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质谱技术的原理及其临床应用
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  • 上传日期:2018-03-13 01:40
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资源简介

内容包括质谱技术的基本原理、飞行时间质谱和三重四级杆质谱的临床应用
Sample Introduction: (直接进样杆) Direct Insertion Probe (DIP)
Direct insertion probe
Conceptually very easy, practically very tricky
Sample Introduction: Gas Chromatogram-MS (GC-MS)
GC output to mass spectrometer
Sample already in gas phase
Sample Introduction: Liquid Chromatogram-MS (LC-MS)
Direct infusion of sample in solution
Syringe pump: slow steady infusion
Output from HPLC
Separation and identification of components
Vast majority of solution is solvent
Must remove solvent to “see” analyte
Historically: extra pumping and heating
Applicable to electrospray ionisation
ESI: see later
离子源






MALDI技术中基质的作用
把样品分子彼此分开(基质:样品=10,000:1),削弱样品分子之间的相互作用。

基质吸收激光的能量,并将部分能量传递给样品。

帮助样品离子化。
C: MALDI 激光解吸附离子源 Matrix-Assisted laser Desorption/Ionization
MALDI源的出现解决了生物大分子的离子化难题,离子化过程与FBI有相似之处。
1、使用基质,但基质为固体。
2、 MALDI用脉冲激光束轰击样品和基质的共结晶。
对基质的要求是能吸收337nm紫外光并气化,能量由基质传给样品使样品一起气化并离子化。




常用基质
1、α氰基-4羟基-肉桂酸 CCA 多肽
2、3,5-二甲氧基-4-羟基肉桂酸 SA 蛋白
3、龙胆酸(2,5-二羟基苯甲酸 DHB 聚合物
4、吡啶甲酸 PA
5、3-羟基吡啶甲酸 3HPA

MALDI源由氮激光器产生短周期脉冲激光,产生的多为单电荷离子,效率很高,即使只有极少的样品也可分析


常用基质结构
MALDI的优缺点
优点
1、质量数可达300,000Da。
2、attomole 至femtomole级灵敏度。
3、软电离方式,无或极少碎片离子。
4、耐盐(样品含盐可达毫摩尔浓度)。
5、适于分析复杂混合物。
缺点
1、分辨率低。
2、1000Da以下基质峰干扰。
3、激光解吸附离子化有可能使样品光降解。
4、串联质谱功能较弱,除非接反射装置进行源后衰变测量。
5、不能分析非共价键相互作用。
6、定量时需要内校准。
7、如没有反射飞行装置,不能分析多肽修饰。
8、对各种赋形剂的容忍度低(如
含磷酸缓冲液,大于150mM的盐等。

D: ESI离子源 Electrospray Ionization
4000v强电场中,样品溶液通过毛细管喷嘴喷出,带电液滴被静电场吸向质谱人口,同时伴随干燥或加热干燥气体吹送,使液滴表面溶剂挥发,液滴体积变小,表面电荷密度变大,当同种电荷之间的库仑斥力达到雷利极限时,突破表面张力,液滴爆裂为更小的带电液滴,这一过程不断重复,使最终的液滴非常细小,呈喷雾状,此时液滴表面电场非常强大,使分析物离子化,带单电荷或多电荷。
一般分析物分子量 2000Da带多电荷


NANO-ESI喷雾照片
ESI特点



1、 ESI产生的生物大分子离子如多肽蛋白等常常带10个以上电荷,使得m/z大大减小,弥补了四极杆质量分析器等质量范围窄的缺点。


2、质谱图显示的是离子带不同电荷数的一系列质荷比峰,根据峰位置换算成质量数和电荷数。
ESI优缺点
优点
1、质量数可达70,000Da
2、灵敏度高达femtomole级。
3、软电离,可观察生物分子非共价反应。
4、易于和LC串联,直接分析流速为1ml/min的LC洗脱液。
5、没有基质干扰。
6、适于联四极杆质量分析器、离子阱质量分析器做结构分析。
7、带多电荷,允许质量范围窄的设备检测高质量数的离子。
8、带多电荷,通过计算平均值给出更精确的质量数。
9、特别适于测多肽的修饰。
10、样品前处理简单可直接分析RP-HPLC脱盐处理的溶液。



缺点
1、耐盐能力低。
2、对某些化合物特别敏感,污染难清洗。
3、样品需先气化,混合物不适用。
4、带多电荷,在分析混合物时,产生混乱。
5、定量时需内校准。

质量分析器(过滤器)

例:有质量数为200和201的两峰,使之正好分开(满足10%谷的要求),需要仪器的分辨率达到:

不同分辨率谱图效果

3、灵敏度:仪器对样品在量的方面的检测能力。


绝对灵敏度:在记录仪上得到可检测的质谱信号所需的样品量(g);
相对灵敏度:可检测到的微量杂质的最小浓度(如μg·ml-1)。;





E=U·z=1/2mv2 和 t=L/V
E:离子在加速电场获得的动能; U:加速电场电压
z:离子所带电荷; m:离子质量
v:离子飞行速度; L:飞行管道长度
t:离子飞行时间; c:常数
质量分析范围:500Da---100KDa



一个单四极杆质谱仪
四极杆质量过滤器
四极杆质量过滤器如何工作的?
空间串联多级质谱:QQQ
QQQ多级质谱:多反应监测
三重四极杆: SRM 或MRM







病因学:
此症为一先天性氨基酸代谢异常疾病,因基因突变造成将甲硫氨酸(methionine)转化成S-腺甘甲硫酸氨(S-adenosylmethionine;简称AdoMet)所需的酵素功能缺乏,此酵素称为methionine adenosyltransferase,MAT,会导致血液中的甲硫氨酸堆积并升高。
此种甲硫氨酸升高并非因为高胱胺酸尿症(homocystinuria)、第一型酪氨酸血症(tyrosinemia)及肝脏疾病引起的,却仍然持续出现高甲硫氨酸现象的病症,所以被定义为高甲硫氨酸血症,又称为MAT缺乏症。
甲硫氨酸参考值(μmol/L):7-55
临床上表征:
大部分的患者的MAT酶还有些许残余的功能,酶活性只是部分不活化,所以多属于良性,一般而言没有明显之症状。
但也有文献报告少部分的患者被发现有肌张力低下 、心智迟缓及迟发性的神经脱髓鞘(delayed demyelization)等神经学的症状,则是因为属于MAT完全缺乏者。





血液中升高的酪氨酸水平可源于三种酪氨酸代谢遗传疾病。
酪氨酸血症I 型于1957 年被报道,由于缺乏延胡索酰乙酰乙酸水解酶(FAH)所致。患者以加拿大魁北克省法裔或斯堪的纳维亚人占绝大多数,其他族裔也有病例发现。
本病发病率约为 1 /100000
加拿大魁北克法裔人群发病率很高,可达 1 /2000
酪氨酸血症II 型, 也称为眼皮肤酪暗锁血症,特症为影响角膜和皮肤,由于缺乏作用于酪氨酸分解的第一步的酪氨酸转氨酶所致。酪氨酸血症II 型于1973 年被报道,患者绝大多数是意大利人,其他族裔也有病例发现。
酪氨酸血症III 型是一种罕见的代谢病,由于缺乏4-羟基苯丙酮酸二氧化酶(4HPPD)所致,仅有少数病例被报道。除了这三种遗传疾病,暂时性酪氨酸血症是新生儿筛查时酪氨酸浓度升高的主要原因。

质谱技术的原理及其临床应用

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