电喷雾质谱（ESI-HRMS）在生物大分子检测中的应用
西安国联质量检测技术股份有限公司
GLP 耿建瑞
电喷雾离子源（ESI）的工作原理如图1.7所示，雾化器的喷针加有高电压，液态分析物质低速通过喷针时，在高压电场的作用下，形成泰勒锥，当泰勒锥表面张力小于静电斥力时，形成雾状液滴，含同种电荷的的液滴在高压电场的作用下向毛细管移动，高温氮气干燥气反向吹动，使液滴不断挥发，直至产生脱溶剂，分析物以气态离子进入毛细管。
图1. 电喷雾离子源（ESI）原理示意图
ESI是一种“软电离技术”，在样品离子化的过程中，没有热汽化的过程，没有离子碎片的产生，能够保持样品丰度完整性；可以准确测出分子质量（mw），从而直观的区分出混合物中的不同组分；另外，ESI可以产生多电荷峰，而质谱测定的是质荷比，大大拓宽了仪器可检测的分子量范围，非常适合大分子化合物以及非共价复合物的分析。ESI也可用于核酸以及核酸与配体的相互作用的分析，与蛋白质的检测不同的是核酸的检测一般采用负离子模式。因为蛋白质含有较多的含氮碱基，在酸性及中性溶液中很容易质子化，而核酸含有磷酸基团，在溶液中容易失去质子，所以核酸的检测一般采用负离子模式。
ESI离子源可以产生多电荷离子峰，使得质荷比大大降低，从而扩展了质谱的检测范围，可以检测蛋白质、核酸等大分子。但是同一化合物会产生多种电荷的质谱峰，不同的离子峰必须归属到能够产生该多电荷离子峰的离子，这是一个很复杂的过程。
对于低分辨率的质谱，当质谱产生的多电荷质谱峰电荷较少时，每个质谱峰所带的电荷数可通同一离子的带不同电荷的离子峰的比值来确定。但是对于更复杂的样品如蛋白质、DNA等，由于其所含成分多，碎片离子也多多，生成的多电荷质谱情况很复杂——峰数目多，且会有峰折叠，掩盖等情况，其电荷数数和质量数的的确定就很困难。
对于复杂样品的检测，提高质谱的分辨率则非常重要，对于一簇多电荷离子峰，我们可以通过相邻两个同位素峰的间距很容易的得到该离子峰所带电荷数，从而很计算出生成该多电荷峰的离子的分子量。但是生物样品成分复杂，即使一次小小的实验也可能会产生成千上万的质谱数据。这就需要对这些多点和质谱数据进行解卷积，对于质谱来说，“解卷积（Deconvolution）”是指利用电荷只能是整数的特点，将同一分子量的不同质荷比的峰按一定的算法组合到一起。
科学家们开发出各种各样的算法及软件用于质谱数据的自动解卷积。但是各个仪器公司的解卷积软件价格昂贵，很多实验室，虽然可以利用ESI-HRMS可以得到大量的质谱数据，但是苦于无法解卷积，导致实验数据无法进行分析。
在此，介绍由Horn等人提出一种基于高分辨数据的解卷积算法THRASH[65]。THRASH的基本原理如图1.8：
1，使用者设定质荷比m/z范围，质谱峰可能带电荷数目，信噪比阈值等信息。2，程序自动将高于指定信噪比阈值的质谱峰挑出。3，按照自相关算法[66]计算出质谱峰的电荷数，并计算出平均分子质量。用第2步得到的平均分子质量结合Mercury算法 得出质谱峰簇的理论轮廓图[67]，4，将理论轮廓图与质谱中实际轮廓图对比，得到一个匹配分数（fit score），5，将高于fit score的质谱峰删掉，低于fit score的质谱峰重复第3步骤。
图2高分辨质谱数据解卷积原理
Navdeep等人基于THRASH开发的开源软件Decon2LS，对质谱数据进行解卷积可以生成电荷数（charge）、单一同位素峰（monoisotopic mass）、同位素最高丰度离子峰（most abundant isotope intensity）、平均分子量（average mass）以及对应的质谱丰度（abundance）等信息，为ESI-HRMS研究蛋白质、DNA及其与小分子化合物的相互作用的分析提供了详细的数据。
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