论文部分内容阅读
自从1919英国科学家弗朗西斯·阿斯顿(Francis William Aston)搭建成功第一台质谱仪，质谱技术就在科学实践和社会生活中发挥着非常重要的作用。特别是近二三十年，质谱技术有了迅猛发展，业已成为现代科学技术许多领域特别是生命分析领域不可或缺的一项基本技术。这主要归功于电喷雾(Electrospray Ionization ESI)和基质辅助激光脱附电离法(Matrix-Assisted LaserDesorption/Ionization MALDI)这两种离子化方法的出现及发展。这两种方法都能够提供高灵敏的和高分辨的生物大分子(<5MDa)的质谱，因而极大的扩展了人们对生命科学的认知领域，从前那些在生命体内很重要但又难以琢磨的生物大分子终于可以通过质谱的手段加以鉴定并分析，进而完成其结构和功能方面的探讨。然而，对于那些具有生命意义的基本颗粒，如细胞，细菌，病毒等，要回答“这个细胞有多重？这个病毒有几种DNA和蛋白质组成”等等诸如此类问题，仍然是一道不易跨越的坎。而如何有效的快速检测这些生物颗粒，则更是一道难题。
本论文基于电荷检测的快速分析能力和圆柱体离子阱的小巧简便的实用性，试图开展这方面的探索，主要讨论便携式生物大颗粒质谱仪的构建及其在生命分析领域中的应用。全文包括以下几个方面的内容：
1.绪论主要介绍生物质谱仪的发展概况，选题的实际意义及应用前景。由于现代质谱技术的发展的一大趋势是质谱仪的小型化，我们主要介绍我们的小型化方案。
2.离子阱质谱仪工作的基本原理最早出现的也是最常见的离子阱指的是旋转双曲面的离子阱，当它所要求的加工精度比较高。我们所采用的是圆柱体的离子阱，它比较简单，易于加工，具有更广泛的适用性。因而需要将通常的3维离子阱的理论拓展至圆柱体的离子阱，从而为进一步的应用提供必要的理论支持。这一部分从最基本的Mathieu方程出发，通过分析得出，除了相差一个几何因子外，圆柱体离子阱的质量公式和双曲面离子阱完全一致；而这个几何因子，可以通过利用标准物质校正系统误差的方式给出。因而，圆柱体离子阱在应用上与通常的双曲面离子阱没有任何差异。
3.介绍实验装置，这包括实验腔体，激光及光学系统，离子进样系统，电子射频系统和检测系统几部分组成。分别介绍其工作原理。并用标准的聚苯乙烯小球(NIST3微米)对整个实验系统做了校正。
4.某些应用利用搭建好的实验装置，我们做了一些有兴趣的应用，包括测量正常人和贫血病人的血红细胞的质量，而且能够清晰的看出这两种细胞之间质量(包括平均质量和质量分布)上的差异。我们还测量了豚鼠的血红细胞的质量。所得的结果与前人用传统的方法所得的结果基本一致。充分的表明了我们装置的可靠性。而结合前述的我们在装置上的改进，表明我们的装置在为测量生物大颗粒的质谱仪的小型化和便携化上迈出了重要的一步，为它的实际应用打下了坚实的基础。