质谱正离子测试

精密测量院郑安民研究团队近期应英国皇家化学会旗下Chemical Society Reviews 期刊的邀请，撰写了题为“Carbocation chemistry confined in zeolites: spectroscopic and theoretical characterizations”的综述论文，并被遴选为封面文章。论文从课题组围绕分子筛限域孔道中碳正离子催化的相关工作出发，系统地介绍谱学实验和理论计算在分子筛限域孔道中碳正离子化学的研究前沿与进展，阐述了分子筛限域孔道特性对碳正离子稳定性和反应性能的影响机制。烷烃、烯烃和醇等碳氢化合物的酸催化转化是重要的工业反应过程，碳正离子则是这些反应中最常见也最重要的中间体。酸性分子筛催化剂的催化效率、选择性和失活都与其中涉及的碳正离子稳定性、演化过程和寿命密切相关。因而，对于分子筛限域环境中碳正离子的深刻认识不仅有利于解释催化反应机理，还对分子筛催化剂酸性和孔道结构的设计和调控起到至关重要的作用。（a）分子筛限域孔道中芳香性碳正离子参与的甲醇转化机理；（b）分子筛限域孔道中芳香性碳正离子与骨架形成的FLP结构论文根据碳正离子的几何结构、电子结构及其稳定性出发确定了分子筛中碳正离子的类型，系统介绍了用于碳正离子表征的各种谱学实验（固体核磁共振、紫外可见光谱、红外/拉曼光谱、荧光光谱等）和理论计算方法，指出了这些方法在分子筛孔道中碳正离子结构表征和反应机理研究上的优势和局限性。论文进一步以甲醇制备烯烃和烯烃裂解反应为例，探讨了影响分子筛孔道中碳正离子稳定性的两个因素——酸性和限域效应，并从受阻的路易斯酸碱对角度讨论了分子筛中碳正离子的稳定性与反应活性之间的关系。基于对分子筛限域孔道中碳正离子化学的认识，论文总结了碳正离子在不同类型分子筛催化反应中所起到的关键作用，阐明了分子筛限域孔道与碳正离子结构匹配性对碳正离子稳定性所起到的重要作用，并指出原位谱学表征与从头算分子动力学结合方法将是确定分子筛限域孔道中碳正离子超快演化动力学行为研究的强有力研究手段。文章的第一作者是精密测量院特别研究助理/博士后陈伟。该工作得到了国家自然科学基金委与科技部的支持。 论文链接：https://doi.org/10.1039/D1CS00966D

p 　　这里所指离子源包括离子发生和导入两部分，这是质谱技术领域最活跃的部分，国内外都开发了许多实用技术，最值得关注的是“离子漏斗技术(Ion Funnel)”，它大幅度提高了离子聚焦效率从而提高了灵敏度。离轴导入技术在质谱仪器中所占比例越来越高，是降低信号噪音的第一道关键技术，目前早已不是简单的“Z-Spray”一种技术了，各种角度、各种喷头均已成功融入到离子源中。 /p p 　　各种基于“解吸喷雾离子化(DESI)”思路的离子源技术非常活跃，国内外均开发了多种技术和产品，其中部分技术国内还具有知识产权，获得了国家重大专项的支持，值得进一步大力进行产业化开发。 /p p 　　“可调气氛离子源”是个非常出色的创意，它把大气压下的电喷雾离子源封闭起来且通入不同类型的反应性气体，然后设计合理的气路进行“气聚焦”，可实现特殊目标，该技术是华人学者在国际上首次推出，经实验验证，技术确实可行。在某些情况下可改善信噪比，对于需要“源内裂解”的应用，该技术非常有优势。但还有不少问题需要深入研究，包括既要反应性又要避免高反应性给图谱带来复杂性等。 /p p 　　离子产生方面，涵盖了“电场电离法“、“光电离法”以及“热电离法”，是否还会出现更多形式的电离技术，值得深入研究。 /p p 　　高效化、灵活化、专用化、简便化，是离子源重点考虑的性能，还有许许多多技术需要攻克。离子化效率一直是提高质谱灵敏度的瓶颈，如果能把正离子模式下可能产生的负离子或中性粒子尽可能“原位(in situ)”转化成正离子，可以预期灵敏度将极大提高。质谱相关的诺贝尔奖获得项目提示，离子源是最代表质谱核心技术的领域，也是最可能出现原始创新的技术。 /p p style=" text-align: right " 本文作者为蛋白质药物国家工程研究中心魏开华研究员 /p

巴西的科学家基于质谱和机器学习开发了一种针对新冠病毒的新诊断测试，该测试可测量参与甘油磷脂途径的代谢产物的丰度。它可以在数分钟内给出结果，还可以预测患者患该疾病的风险低还是高。新冠病毒测试自从新冠病毒大流行开始以来，医药界迅速制定了许多诊断测试方法，以便可以检测到病毒并将其控制。它们一般基于抗原检测，抗体检测和RNA扩增，并提供了对比程度的敏感性和特异性。现在，巴西的一大批科学家开发了一种新的测试方法，该测试方法采用了另一种方法，以寻找被新冠病毒感染扰乱的代谢物。它受到机器学习的支持，该机器学习用于识别和建模潜在的生物标记。该测试是在3组患者中使用合并血浆开发而成的，包括442名确诊的新冠病毒患者，23名未确诊的可疑病例和350名对照。用甲醇简单预处理并离心后，将血浆上清液用酸化的甲醇稀释，然后直接注入高分辨率质谱仪中。以正离子模式在140,000 FWHM的高分辨率下运行，无需进行初始色谱分离即可加快整个分析过程。使用离子m / z值，强度，宽度和分辨率对质谱数据进行预处理，并进行对齐，归一化和去噪。使用机器学习算法（例如自适应树增强，梯度树增强，随机森林，极端随机森林，偏最小二乘和支持向量机）确定了最有区别的特征。使用累积分布函数分析评估了代谢物作为潜在生物标志物的重要性，该分析将阳性新冠病毒血浆的值与对照组的值进行了比较，并确定了它们对疾病的正向或负向影响。进行了两轮培训和验证。新冠病毒区分代谢物该过程共鉴定出26个判别离子。在这些模型中，有7个无法确定，但是其余的19个模型被采用，其中8个对疾病有积极贡献，而第十一个则有负面贡献。将离子用于成对模型中的训练和验证，该模型利用成对的生物标志物强度之间的关系，而不是相对丰度。这种方法用于“尽管输入数据有所变化，但仍为模型增加了稳健性”。经过方法培训和验证后，这些离子用于新冠病毒的盲法测试中，特异性为96％，灵敏度为83.1％。这些数字至少与当前的血清学和PCR方法一样好。这些特殊的代谢物的使用得到了支持，因为许多是参与甘油磷脂代谢的脂质。它们包括七种甘油磷脂，三种固醇脂质，三种甘油脂，两种脂肪酸，一种鞘氨醇，一种嘌呤代谢产物和两种未知肽。在新冠病毒感染期间，它们各自的上升或下降反映了在其他情况下的行为，例如败血症和急性呼吸应激综合症。这些生物标记物还能够将住院十天以上，机械通气或死亡的高危患者与中度或轻度症状的低危患者区分开。他们还可以区分低风险患者和没有症状的患者。研究小组得出结论，他们的方法“在一个解决方案中，汇总了人口新冠病毒筛查的另一种选择，并通过风险分类为公共卫生工作提供了指导”。（编译：符斌 北京中实国金国际实验室能力验证研究中心研究员）根据Covid-19 Automated Diagnosis and Risk Assessment through Metabolomics and Machine Learning编写Published: Jan 20, 2021Author: Jeany Delafiori