Exactive質(zhì)譜硬件結(jié)構(gòu)圖如下圖1。分析 物在Ion Source中經(jīng)過(guò)離子化后，將依次進(jìn)入 四極桿質(zhì)量分析器(Quadrupole)、C形阱（CTrap），以及靜電場(chǎng)軌道阱（Orbitrap）。如 果需要采集碎片，還將在進(jìn)入Orbitrap前在高 能碰撞池（HCD Collision Cell）中進(jìn)行碎裂。 Orbitrap的功能是進(jìn)行高精度質(zhì)量掃描。其不 但有高達(dá)140,000的超高分辨（ESI-TOF的 分辨率一般為50,000左右）與高精度性能，更 具有*的穩(wěn)定性。如果您詢問(wèn)有Orbitrap使 用經(jīng)驗(yàn)的朋友使用感受，常聽(tīng)到的一定是 “穩(wěn)定”這兩個(gè)字。Orbitrap是如何贏得出眾 的穩(wěn)定性口碑呢？主要有以下幾點(diǎn)原因：

1）當(dāng)您看到圖1中賽默飛Q Exactive圖的結(jié)構(gòu)時(shí)， 您可能會(huì)驚訝的發(fā)現(xiàn)——Orbitrap的體積竟然 如此“嬌小”。確實(shí)Orbitrap質(zhì)量分析器的內(nèi)徑與日常使用的硬幣差不多。而小的體積正 是Orbitrap具有*穩(wěn)定性的一個(gè)關(guān)鍵因素。 我們知道，質(zhì)譜是必須在高真空下工作的， 真空度越好，靈敏度、分辨率、準(zhǔn)確度越高。 高真空度需要機(jī)械泵、分子渦輪泵等一些類 真空維持系統(tǒng)的不間斷高強(qiáng)度工作來(lái)實(shí)現(xiàn)。 Orbitrap僅有TOF體積的幾十分之一甚至更小， 這就極大地降低了真空維持系統(tǒng)的工作壓力， 從而極大地降低了故障率。

2）Orbitrap的*穩(wěn)定性還源于其數(shù)據(jù)記 錄模式。從表面看，Orbitrap與TOF的采集頻 率都為幾十赫茲。但實(shí)際上，TOF的離子飛行 是在納秒級(jí)完成的。但由于單張圖譜的信號(hào) 過(guò)于微弱，終直觀看到每一張TOF質(zhì)譜圖都 是由上百?gòu)垐D譜疊加而成。不間斷地納秒級(jí) 數(shù)據(jù)產(chǎn)出，造成了TOF數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的巨大的工作壓力，這是TOF系統(tǒng)容易在數(shù)據(jù)采集時(shí)發(fā) 生文件損壞的重要原因。相比之下，Orbitrap 采用傅里葉變換算法采集處理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)記 錄系統(tǒng)的工作強(qiáng)度為毫秒級(jí)，因此也具有了 更好的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3）TOF是以離子到達(dá)檢測(cè)器時(shí)間差來(lái)分辨 離子的，這個(gè)差別需要到皮秒（10-12 S） 甚至更低。因此環(huán)境溫度的一點(diǎn)點(diǎn)變化所引 起的飛行管金屬部件微小的熱脹冷縮都會(huì)導(dǎo) 致飛行距離的改變，以至于巨大地影響離子 到達(dá)檢測(cè)器的時(shí)間。正因?yàn)榇耍赥OF類儀器 設(shè)計(jì)時(shí)，需要用到復(fù)雜的溫度補(bǔ)償校正，以 及外標(biāo)或內(nèi)標(biāo)的添加。而無(wú)論是補(bǔ)償校正還 是標(biāo)準(zhǔn)品添加，都需要通過(guò)安裝一系列硬件 和軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。我們知道，一個(gè)儀器組件越 多，整體出現(xiàn)故障的概率就越大，所以這也 大大地影響了TOF的穩(wěn)定性。而Orbitrap不存 在這些問(wèn)題，并可在更為寬松的環(huán)境條件下 保持高穩(wěn)定性，并且無(wú)額外部件引起的故障 問(wèn)題。以上是從儀器構(gòu)造及采集方式上比較賽默飛Q Exactive與TOF的穩(wěn)定性差異，那么實(shí)際中呢？ 圖2中為近年來(lái)Nature、Science、Cell系列刊物 使用Orbitrap發(fā)表論文的數(shù)量——達(dá)到了

的2-3篇/天。我們知道，作為科學(xué)領(lǐng)域的 刊物，這三個(gè)系列期刊對(duì)稿件質(zhì)量要求*— —不但要求數(shù)據(jù)，更要求大量實(shí)驗(yàn)的反復(fù) 驗(yàn)證。如此高頻率地文獻(xiàn)發(fā)表，正證明 了Orbitrap面對(duì)海量分析任務(wù)時(shí)，在滿足高數(shù) 據(jù)質(zhì)量的要求下，表現(xiàn)出了*的穩(wěn)定性。 而穩(wěn)定性對(duì)于生物醫(yī)藥企業(yè)成本風(fēng)險(xiǎn)控制的 重要性是不言而喻的。

當(dāng)然，穩(wěn)定只代表儀器的耐用性，對(duì)于儀 器性能方面，Orbitrap是否同樣能帶給分析人 員驚喜呢？答案是肯定的。從上面提到的在 Nature 、 Science 、 Cell 系列刊物中 ， Orbitrap的高頻使用率就可見(jiàn)一斑。更為直觀 的是當(dāng)對(duì)比圖譜數(shù)據(jù)，特別是當(dāng)比較Orbitrap 與 TOF 二級(jí)碎片質(zhì)譜圖譜時(shí) ， 可以發(fā)現(xiàn) Orbitrap的碎片信息更為豐富和清晰。這一方 面是由Orbitrap的超高分辨能力，以及與之相 伴的高準(zhǔn)確度所帶來(lái)的。另一方面，Orbitrap 的高靈敏是又一重要原因（高靈敏度是獲得 高信噪比與高分辨率數(shù)據(jù)的重要基礎(chǔ)）。 Orbitrap系列質(zhì)譜出眾的靈敏度源于以下幾個(gè) 因素的綜合作用。 

1）如前所述Orbitrap的腔體體積僅為TOF 的幾十分之一甚至更低。這不但減輕了維持 系統(tǒng)的工作壓力，更利于獲得超高的真空度。 相比TOF，Orbitrap內(nèi)的真空度為10-10mBar量 級(jí)，而TOF為10-6至10-7mBar。無(wú)論是Orbitrap 還是TOF質(zhì)量分析器，離子在其腔體內(nèi)進(jìn)行檢 測(cè)時(shí)，都存在待分析離子與殘留氣體分子碰 撞而造成離子損失，從而導(dǎo)致靈敏度降低。 相比之下Orbitrap具有高達(dá)三個(gè)數(shù)量級(jí)的真空 度優(yōu)勢(shì)，離子損失大大減少，成為其獲得更 高靈敏度的重要原因之一。

2）從儀器結(jié)構(gòu)看，在Orbitrap系列質(zhì)譜 中，還存在了一個(gè)在TOF類質(zhì)譜中并不具備的 組件——C trap（圖3）。C trap組件除了負(fù)責(zé) 向Orbitrap傳遞離子外，其還有一個(gè)重要的功 能：蓄積離子。在離子進(jìn)入Orbitrap之前，先 要有C trap對(duì)離子進(jìn)行“點(diǎn)數(shù)”。如要對(duì)某特 定肽段進(jìn)行分析時(shí)，C trap會(huì)將此肽段的離子 數(shù)積蓄到一個(gè)設(shè)定的數(shù)量（如106個(gè)離子）后 再傳遞給Orbitrap。也就是說(shuō)通過(guò)C trap實(shí)現(xiàn)了 離子濃度的提高。這無(wú)疑對(duì)高靈敏度起到了 巨大的貢獻(xiàn)，這種優(yōu)勢(shì)在獲取真實(shí)樣本中的 低濃度離子的二級(jí)碎片信息上表現(xiàn)地更為明 顯。而TOF質(zhì)量分析器， 不能使用類似于C trap的技術(shù)將離子大量聚集，提高離子濃度。 這是因?yàn)椋?）在TOF分析起始的瞬間，不同 的離子需要聚中壓平在一起，也就是說(shuō)需要 濃縮在一個(gè)極小的空間內(nèi)，這樣才能保證各 種離子在同一個(gè)起跑線上，具有盡可能相同 的飛行距離。但由于離子具有同性電荷相互 排斥的問(wèn)題，因此TOF無(wú)法在分析時(shí)大量蓄積 離子后再做分析；2）由于TOF檢測(cè)器采用碰撞檢測(cè)的方式，大量離子的同時(shí)到達(dá)很容 易造成檢測(cè)器過(guò)飽和，造成飛行時(shí)間計(jì)算誤 差。這是TOF不能通過(guò)大量蓄積離子提高靈敏 度的又一個(gè)原因。

此外， Q Exactive質(zhì)譜并不存在離子阱質(zhì) 量分析器的“三分之一效應(yīng)”問(wèn)題。三分之 一效應(yīng)是指離子阱對(duì)某個(gè)特定離子進(jìn)行碎裂并進(jìn)行碎片質(zhì)量測(cè)量時(shí)，碎片質(zhì)量在母離子 質(zhì)量前三分之一范圍內(nèi)的碎片將無(wú)法被記錄。 這在肽段分析中將可能導(dǎo)致丟失肽段的b1、 b2、y1、y2等小質(zhì)量碎片。而Orbitrap系列質(zhì) 譜 ， 采用了在 HCD 碰撞池 （ High Collision Energy Collision Cell）中進(jìn)行碎裂，在Orbitrap 中完成質(zhì)量掃描的方式。在碎裂及質(zhì)量掃描 的過(guò)程中都沒(méi)有離子阱的參與，因此無(wú)三分 之一效應(yīng)。事實(shí)上，通過(guò)PQD和Trap-HCD技術(shù) （Pulsed - Q Dissociation），Thermo也已經(jīng)解 決了離子阱質(zhì)譜的三分之一效應(yīng)問(wèn)題。

3）信噪比是與靈敏度相輔相成的，而在 信噪比指標(biāo)上，Orbitrap同樣具有先天優(yōu)勢(shì)。 圖4是在完整蛋白分析時(shí)，TOF與Orbitrap的原 始數(shù)據(jù)對(duì)比圖。可以發(fā)現(xiàn)即使在兩者的分辨 率近似的數(shù)據(jù)中，Orbitrap獲得了更高的信噪 比及圖譜質(zhì)量。這是因?yàn)槟壳捌毡椴捎玫?質(zhì)譜分辨率的計(jì)算方法是使用質(zhì)譜峰的質(zhì)荷 比值除以其峰高一半處的峰寬。如某離子測(cè) 得質(zhì)荷比為1000m/z，其質(zhì)譜峰峰高的一半處 峰寬為0.1m/z，則其分辨率為10 000?？梢钥?出在這種*的質(zhì)譜分辨率計(jì)算方法中，只 考慮了質(zhì)譜峰高一半處的圖譜質(zhì)量，而對(duì)更 接近信號(hào)基線的圖譜質(zhì)量不作考量。而在這 一點(diǎn)上正是Orbitrap能夠產(chǎn)生的圖譜質(zhì)量 的關(guān)鍵因素之一：高信噪比。相似的分辨率， 不同的圖譜質(zhì)量是由什么原因造成的呢？當(dāng) 有物質(zhì)撞擊TOF質(zhì)量分析器飛行管的末端的檢 測(cè)器時(shí)，一個(gè)信號(hào)將被記錄。這里需要指出 的是，不僅是離子，中性雜質(zhì)分子的撞擊同 樣會(huì)產(chǎn)生信號(hào)。觀察任何一個(gè)ESI-TOF類串聯(lián) 質(zhì)譜就會(huì)發(fā)現(xiàn)，在此類質(zhì)譜結(jié)構(gòu)中，含有多 個(gè)轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)。這些轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)重要的作用就是在轉(zhuǎn)彎處甩出中性分子，避免對(duì)檢測(cè)器 的干擾，否則將會(huì)對(duì)信噪比產(chǎn)生巨大的影響。 （雖然在Orbitrap質(zhì)譜中也有轉(zhuǎn)彎設(shè)計(jì)，但這 些轉(zhuǎn)彎主要是為了減小儀器長(zhǎng)度、簡(jiǎn)化清洗 操作而設(shè)計(jì)的，并不必考慮中性分子對(duì)檢測(cè) 信號(hào)信噪比的影響。）這個(gè)優(yōu)勢(shì)是由Orbitrap 檢測(cè)原理所帶來(lái)的。當(dāng)離子進(jìn)入Orbitrap腔體 中，同類離子將發(fā)生同步化旋轉(zhuǎn)，根據(jù)電磁 效應(yīng)，離子旋轉(zhuǎn)將產(chǎn)生磁場(chǎng)，產(chǎn)生的電磁信 號(hào)被檢測(cè)器記錄，不同離子電磁信息特征不 同，因而被分辨。顯而易見(jiàn)，中性分子是不 能產(chǎn)生離子那樣的電磁效應(yīng)的，因而不會(huì)造 成干擾，而使Orbitrap具有更好的信噪比。這 是在相近分辨率情況下，Orbitrap之所以能更 有效地實(shí)現(xiàn)質(zhì)譜信號(hào)基線分辨，獲得更高質(zhì) 量質(zhì)譜數(shù)據(jù)的一個(gè)重要原因。

讀到這里，您可能想到了一個(gè)詞“兩全其 美”。是的，Orbitrap系列質(zhì)譜實(shí)現(xiàn)了*穩(wěn) 定性與的性能的統(tǒng)一。于是水到渠成， Orbitrap系列質(zhì)譜已經(jīng)成為蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析領(lǐng) 域*高的質(zhì)譜品牌。Orbitrap于 2005年推出，適逢蛋白質(zhì)組學(xué)爆發(fā)拐點(diǎn)。十 年間，Orbitrap經(jīng)受住了蛋白質(zhì)組學(xué)表達(dá)譜、 修飾譜、定量蛋白質(zhì)組學(xué)、結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)組學(xué)， 以及糖組學(xué)等嚴(yán)酷分析需求的琢磨與考驗(yàn)。 這些領(lǐng)域的工作內(nèi)容不但*覆蓋了蛋白質(zhì) 藥物質(zhì)譜分析的所有需求，在分析難度上更 是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出——蛋白質(zhì)組學(xué)的分析目標(biāo)蛋白數(shù) 少則數(shù)百多則至萬(wàn)。因此，無(wú)論是全蛋白分 子量測(cè)定、肽圖分析、修飾定量、二硫鍵發(fā) 現(xiàn)、糖基化解析等針對(duì)蛋白藥物自身結(jié)構(gòu)的 表征分析，還是代謝定量、雜質(zhì)蛋白鑒定等 復(fù)雜背景中的質(zhì)量研究，Orbitrap通過(guò)長(zhǎng)達(dá)十年的方法開(kāi)發(fā)與經(jīng)驗(yàn)積累，已經(jīng)*具備了 各種蛋白質(zhì)藥物所需的全部質(zhì)譜分析方法與 解決方案。并在與其它類型高分辨質(zhì)譜的比 較中表現(xiàn)出了極大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

穩(wěn)定的品質(zhì)、的性能、全面的應(yīng)用， 賽默飛Q Exactive的這些優(yōu)點(diǎn)，無(wú)疑會(huì)為身在激烈的產(chǎn) 業(yè)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中的使用者提供為有力、保障的支持。