质谱在医院检验中的应用.ppt

质谱在医院检验中的应用目 录CONTENTS质谱工作原理与类型介绍质谱在医院检验中的发展史质谱在医院检验中的应用质谱使用注意事项与仪器维护技巧目 录CONTENTS质谱工作原理与类型介绍质谱在医院检验中的发展史质谱在医院检验中的应用质谱使用注意事项与仪器维护技巧4质谱定义和用途u 质谱是什么？特殊的天平：称量离子的质量Mass Spectrometry (质谱学)：是一门研究气相离子结构、性质及反应行为的科学Mass Spectrography(质谱法)：质谱分析法是通过对被测样品离子的质荷比的测定来进行分析的一种分析方法Mass Spectrograph (质谱仪)：将离子按照质荷比差异进行分离和检测的仪器u质谱能做什么？定性：化合物的分子量和结构定量：混合物中目标组分的含量领域：化学、生物学、医学、药学、环境、物理、材料、能源等质谱工作原理与类型介绍u 质谱的独到之处是什么？ 4S特性： Sensitivity 灵敏 Speed 快速 Specificity 特异 Stoichiometry 化学计量100200300400500600m/z0100%254.2194.2507.3334.3399.75质谱工作原理与类型介绍质谱(mass spectrometry,MS)技术是一种重要的检测分析技术,通过将待测样本转换成高速运动的离子,根据不同的离子拥有不同的质荷比(m/z)进行分离和检测目标离子或片段,然后依据保留时间和其丰度值进行定性和定量。

近年来,质谱技术发展迅速,通过改进离子源和分离器相继发展了多种类型的质谱仪如电喷雾离子源质谱(ESI-MS)、大气压化学电离离子源质谱(APCI-MS)、四级杆(Q)质谱仪、离子阱质谱技术以及各种串联、联用质谱仪等多种类型,极大提高了检测的分辨率和检测范围质谱技术最先应用于计量和分析化学领域,在临床检验中质谱仍属于一种年轻的检测方法但自从其在临床检验应用以来,便以其高灵敏度、低检测限、样本用量少、高通量、检测速度快、样本前处理简单的优势显示出巨大的生命力,尤其和气相、高效液相色谱仪的联用极大的扩展了质谱技术在临床检验中的分析范围质谱(mass spectrometry,MS)6质谱学领域的诺贝尔奖质谱工作原理与类型介绍1906年：物理学奖贡献：正电荷离子束在磁场中的偏转磁质谱仪的基础同位素分析J. I. Thomson1989年：物理学奖W. Paul贡献：离子阱技术的发明2002年：化学奖贡献：电喷雾(ESI)电离方法生物大分子分析J. B. FennKoichi Tanaka (田中耕一)贡献：基质辅助激光解吸电离质谱(MALDI)电离方法生物大分子分析7质谱分类质谱工作原理与类型介绍质谱质谱同位素质质谱谱无机质谱质谱有机质谱质谱生物质谱质谱SIMS检验检验 医学领领域的应应用：主要用于临临床样样本（血液、尿液、毛发发、组织组织 等）的元素分析，如Zn、Mg、Ca、Fe、Cu、Mu等ICP-MS火花源双聚焦质谱仪LC-MS/MSGC-MS/MSLC-QTOF-MSGC-QTOF-MS用于生命、医学、农业农业 科学、化学、化工、药药物、毒物等领领域的化合物结结构鉴鉴定、定量分析、气相离子化学等分子量测测定；蛋白质质、多肽纯肽纯 度测测定；肽质肽质 量指纹图谱纹图谱；肽肽序列测测定技术术；蛋白质质的翻译译后修饰鉴饰鉴 定ICP-MSLC-MS/MSLC-QTOF-MS生物质谱8质谱分类质谱工作原理与类型介绍根据分辨率的不同，可以分为3类：9质谱常用概念质荷比质谱工作原理与类型介绍质荷比(m/z)离子的质量数与电荷数之比。

若离子所带电荷为z = 1，则质荷比等于该离子的质量数质量数的定义：以12C原子的1/12定义为一个质量单位，用u表示1 u=1.66054x10-27kg其它常用符号，Da, 道尔顿，1 Da=1 u；amu，atom mass unit，原子质量数单位，1 amu=1 u色谱图：TIC：Total Ion Chromatogram 总离子流色谱图EIC：Extracted Ion Chromatogram 提取离子流色谱图MC：Mass Chromatogram 质量色谱图(同EIC)MIC：Mixed Ion Chromatogram 混合离子流色谱图采集模式：SIM：Selected Ion Monitoring 选择性离子监测模式Scan：扫描模式SRM : Selective Reaction Monitoring选择反应监测MRM : Multiple Reaction Monitoring 多反应监测子离子扫描( Product Ion Scan)；母离子扫描(Precursor Ion Scan)；中性丢失扫描(Neutral Loss Scan) 10质谱常用概念质谱图质谱工作原理与类型介绍质谱图(MassSpectrum)质谱仪产生的信息是离子的质量及其强度，这些数据可以列成表。

最常用的是以质荷比(m/z)为横座标，强度为纵座标制成的质谱图MS中的各种图谱11质谱工作原理简化流程质谱工作原理与类型介绍12三重四级杆质谱（MS/MS）工作原理简化流程质谱工作原理与类型介绍串联质谱法或多级质谱法，缩写为MS/MS或MSn，涉及两级以上的质谱分析，包括引起离子质量或电荷改变的解离过程或化学变化13三重四级杆质谱（MS/MS）工作原理简化流程质谱工作原理与类型介绍最常用的MS/MS实验中，第一级质量分析器用于选择一个前体离子（precursor ion），或称为母离子（parent ion）, 然后，用适当的活化方法，常用碰撞诱导解离（collision-induceddissociation, CID）使这一离子裂解生成产物离子（productions）或称为子离子（daughter ions）及中性碎片：mp+ mf+ + mn式中，mp+ 为前体离子，mf+ 为产物离子，mn为中性碎片，第二级质谱用于分析产物离子产物离子扫描:Product Ion Scan（PIS）MRM模式M+14三重四级杆质谱（MS/MS）工作原理简化流程质谱工作原理与类型介绍Scan模式SIM and SRM15三重四级杆质谱（MS/MS）工作原理简化流程质谱工作原理与类型介绍中性丢失扫描：Neutral Loss Scan（NLS）扫描模式汇总16质谱离子源-ESI源（电喷雾离子源）质谱工作原理与类型介绍17质谱显微镜质谱工作原理与类型介绍医学和药学研究代谢物或者药物在脏器里面是如何分布？药物有没有递送到目标部位？目前常用得方法： 匀浆，蛋白沉淀，萃取目标物，定性和定量分析 免疫染色，放射性或萤光标记，显微镜观察目标物存在于脏器得那个部位？Where?繁琐且成本高/标记物解离/原药及其代谢物无法区分 质谱显微镜(iMScopeTRIO)18质谱工作原理与类型介绍 质谱显微镜(iMScopeTRIO)19质谱工作原理与类型介绍 质谱显微镜(iMScopeTRIO)目 录CONTENTS质谱工作原理与类型介绍质谱在医院检验中的发展史质谱在医院检验中的应用质谱使用注意事项与仪器维护技巧21 发展史质谱在医院检验中的发展史011919年l 第一台质谱仪被英国人发明以来，质谱技术已走过将近百年历史。

02上世纪80年代以来l 由于软电离方法的发明，质谱技术才进入生命科学领域032000年l 质谱技术在国外进入临床医学检验领域并取得较快进展，虽然它在临床检验中仍属于一种年轻的检测方法，但是其高灵敏度、低检测限、样本用量少、高通量、检测速度快、样本前处理简单的优势显示出巨大的生命力22 发展史质谱在医院检验中的发展史临床上应用相对成熟的质谱技术分为3类，分别是液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)、微生物质谱和核酸质谱(MALDI-TOF)目前，只有MALDI-TOF 技术国内部分厂商能自主生产并应用于临床诊断，而技术难度较高的液相色谱串联质谱技术则仍主要由国外质谱厂商巨头如SCIEX、Waters、赛默飞世尔、岛津、安捷伦、布鲁克等所垄断目 录CONTENTS质谱工作原理与类型介绍质谱在医院检验中的发展史质谱在医院检验中的应用质谱使用注意事项与仪器维护技巧24应用1：新生儿疾病筛查质谱在医院检验中的应用仪器：LC-MS新生儿疾病兔唇先天性心脏病唐氏儿地中海贫血25应用1：新生儿疾病筛查质谱在医院检验中的应用利用衍生化法检测氨基酸、肉碱等化合物，可同时筛查十几种新生儿疾病（疾病种类可增加）质谱技术能够做到筛查效率高、结果可靠，费用相对低廉，这是常用分析方法例如细菌抑制法、放射免疫分析法、酶联免疫吸附试验、时间分辨荧光免疫分析法、荧光酶免疫分析法等不可企及的。

可以预测，随着临床对于疾病的认识和方法的建立，筛查项目的数量将会逐渐增加以我国每年2200 万新生儿中有苯丙酮尿症患儿1 700 例和先天性甲状腺功能减低症患儿5 000 例计算，及时诊断和治疗有着十分重要的社会意义和经济效益26应用2：具有临床意义的内源性和（或）外源性化合物的监测质谱在医院检验中的应用仪器：LC-MS GC-MS内分泌激素和营养素的监测对个体的疾病诊断、预测和评价健康状态都是非常有帮助的以维生素D 及其代谢产物为例，国内外最新研究认为，维生素D 与心血管疾病、代谢性疾病和肿瘤等疾病的发生间具有一定相关性目前，临床以检测25(OH)-D 总量来表示维生素D 状况，虽然25(OH)-D 水平在体内波动小，相对而言，浓度较高易于测量，半减期较长(3 周)，但LC-MS 检测法比放免法、酶免疫法等快速且灵敏，更耐用1,25(OH)2-D3是维生素D 状态最好的监测指标，但其在体内含量极低且不稳定，目前已开发出可用以检测1,25(OH)2-D3的LC-MS 法，比放射免疫分析法有更高的特异度和灵敏度，且安全维生素D327应用2：具有临床意义的内源性和（或）外源性化合物的监测质谱在医院检验中的应用另外，临床要求监测儿童体内极低量性激素变化情况， 但免疫法检测低于试剂盒检测下限的数据波动很可能不能反映体内真实水平。

质谱技术可为我们提供pg 甚至是fg 级的检测限，但需注意高分辨带来的高背景噪音问题，应综合考虑28应用3：治疗药物监测质谱在医院检验中的应用仪器：LC-MS作为临床个体化治疗重要组成部分， 对于一些血药浓度与疗效关系密切、有明确的有效浓度范围、治疗窗较窄、体内代谢个体差异大、药物中毒症状与疾病症状难以鉴别、用于长期治疗和抢救的药物等情况下， 临床需测定体液中药物的浓度，指导临床个体化治疗，让患者利益最大化而风险最小化美国病理学家学会研究表明，采用LC-MS 法检测结果更具有真实性和实验可信度， 已成为治疗药物监测必备的分析方法目前， 临床实验室仍以免疫分析为主要方法， 质谱分析法由于自动化程度不足和缺少认证试剂在近期内难以取代前者，但依旧是实验室非常好的参考方法29应用4：微生物鉴定质谱在医院检验中的应用仪器：MALDI-TOF 质谱仪感染性疾病的病原学诊断仍以微生物的分离培养作为“金标准”，但能培养成功的仅为少数，且病原体（尤其是真菌）的培养周期较长，费用颇高，因此微生物非培养技术正是为满足难培养或者感染早期诊断需要所建立的方法，包括蛋白质组学、基因组学、宏基因组技术、DNA 指纹技术、分子杂交及生物芯片技术等。

皮疹艾滋病真菌30应用4：微生物鉴定质谱在医院检验中的应用此处介绍应用MALDI Biotyper高通量微生物鉴定系统， 通过鉴定病原体自身独特的蛋白质组成，在MALDI-TOF 质谱仪中得到指纹图该系统另一个重要的组成部分是已包含3 千多种微生物蛋白特征指纹图谱数据库，通过特征模式峰的匹配值作鉴定质谱技术鉴定微生物的优点在于其操作简单（微生物单个菌落前处理简单）、快速且高通量（每1.5 h 可检测100 个样本），灵敏度高（100 ng 蛋白即可检出），准确率高(5 u， m/z：10 000 u)，成本经济（ 7 : wit。