质谱电离过程中的快原子轰击和液体二次离子质谱

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快原子轰击与液体二次离子质谱代表了从传统气相电离向现代液相或基质辅助电离过渡的关键阶段。与需要样品汽化的电子轰击源不同，FAB和liquid-SIMS允许直接分析液相或溶液中的样品，这一特性为当时难以处理的肽、寡糖等极性生物分子的分析开辟了前所未有的通路，使得质谱技术的应用疆域得到了极大拓展。这两种技术的核心目标是一致的，即实现对非挥发性、热敏性化合物的温和电离，以获得强烈的准分子离子信号，从而确定其分子量。FAB的基本原理是，将待测样品溶解于一种非挥发性、粘稠的液体基质中，最经典的是甘油。然后将此样品靶置于高真空离子源内，使用一束高速运动的惰性气体原子，通常是氙原子，去轰击样品表面。这束快原子是通过先将气体电离并加速形成离子，然后通过电荷交换室将其转化为中性原子束，从而避免了电荷在靶面上的积累。当这束高动能的原子撞击样品与基质的混合液膜时，其能量会沉积在表面区域，引发一个称为“溅射”的物理过程。在这个过程中，样品分子和基质分子被从液态表面“敲击”出来，并在此过程中发生电离，主要形成质子化的分子离子或与碱金属离子加合的离子。这个过程相对温和，传递给样品分子的内能较低，因此能够产生显著的、代表完整分子的[M+H]+准分子离子峰，而碎片离子相对较少。这种特性使得FAB迅速成为分析小分子肽、寡糖以及某些合成有机金属配合物的强有力工具。Liquid-SIMS在原理上与FAB几乎完全相同，其最核心的区别仅在于，轰击样品表面的初级粒子是一束带正电的离子，如铯离子，而不是中性原子。然而，由于初级粒子带电，可能会导致样品表面电荷积累等一些潜在问题，但其产生离子的基本机制与FAB是相似的。

这两种技术相较于其前身，如电子轰击源，其革命性突破在于它允许高分子量、强极性的化合物在不发生热降解的情况下被成功电离。一个具体的实际案例是在早期胰岛素结构的验证中。胰岛素是一个含有51个氨基酸的肽链，在FAB技术成熟之前，其完整的质谱分析面临巨大挑战。采用FAB源，研究人员能够在质谱图上清晰地观测到胰岛素的准分子离子区域，这对于确认其分子量和基本结构单元起到了关键作用。在操作上，分析人员将微量的胰岛素样品与甘油基质混合，涂覆在金属靶上并放入离子源。通过快原子束的持续轰击，能够获得稳定的、持续时间较长的离子流，这对于当时依赖扫描技术的质谱仪获取高质量谱图至关重要。然而，FAB和liquid-SIMS也存在其固有的局限性。所使用的液体基质本身也会被电离，从而在低质量区域产生一系列背景干扰峰，有时会掩盖样品本身的信号。此外，对于分子量超过约10,000道尔顿的蛋白质，FAB产生的离子信号往往会急剧减弱。同时，基质的化学性质也可能与某些样品发生不期望的相互作用。尽管如此，它们在其鼎盛时期，为连接传统的电子轰击电离与现代的ESI/MALDI电离之间，架设了一座不可或缺的桥梁。它们证明了质谱技术完全有能力应用于传统上被认为是“难对付”的生物分子，极大地鼓舞了后续的技术发展。这两种技术（尤其是FAB）在质谱技术从主要服务于小分子有机化学迈向全面拥抱生命科学的宏大叙事中，写下了浓重的一笔。它们不仅是技术上的创新，更是思想上的解放，为后续更加强大和通用的软电离技术的出现铺平了道路。