生物质谱仪LTQ XL的管理与维护

黄凌云 何大澄

北京师范大学细胞增殖及调控生物学教育部重点实验室 北京 100875

生物质谱仪LTQ XL的管理与维护

黄凌云 何大澄

北京师范大学细胞增殖及调控生物学教育部重点实验室 北京 100875

大型生物质谱线性离子阱是现阶段对大分子量生物样品分析的重要仪器。它具有速度快和精度高等特点。广泛用于蛋白质、多肽、碳水化合物、寡核苷酸、合成多聚物以及天然产物等研究中。主要介绍LTQ XL质谱仪的特点以及管理与维护, 总结在实验工作过程中的经验与体会。

生物质谱；LTQ； 管理； 维护

生物质谱技术是近些年发展较为迅速的生物分析技术之一。众所周知，生物质谱的发展与应用依赖于两大离子化技术的发明, 即基质辅助激光解析电离(Matrix Asisited Laser Desorption Ionization，简称MALDI)和电喷雾电离(Electronspray Ion ization，简称ESI) 的发明。而生物质谱仪的分析器也从原来单一的离子阱、飞行时间、四极杆发展成多个分析器串联的质谱仪，如Q-TOF，Q-TRAP，TOF-TOF等，这种新型的组合很大程度上提高了生物质谱的分辨率和灵敏度[1]。LTQ XL是Thermol公司推出的四极杆和线性离子阱相结合的串联型质谱仪。我校蛋白质组学研究院于2009年购置了一台LTQ XL，主要用于蛋白质组学、蛋白质结构及序列分析、蛋白质翻译和修饰分析，生物大分子活性物质鉴定等方面。在化学、材料科学方面兄弟院校及中科院研究所等都有使用。该仪器使用机时数达到1 200小时/年，年均样品数为1 000个，目前利用该仪器已在国内外不同刊物上发表SCI学术论文20余篇，是多项国家重大科学研究课题中不可或缺的重要技术支持。以下是笔者多年从事LTQ XL质谱仪管理与维护的经验总结。

1 仪器的结构特点与主要性能

LTQ XL质谱仪由液相系统、离子源、质量分析器以及检测器四大部分组成，离子源配备了常规的ESI和nano ESI源，质量分析器是三重四极杆和二维线性离子阱串联形成。其中四极杆部分由Q0，Ql和Q2这3个主要部分组成。Q0，Ql和Q2为由一组施加射频电压的四极杆组成的预过滤器，离子在三重四极杆中经过聚焦后进入离子阱。二维线性离子阱性能较三维离子阱有质的飞跃，灵敏度、分辨率和线性动态范围、扫描速度有很大提高[2,3]。LTQ XL是增强型线性离子阱质谱仪，其分析器侧面出口配备了双检测器，具有更高的离子阱容量、更高的捕获效率，避免了边缘场效应。另外PQD脉冲碰撞诱导解离技术能消除传统离子阱1/3效应，能获得更丰富的低质量碎片信息，具有较好的定量以及定性功能。LTQ XL可以作全扫描，也可以做MS/MS二级扫描，甚至可以做多级扫描(MS10)。该仪器具有功能强大的Xcalibur工作站，可进行多种自动化的多级质谱操作，具有强大的样品解析能力。

2 各主要部件的特点及维护

2.1 真空系统

真空对于仪器至关重要, 如果达不到高真空度，仪器将无法正常运转[4]。LTQ XL采用两级抽气结构，前级为机械泵，后级为分子涡轮泵。分子涡轮泵价格昂贵，结构更为复杂，因此需要更加注意保养与维护。每天需要检查机械泵油的量，在最高和最低标线之间(两个箭头之间)的80%。真空泵的滤网与泵油要定期清洗和更换，机械泵油颜色变深后换油，一般6个月需更换一次泵油，清洗机械泵滤网。另外仪器室温需控制在18～24 ℃左右，因为机械泵和分子涡轮泵的高速运转会产生很多热量，温度过高会造成分子泵的损坏以及机械泵油的外溢。另外保持恒温可以防止质谱仪内部各组件表面冷凝水的生成,以免造成仪器内部线路的短路以及烧坏。泵长期不运行时，定期需要拧开灰色振气旋钮，进行5～10 min的振气，使油内的杂质排出。

2.2 气路维护

LT Q X L用到的气体主要有高纯氮气和氦气。氦气是一种碰撞气体，碰撞气体的压力设为0.3～0.4 MPa，每日需要检查各路气体压力是否足够，如果气压低就要及时更换，否则会造成仪器不能正常使用以及相应配件的损坏。

2.3 供电系统

仪器在设计时对突然断电情况有一定的自我保护功能，但断电对仪器的影响相当大。有时也会发生突然断电或者突然来电造成仪器电路板烧坏的现象。因此，选用优质的不间断电源是仪器正常使用和稳定运作的保障。一般不间断电源也只能维持2～4小时，对于短暂的停电可以不需要停机，但长时间停电最好还是进行停机操作。

2.4 液相色谱系统

液相色谱-质谱联用方法在蛋白质组学研究中逐渐成为主流技术，随着蛋白质组学研究的发展，液相色谱-质谱联用方法也在迅速发展[5]。液相色谱-质谱联用方法可以分析一些复杂的样品，LTQ XL配备的液相系统包括自动进样系统、流动相、色谱柱以及液质联用接口等。自动进样系统要注意样品必须保持在可溶解的状态，不能有沉淀，否则会堵塞进样针。样品的体积不能低于5 μL，否则进样针吸不到液体会进入空气，导致进样出峰受到影响。流动相需要保证有足够的液体量，切勿空瓶，否则会导致液相自动脱气机长时间运转而损坏，另外也会使管路和色谱柱产生很多气泡，由于管路内径小而难以排出，流动相的滤头也需要定期放入烧杯用甲醇或乙腈超声10 min充分清洗。做蛋白样品时，一般采用纳升级的流速，开始设置流速120 μL左右，经过分流装置，进入色谱柱流速在几百nL。蛋白质分析常用的色谱柱一般为C18柱，粒径5 μm，内径0.075 mm或者0.1 mm，长度100～150 mm。在做样过程中，流速过大可能导致色谱柱的压力过大；而流速过小可能导致出峰时间过慢。在设定流速之前，要进行压力的观测和柱后流速的测定，在做样过程中注意观察压力和喷雾的变化。每次做完样品后，加做一些blank程序用冲洗整个系统。色谱柱如果长时间不使用，用50% 的乙腈保存，拧紧柱接头防止溶剂挥发干燥。

2.5 离子源

本实验室配了常规ESI和nano ESI离子源, 常规ESI主要用于大流量的样品以及校正仪器，nano ESI离子源主要用于微量的生物分子检测。nano ESI离子源的电压一般在1.8～2.2 V之间，跑流动相平衡时质谱谱图的信噪比在E5以上即可，喷针和离子传输管保持一定的距离，距离太近会导致放电现象，仪器自动停机，严重的会损坏电路板。离子源要定期清洗,每天做完样品后需要清洗离子源的流路，用50:50甲醇水为流动相200 μL/min冲洗10～20分钟。每周清洗离子源流路，离子传输管每周清洗一次，Curtain Plate，orifice外部。至少一个月清洗一次，离子源内腔体以及Q0，也是用50:50甲醇水清洗，使专用的大、小棉签以及无尘纸擦拭，并用氮气吹干，这样做可以保证信号的强度以及实验结果的准确程度。另外要避免使用无机盐或其他难挥发的缓冲液，尽量避免直接向ORINFICE喷雾，这样会降低样品的信号，污染离子源。

2.6 检测器、数据采集系统

检测器一般不用太多的维护工作。平时做样时观察TUNE界面右侧所有项目前面是否是绿色的对钩，如果某些项目是红叉，就需要联系厂家的工程师咨询或者上门服务。为了保证数据的质量，一般每半年对仪器进行标准品的校准，这样可以将仪器的各项参数调整到最佳状态。

数据采集系统可以由经过培训合格的人员来操作。操作过程中，切勿用鼠标连续点击多个窗口,还有在操作软件时也不宜点击项目过多过快，否则很容易造成死机。一旦出现死机现象，首先选择重启软件，其次是重启工作站，再次是将仪器状态初始化。每天重新启动计算机一次，每星期备份数据一次并清理磁盘空间，磁盘空间不够会影响质谱数据的采集，每月清理硬盘碎片一次。

3 结束语

质谱仪作为生物大分子研究中的关键设备，正在发挥着越来越重要的作用。它不仅成为蛋白质组学研究的重要支撑技术之一，而且在多个领域发挥着越来越多的作用。目前，生命科学院的Q-TOF，LTQ XL质谱仪已进入学校质谱中心共享平台，在大型仪器设备共享平台上发挥着十分重要的作用，已逐步成为许多交叉学科发展不可或缺的重要仪器。大型仪器的设备维护、保养、使用等问题，需要我们不断在实践中探索与创新。

[1] K·Sandra, B·Devreese, J·Van Beeumen, I·Stal, M·Claeyssens. The Q-Trap mass spectrometer, a novel tool in the study of protein glycosylation[J].American Society for Mass Spectrometry, 2004,5(3): 413-423.

[2] James·W·Hager. A new linear ion trap mass spectrometer[J]. Rapid Communications in Mass Spectrometry, 2002(16):512-526.

[3] Jae·C·Schwartz, Michael·W·Senko, John·E·P·Syka. A twodementional quadrupole ion trap mass spoetromer[J]. J Am Soc Mass Spectrum, 2002(13):659-669.

[4] 赖聪.现代质谱与生命科学研究[M].北京:科学出版社,2013.

[5] 张罗敷,胡晓芳,徐学敏.多维液相色谱分离技术在复杂蛋白质组学样品鉴定中的应用[J].现代生物医学进展,2013,13(1):161-166.

[6] 吴韩志,陈晋安,黄慧英,黄河清,张勇.大型生物质谱仪MALDITOF-MS的维护与管理[J].现代仪器,2007(2):53,62-63.

Management and Maintenance of Biological Mass Spectrometry LTQ XL

Huang Lingyun, He Dacheng
Beijing Normal University, Beijing, 100875, China

Large biological mass spectrometry of LTQ is an important instrument analysis of high molecular weight biological samples at the present stage. It has the advantages of fast speed and high accuracy. Widely used in studies of protein， carbohydrates， peptides，oligonucleotides， synthetic polymers and natural products. This paper mainly introduces LTQ XL mass spectrometer and the characteristics of the management and maintenance， and summarize the experience in the process of using this instrument.

biological mass spectrometry; LTQ; management; maintenance

2014-09-25

黄凌云，硕士，实验师。