电泳游离质谱法的发展历程

互联网2013-11-14

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芬恩于一九一七年在美国纽约市出生，一九四○年毕业于耶鲁大学，一九九四年任维吉尼亚联邦大学教授。电泳游离质谱法于一九八四年首度由芬恩提出，一九八八年芬恩又发表了两篇被视为突破性的论文。在第一篇论文中，他研究含有未知质量的聚乙二醇质谱，发现可以处理具有高电荷的大分子，第二篇论文显示这方法亦可运用在蛋白质的分析上。蛋白质离子的产生是由于受到电场的影响，将试样喷洒出去时，会形成许多带电荷的水滴，当水滴中的水蒸发后就剩下荷电的蛋白质分子。

当分子具有很高的电荷时，由于具有适当的质量／电荷的比值，因此就可用普通的质谱仪进行分析。分子可能携带许多不同的电荷，因为接上了许多不同数目的质子，因此会得到一系列的离子讯号。虽然这个现象使得电泳图谱变得非常复杂，但也产生了更多的图谱峰信息，使得鉴定的工作变得较容易。

当时的电泳游离法主要目的是提供一个能和液相层析结合的一种界面，这方法在蛋白质分析及液相层析/质谱领域皆非常重要。由于许多高极性的分子，尤其是蛋白质分子，在加热时会造成性质的改变而无法被侦测，利用电泳游离质谱法则可以克服这个问题。

电泳游离质谱法被提出后，在生化分子分析方面的应用，立刻蓬勃发展起来。由于此种游离方式是现今多种游离方式中最温和的一种，它有能力使离子在经由溶液相到气相的过程中依然维持离子的完整性，并且对于侦测巨大生化分子，能利用多重价电的方式来侦测，因而能扩大一般质谱仪所能侦测的范围，这是其它的游离方式所无法做到的。现今的电泳游离质谱法常被用来和其它的分析仪器，例如高效能液相层析仪（HPLC）、毛细管电泳仪（CE）等合并使用，藉由此种的组合方式，电泳游离法已成为一种非常普遍且可做为分析多种巨大生化分子的方法。

电泳法是液体流经一出口端加装高电压的毛细管后喷出，由于液体受电场影响，以致被分散成许多细小带电的液滴。于毛细管出口端所加的正高压，会在该处产生一电场，溶液流经此区时，溶液中的正负离子会因电场的存在而产生电泳现象。溶液中带正电的离子会远离毛细管，而带负电的离子则向毛细管移动，形成电荷分离。因此，当溶液由毛细管流出时，表面会累积较多的正电荷，这种表面正电荷的堆积，会造成液面不稳定，并且因为电场的作用，使得带正电荷的液面往低电场方向拉长，形成圆锥状，称为泰勒锥。

带电荷液滴形成气相离子过程的理论，目前有两种说法：一为窦尔（M. Dole）于一九六八年提出的电荷残留理论，另一为祎瑞苯（J.V. Iribrane）与汤姆森（B.A. Thamson）于一九七六年提出的离子挥发理论。这两种理论都是结合溶剂挥发和库伦斥力两种现象的结果，但多数的研究者认为电荷残留理论的解释较合理，因为当溶剂挥发后，电荷仍会留在液滴上，因此最后可形成带多价电荷的离子。

一九九三年，芬恩把离子挥发理论加以改良，用来解释大分子会带多价电荷的现象，其原因在于一开始液滴中带有多个电荷，而且这些电荷也同时被带有异性电荷的离子包围；由于大分子在液滴中的布朗运动而移到液滴表面，此时大分子便会取代数个液滴的表面电荷，再藉由热能的驱动使大分子的一部分带电区域自液滴表面突出，一旦突破能障后，大分子便与液滴脱离而形成带多价电荷的离子。