确证定量分析新工具Q-Exactive

ModernScientificInstruments138No.5Oct.2011确证定量分析新工具——ThermoScientificQExactive台式四极杆-轨道阱高分辨质谱仪王勇为赛默飞世尔科技（中国）有限公司QExactive是赛默飞世尔科技在2011年ASMS上推出的新型四极杆和轨道阱杂交高分辨质谱仪，它是在2009年推出的台式OrbitrapFTMSExactive的基础上，将高选择性四极杆的离子过滤与Orbitrap高分辨准确质量数（HR/AM）测量技术相结合，在分辨率、扫描速度和灵敏度性能上进一步提升，并提供各种高分辨扫描功能，适应不同的应用需要。QExactive质谱仪能进行高通量的目标物或非目标物筛选，能够实现高可靠性的确证定量分析，并且可以作为蛋白组学研究的一个通用质谱平台。和已有的Orbitrap产品一样，QExactive的高性能、稳定性和可操作性为前沿研究和常规检测提供更加可靠的分析结果。图1QExactiveLC/MS-MS1　主要性能特点该高分辨质谱的主要技术特点为（1）提供高达140,000FWHM的分辨率；（2）集成四极杆质量过滤器用于母离子选择；（3）采用新型S-透镜组离子传输，灵敏度提高至3倍；（4）先进的信号处理程序eFT-增强付利叶变换算法（5）快速极性切换，并达到2ppm以内的质量精度；（6）多种扫描模式组合可在一次分析中完成3个工作流程。2　Q-Exactive光路结构和新设计QExactive质谱仪由大气压离子源、离子导入S透镜组、弯曲四极杆离子传输、双曲面四极杆质量过滤器、C-Trap离子聚焦和发射四极透镜、高能碰撞池HCD及轨道阱Orbitrap所组成，内部光路结构见图2。图2Q-Exactive质谱仪器内部结构QExactive质谱的四极杆离子选择部分不采用RFonly模式，可在一个较宽的质量范围内实现离子选择（0.4amu-全扫描），且降低了基质干扰的进入；在C-Trap中可进行离子聚焦和发射，并能够多次注入离子，在所有离子累加后再进入到Orbitrap质量分析器中；在C-Trap后是独立的HCD碰撞池，从而获得和三重四极杆类似的碎裂谱图。QExactive质谱系统在提高FT质谱的扫描速度方面作了多项创新设计，采用（1）先进信号处理技术，通过新的算法对FT信号进行解析并改进检测系统的硬件，在同样时间长度的信号流采集可提高2倍分辨率；（2）通过平行离子注入和检测技术，即在Orbitrap进行高分辨扫描时，同时进行离子的注入和碎裂，为下一个MS/MS扫描做准备，因此可在1秒内获得1张全扫描MS谱图和10张高分辨精确质量数的（HRAM）MS/MS全扫谱图；（3）预测的自动增益控制（pAGC）；用于快速数据关联扫描分析新仪器新技术139第5期2011年10月（4）谱图叠加功能（SpectrumMultiplexing）：在选择离子并多次累加或选择并保存多达10种母离子，然后一起送入Orbitrap扫描。在目标物SIM（单离子监测）实验中，可在C-Trap中富集多个SIM离子，然后一起送入到Orbitrap做高分辨扫描，适用于多成分的快速检测，可在1秒内同时检测48个成分，并改善了信噪比。多重检测提高了整体系统工作周期的效率，能够更好的与UHPLC兼容，3　应用领域QExactive重新定义了定性定量的工作流程，可分析复杂基质中的痕量代谢物、污染物和多肽。它具有新的称之为确证定量“Quanfirmation”的功能，可在一次分析中同时完成化合物的鉴定、定量和确证分析，赛默飞世尔科技在QExactive的平台上建立了在生命科学、药物研发和食品安全等多个工作流程。3.1　蛋白质组学研究的综合平台与其他领域相比，蛋白质组学从Orbitrap技术中受益良多。QExactive质谱仪为蛋白质组学定性和定量分析应用提供了强大的，易于使用的高分辨率精确质量（HR/AM）的功能。它非常适用希望在一个质谱平台上完成蛋白组学研究从发现（Dis-covery）、差异比较/相对定量（DiscoveryQuan）到目标蛋白质定量验证(TargetQuan)这三个阶段。由于采集速度的提高和宽的动态范围，Q-Eaxctive在蛋白组表达谱分析中表现出杰出性能，不论是在鉴定覆盖率还是对于复杂背景中低含量蛋白质的检测。对目标蛋白质定量，用HR/AM模式大大简化了方法开发，并缩短样品分析时间和提高数据的可信度。与碰撞诱导解离（CID）相比，能量更高的碰撞诱导解离（HCD）往往能产生较好的碎片和更高质量的MS/MS谱图。更高质量的谱图和宽动态范围有助于更加深入地探索蛋白质组，鉴定更多的蛋白质并定量分析其他仪器所无法找到的蛋白质。与Q-TOF技术不同，Orbitrap技术不需要在高灵敏度和高分辨率之间做权衡。QExactive仪器的定性/定量分析功能使从蛋白质组发现实验过渡到目标蛋白质的定量分析和确认比以往任何时候都容易。QExactiveLC-MS/MS通过一系列应用软件来支持蛋白质组学研究。其中ThermoScientificProteomeDiscoverer软件用于蛋白质鉴定、修饰和各种标记差异分析，SIEVE软件用于非标记的差异比较分析，Pinpoint软件用于目标蛋白定量方法建立、样品分析和验证。3.2　为药物开发研究提供更高通量3.2.1　药物及代谢物的稳定性在DMPK定性和定量筛选研究中，QExactive系统提供和三重四极杆等同的定量分析母体化合物和代谢产物的能力，而在化合物鉴定方面其MS/MS的灵敏度和选择性均优于其它高分辨技术。实验室通过一次进样就可利用ThermoScientificMetQuest软件定量分析代谢稳定性，并确定可能的图3ThermoScientificQ-Exactive蛋白组学工作流程　　　　　　王勇为：ThermoScientificQExactive台式四极杆-轨道阱高分辨质谱仪ModernScientificInstruments140No.5Oct.2011代谢产物，从而获得更高通量。3.2.2　准确鉴定代谢产物的结构在代谢产物的结构鉴定中，采用Orbitrap技术的QExactive质谱仪具有更高精准度，可有效消除干扰。QExactive系统具有更高的MS/MS灵敏度和更详细的结构鉴定。利用ThermoScientificMetworks代谢物鉴定软件和MassFrontier谱图解析软件可更快速、全面地进行结构鉴定。3.2.3　更快速的活性代谢物筛选从同一母体化合物中产生的代谢产物在不同电离极性之间的电离效率可能会有巨大差异。而在MS和MS/MS模式下扫描间正负极性的快速切换，确保QExactive系统能够在一次色谱运行中昀大限度地检测和鉴定代谢物。3.2.4　药物杂质的可靠鉴定无论是筛选以寻找昀棘手的原料药中的杂质，基因毒性化合物，或溶出物和萃取物，QExactive质谱仪的确证功能都将提供一个更为可靠的结果。3.3　适合大规模代谢组学成份分析QExactive质谱仪具有高质量分辨率，可将分析物从干扰物中分辨出来。其扫描速度确保与UHPLC完美兼容，快速的极性切换确保找到更多的内源性代谢物。它是大规模复杂代谢组学样品组份分析的首选平台。ThermoScientificSIEVE软件中的ComponentElucidator（组分解析）算法去除了化学背景信号并归类相关的加合物、二聚体和同位素，显著提高结果可靠性，减少假发现率，加速生物标志物的发现过程。QExactive质谱仪也适用于脂类的分析。其超高的分辨率有助于解析复杂的样品。QExactiveLC-MS/MS为不稳定脂类的分析提供了一个理想的解决方案，并可以对所有类型的脂类进行定性和定量分析。3.4　环境和食品样品中有机污染物的筛选和定量对于食品安全中的有机污染物分析，从目标化合物、非目标化合物到全未知化合物，作为理想的定性/定量分析筛选平台，QExactiveLC-MS/MS比普通三重四极杆、Q-TOF或Q-Trap带来更多的性能和便利。其Data-Dependent™（数据依赖功能）、全扫描MS/MS功能，以及卓越的140,000分辨率和质量准确度，确保无论多组份快速筛选和痕量抗生素、农药或激素等确证定量，都获得高度可靠的结果。ThermoScientificExactFinder软件通过数据处理和报告简化了方法开发中的每一个步骤。即使是数百种各类化合物的多残留分析这样极富有挑战性的实验中，QExactive质谱仪结合ExactFinder™软件都能给出昀准确的结果。图4食品有机污染物的分析流程3.5　临床研究和法医毒物学SRM（选择反应监测）是在临床研究，毒物学和兴奋剂控制等方面进行定量分析的标准方法。QExactiveLC-MS/MS将定量分析推向另一个新高度，基于高分辨率精确质量数的Orbitrap技术使SRM的结果更加可靠。QExactive卓越的确证定量能力同样为内源性类固醇，药物滥用和疼痛控制疗法等应用提供便捷的化合物鉴定、定量和确认。4　总　结QExcative将四极杆离子选择和Orbitrap高分辨扫描结合，提供高质量的全扫描和MS/MS数据，是可靠确证定量的昀佳分析工具，和其它类型的串联杂交质谱比较，在性能和可操作性上具有领先优势。通过单次分析能够对复杂基质中成百上千种痕量组分进行鉴定、定量和确认。同时，赛默飞世尔科技在QExactive质谱平台上为蛋白组学研究、药物代谢分析、食品安全污染物筛选定量和法医毒物学等主要应用领域建立了的相关工作流程，这些工作流程大大简化了实验室工作人员对复杂样品的LC/MS-MS分析，从而提高工作效率。