基質輔助雷射脫附游離質譜儀介紹 - 石墨烯與金奈米粒子疊層結構材料應用於基質輔助雷射脫附游離質譜儀之分析

2-1 MALDI 的發展

基質輔助雷射脫附游離法從一開始的雷射脫附，到現今的基質輔助雷射脫附法重要發展如下表所要記，目前發展主要以 1988

Hillenkamp 所提出以有機酸當作基質¹¹，此方法靈敏度與解析度都優於 Tanka 法，因此目前常見的基質大多為 Hillenkamp 所提出的有機酸為主。Kara 和 Hellenkamp 與 Tamaka 所發展出的基質輔助雷射脫

1960 初期雷射脫附法(Laser desorption,LD)應用分析在不穩定性的化合物

1978

Postumus 等人利用雷射脫附質譜法(Laser desorption mass spectrometry LD-MS)成功分析核酸、胺基酸與醣類等小分子,但將高能量的雷射打在分析物上容易在圖普碎裂複雜而不易判斷

1985

Karas 和 Hillenkamp 提出利用基質（matrix）輔助樣品的概念白質(Albumin)，成功獲得高達數十萬 albuimun cluster 的訊號。

2-2 MALDI 原理簡述

一般 MALDI 樣品的配製，常見的作法是先將具有雷射吸收波長之基質與分析勿以特定的比例均勻混和，混和後容易有大量的基質與少量的分析物，再取 1mL 混和液點樣於樣品盤上，因溶液揮發後在樣品盤上形成共結晶(co-crystallization)固體。

進一步將含有分析物與基質之共結晶樣品送入質譜儀中，以脈衝雷射光速打在樣品上，因為樣品在雷射光束照射時，雷射能量會由基質所吸收，再將所吸收的能量進一步傳遞給所環繞的分析物;而分子在瞬間接受雷射能量時因為固相轉氣相的速度遠大於熱分解，因此分析物可以保持完整的分子結構且又能脫附游離至氣相，此現象稱為脫附(desorption),同時在此過程中，電荷轉移會同時進行，一連串的離子 -分子反應(ion-molecule reaction.IMR)發生，分子因而帶上電荷，此步驟稱為游離(ionization)，產生氣相分析物離子，再經由 TOF 管柱分離與質量分析進行偵測得到數據。

2-4 基質的特性

基質的選擇必頇要能搭類雷射波長，因此所選用的基質在特定雷射波需具有良好的吸收率，才能使分析物游離有良好的訊號，目前 MALDI 常見搭配的紫外光範圍雷射有氮氣雷射(337nm)、金女以雷射 (355nm 及 266nmNd:YAG)，目前最廣泛使用的 MALDI-TOF-MS 為波長為 337nm 的氮氣雷射，而常見的基質多為具有共軛雙鍵或具有梭酸的芳香族環小分子，如下圖所示，這些小分子可以有效地吸收氮氣的雷射光、提供氫離子給分析物，使其游離化。

表(二)-常見有機酸基質

NAME structure

α-Cyano-4-hydroxycinnami c acid

CHCA

2,5-Dihydroxybenzoic acid 2,5-DHB

Sinapic acid SA

選擇適當的基質為是否能得到分析物訊號為最重要因素，除了分析

物與基質的比例，若在比例上分析物為多則基質無法有效吸收且傳遞反而會大大降低訊號的產生，另外質譜的操作條件為高真空下

(10-6~10-7torr),因此還要考量溶液的揮發性與共結晶的形成，這些因素都會大大影響分析物訊號。因此適當的基質必頇具有以下特性:¹²

(1) 良好的能量吸收且傳遞

基質必頇具有可以吸收雷射能量的特性，並且在短時間內可以將此能量傳遞給鄰近的分析物分子，使其固相轉變為氣相順利外進行相轉移的脫離過程。

(2) 良好的共結晶

基質占樣品的主要部分，添加基質是希望能夠增強傳遞能量但也希望能夠有效的將分析物分散，避免聚集在一起，若是樣品聚集則進行實驗時再現姓與能量傳遞就會受到很大的干擾。

(3) 提供電荷離子

在游離脫附的過程中需要有電荷離子進進行游離化的過程，因此有官能基的基質是分析物良好的質子提供者。

因此當離子都具有相同電量的電荷時，質量小的會有比較快的飛行速度，所走的管柱路徑會比較長，反之則質量大的飛行速度較慢路徑較短，因此我們可以根據到達偵測器時間的不同，區分不同的荷質比的離子進而轉換成質譜圖分析。

而商業化的 TOF 有直線型(Linear)主要偵測大分子量以及反射行 (Reflectron)偵測小分子量兩種形式以下圖所示，而以 TOF 為質量分析器分析質譜的優點如下:

(1) 質量準確度高

(2) 偵測質譜範圍廣泛(高達幾十萬) (3) 偵測時間短(微秒)

(4) 可偵測大量的離子

圖(2-5)-直線型與反射型 TOF 示意圖

N

₂

337nm Laser

Detector

r r

Detector

Sample plate Sample plate

N

₂

337nm Laser

22 -assisted Laser desorption/ionization-mass spectrometry (SALDI-MS))，

其好處是能夠大幅的降低背景干擾，可以應用在小分子的偵測，隨後研究變開法不同奈米材料為基質，為 MALDI 的發展及應用展開全新的一面。

Graphite podwer,<20micro Aldrich Potassium permanganate(KMNO4) SHOWA

Hydrogen Peroxides(H2O2)

島久 Sulfuric Acid,96%(H2SO4) ACROS

Sodium nitrate(NaNO3) Acros Sodium tetrachloroaurate(III)

dehydrate,99%

Simga Trisodium citrate dehydrate,99% Sigma

Acetone Merk

Methanol MerK

Iso-propanol Alfa

在文檔中石墨烯與金奈米粒子疊層結構材料應用於基質輔助雷射脫附游離質譜儀之分析 (頁 21-31)