測序的物種中蛋白質(zhì)的鑒定特別成功。
串聯(lián)MS儀器，例如三重四極桿，離子阱和混合四極桿飛行時間（Q-TOF）等，通常用于LC-MS / MS或電噴霧電離（ESI）的納米噴霧實驗中，適用于通過序列數(shù)據(jù)庫搜索進行蛋白質(zhì)鑒定的肽片段離子光譜。
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