谈到今年ASMS最超出人们想像的技术，莫过于scimaX磁共振质谱。磁共振质谱在质谱界素有“皇冠”美誉，高达千万的分辨率让一切对手望尘莫及，但长期维持液氦等维护要求一直是它的硬伤，让大多数追求简单维护、简便操作的用户却步。只有那些“非爱不可”的专家级用户才能将其揽入怀中。ASMS 2018上布鲁克发布了scimaX，只需一个小小氦气钢瓶就可以获得2千万分辨。展会现场，分析测试百科网采访到了布鲁克·道尔顿MRMS全球事业部部经理Michael Easterling博士，他的详解将带我们进入scimaX为质谱界开启的一扇崭新之门……
在scimaX前的合影：布鲁克·道尔顿MRMS全球事业部经理Michael Easterling博士（左）与分析测试百科网总经理卞利萍（右）
scimaX的亮相给了业界一个震惊的结果，但其实这是布鲁克在磁共振质谱（又称MRMS）领域长期技术革新的结果。Easterling首先回顾了布鲁克磁共振质谱几十年来的创新历程。上世纪70年代初布鲁克开始研发FTICR技术，80年代中发布了第一台商品化的FTMS，2009年，发布了solariX ，2013年随着ParaCellTM技术的问世，solariX XR完全突破了现有技术，随后在2016年推出了solariX 2xR引入了QPD四级检测技术，2018年推出的scimaX更是一次技术上伟大的突破。
ParaCell将分辨率提升了4倍
solariX升级为solariX XR完成了创新的第一次飞跃，布鲁克引入了革命性的ParaCell（和谐阱）。多年来，磁共振质谱具有非常好的磁场，但电场没有达到最佳的离子控制，ParaCell在ICR池中实现了和谐的电场，它突破了传统ICR阱的限制，提供罕见的全范围离子稳定性，从而使分辨率在数量级上远高于其它检测模式。用户可凭借这样的仪器性能毫不费力地获得百万以上分辨能力，用于同位素精细结构的探测或高度复杂混合物的分析。
过去在低分辨质谱图中，人们可以看到强峰和其周围的弱峰，但在高分辨质谱图中无法看到弱峰，当使用了ParaCell，将可看到高分辨率的弱峰。这些弱峰体现了精细同位素结构。这意味着什么呢？由于分子基本上是原子的混合物，质谱仪只是测定分子量，通常无法看到不同的原子组成，所以如果你要获知元素组成，基本靠猜测，无论是尝试MS/MS，还是很高的质量准确度，都是靠猜测，并不是很确信。“应用了ParaCell技术的solariX-XR，你可以测定原子信息，因此不必再靠猜测，可以直接确定分子的元素组成。这是ParaCell的极大贡献。” Easterling表示。
布鲁克磁共振质谱获得的超高分辨率：看到精细的同位素结构
solariX XR另一大特点是提升在一定时间内获得的质谱分辨率。传统FTMS仪器的缺点是，采集时间缩短，则分辨率降低，因此获得高分辨率常需要很长时间。solariX XR将产品性能提升，相同采集时间分辨率提高一倍；或者分辨率不变，采集时间缩短一半。solariX XR的分辨率达到了200万，demo样机甚至达到400万。
2016年推出的solarix 2xR将paracell的功能进一步释放，分辨率再次翻倍。所以从2009年到现在，solariX在同样的分析时间内，分辨率提高了4倍；或者保持相同的分辨率，只需1/4的时间。
应对更复杂的基质样品
从solarix 2xR开始，可以直接用流动注射（FIA）方法直接测定复杂的基质样品。通常，每个质谱都会在前端连接气相或液相色谱，solarix 2xR可做到不必连接液相色谱，对复杂基体样本可实现直接进样的超高分辨率测定。比如，石油和环境样品非常复杂，又不太适合用液相色谱分离，用直接进样技术直接在solarix 2xR上进行分离分析是非常理想的。“有时我们会看到一个样本的谱图中包含20,000-50,000个质谱峰，因为分辨率很高，我们有能力做到这一点。这也是solarix 2xR相对于其它质谱仪的优势。”Easterling说。
同一台仪器上实现MALDI和ESI的相互切换
solarix 2xR的另一个优点是可以在同一台机器上完成MALDI和ESI测定。在这台仪器上安装了两个离子源，只需在软件里点击按钮，就可完成MALDI和ESI的切换。“要知道，很多人真的很喜欢MALDI，因为每个点都是独立的，即使运行一个样本到下一个样本，再到下一个样本，你不必担心交叉干扰。”Easterling说。
scimaX磁共振质谱仪
接下来，Easterling介绍了重磅的scimaX，它以更小的占地面积提供超过两千万（R> 20,000,000）的质量分辨率，无需任何液态致冷剂。威尔康奈尔医学院教授Steve Gross说：“布鲁克的新型scimaX MRMS系统改变了超高分辨率质谱仪的游戏规则。由于不再使用液体制冷剂降低了运行成本负担，仪器安装不再受场地限制而要求对实验室改造，scimaX可用于任何需要最高质量分辨率的质谱实验室来解决高影响力的科学问题。”
无需液氮液氦 高达2千万分辨率
相比solarix 2xR，scimaX再次提高分辨率到2千万，质量准确度达600ppb（内标）。
布鲁克革命性的7特斯拉超导磁体技术是占地面积更小的scimaX MRMS系统的基础。 这一关键创新采用“传导冷却（conduction cooled）”技术，不需充液氦，不需排废气管线，占地面积大大减少（宽×深×高：3英尺×7.5英尺×6.6英尺），适合于一个标准的实验室（此文中的合影照片背景就是scimaX）。 “只需一个氦气钢瓶，维持仪器里的环境始终充满氦气，消耗少于GC/MS对氦气的消耗。”王克非博士说。
过去，惰性气体排放的管路是超导磁体必须的一部分。它汇集了磁体的所有气体排放出口，从磁体上端直通磁体，通向建筑外大气中，作用就是排除废气。一旦失超，磁体杜瓦容器中近2000升液氦挥发的全部氦气（每升液氦可气化为1.25m3氦气）将从排气管路中喷出。为预防可能的失超，必须精细设计排废气的管路，仪器基本也只能安装在实验大楼的一楼，因为窗户无法快速排出废气。以前废气的排放问题导致很多用户却步不前。“以前我们在北京装机的时候，必须要有个排气的管子，假如客户没有把这个装好，安装是桩很麻烦的事情。”王克非博士说。现在scimaX不再需要排废气的所有管路，对用户带来极大的方便，仪器甚至可以安装在更高楼层。
scimaX 标准配置ParaCell 2xR 和AMP检测技术，如前文所述，这是提供究极分辨率的保证。
1秒完成ESI和MALDI源切换 多种碎裂模式
scimaX标准配置ESI和MALDI双离子源
scimaX是一款集成式多功能仪器，能够与多种离子源兼容，它标准配置ESI源和MALDI源，1秒中内可完成离子源切换。同时具备选择离子持续累加（CASI）和多种裂解模式如ECD、EID、ETD、CID、EDD、SORI-CID、MALDI-ISD、NETD等。ESI源接口还能与各种可选API源（APPI，APCI，GC-APCI）兼容。
FIA进样大幅降低运行时间 每天可运行200多个样品
和solarix 2xR同样，scimaX可以直接用流动注射（FIA）方法直接测定复杂的基质样品。MRMS aXelerate工作流摆脱了LC通量的限制，能够实现每天分析200多个样品。以MetaboScape为基础的处理方法，可以在代谢组学和表型组学研究的复杂样品中，对数百个已知的代谢物进行分子式的自动标注，并对数以千计的未知代谢物自动生成分子式。
Easterling接下来分享了scimaX的几大典型应用。
代谢组学
“之所以首先谈到代谢组学，是由于今年有了兼容于代谢组学的多个软件，可同scimaX配合，直接进样（FIA）分析样本，提高样本通量达200个样品/天，所有组分可以在质谱中得到分离。例如，scimaX能够直接进样分析尿、血液、天然产物、葡萄酒等各种混合体系，仅需要几分钟时间，一天能分析200多个样本。当然你也可以用液相色谱分离分析，但会花更长时间。我们曾运行客户的临床样品做代谢组学，FIA实验花了6小时，而运行LC-MS则需要120小时。scimaX大幅缩短了运行样本的时间，非常适合于临床应用。”Easterling还补充说到，“事实上，色谱分离依赖于化学性质，有些化合物可能没有保留或难以洗脱，直接进样测定时还可看到更多LC-MS方法中无法看到的样品峰。”
直接进样-scimaX分析尿液，同位素精细结构（IFS）分析直接给出了未知代谢物的分子式，如图中红框所示的Glucose（葡萄糖）是使用LCMS流程中未曾看到的代谢物
MALDI成像
scimaX可用于质量范围m/z 100-1,500的中小分子的极限MALDI成像。它具备的无与伦比的宽谱带范围的超高分辨率和亚ppm质量精度，能够辨别仅mDa质量差的分子成像，这是同位素精细结构 (IFS) 分析和分子式确认所必需的。
Easterling 表示：“MALDI成像对我们是非常重要的市场。当用激光打在组织上时，离子化的是混合物，如脂类、多肽、蛋白、代谢物、小分子等等所有的分子。由于没有液相分离，过去你无法处理它们；而scimaX可以快速同时处理这些信号。有时，质量信号非常非常接近，当使用30-50万的分辨率时，你将能在质谱图中看到所有分离的质谱峰，这样就可以有效地建立质谱成像图。由于这是MALDI成像，不需前处理，所以你把样本送到就可以开始测定。
这点对于制药公司，代谢组学的研究者非常重要。有些研究环境生物修复的研究者用MALDI成像研究植物，现在可以直接看分子在枝干中的分布，更好地观察基因工程的效果；或者对烟草进行MALDI成像，可以看到农药、除草剂、终产品中主成分在烟草中的分布。”
石油组学和环境检测
scimaX 拥有各种类型且互相兼容的离子源系列，能适应不同性质的分子：ESI 适用于处理碱性和酸性化合物，LDI、APCI 和 APPI 适用于处理极性和非极性化合物。可预测群体特性（、腐蚀、积垢）需要分析样本的整个化学组成情况。scimaX 数据直接导入化学智能石油组学软件 (PetroOrg/Composer)，生成可靠的元素组成分子式、传统石油组学图表、自动化报告构建等等。
scimaX能够看到复杂混合物中的所有组分。对于海洋船舶来说，加入清洁剂可清洁船底水，但可能又引入了未知的副产物。过去，LC-MS/MS无法测定船底水的所有成分，因为LC-MS/MS常是目标物检测，现在用scimaX可以解决该问题。
此外，scimaX在天然蛋白的研究中也显示出威力。
Easterling 表示，已经有用户在scimaX上运行了很多样品，大多数都是由FIA直接进样分析，它减少了运行实验所花费的时间，并且可以运行非常多的样品，研究者都对此非常兴奋。当然，如果对比LC-MS，会得到非常不同的结果，这需要为用户做进一步的培训。
谈到维护，Easterling很有信心：“5年前如果大家认为磁共振质谱维护难是对的，但如今这种说法已经过时。正如我刚才所述，一些问题最早源于技术，如冷却系统占地面积非常大，周期性地充液氦，占地空间太大，实验室须为冷却系统做修改，这些都让用户头痛不已。过去的系统易用性不佳，只能被专家使用。现在，上述问题通通不再存在，即使是一般的技术人员也可以运行scimaX。”
谈到中国客户，Easterling表示：“我认为很多中国用户正在关注世界其它地区在发生什么，尤其对新技术很关注，这点令很多人都印象深刻。很多我们的关键客户都与中国的研究人员有着密切的合作关系。当中国客户到国外看到先进的仪器，也会希望使用这项技术。 事实上，中国已有很多磁共振质谱的用户。总体上，全球和中国的用户渴望拥有解析复杂混合物的能力，尤其在环境和石油等关键应用领域。中国具有非常强大的购买力和沟通能力。”
王克非补充说，“中国的国际交流越来越多，我们的一些客户正是到国外考察后，看到国外的情况，因此回国后购买磁共振质谱。除了上述应用领域，scimaX对大型仪器中心也非常有吸引力，过去运行磁共振质谱还需要培养非常专业的人员，现在一般的技术人员就能操作。过去即使磁共振质谱有一些问题，人们还是购买，足见其过人之处。正如Uben所说，’scimaX正是来解决问题的’。今年ASMS会议上我们收到了很多反馈，很多以前不考虑磁共振质谱的用户也会说‘好吧，我会考虑购买一台scimaX’，我们已看到这些需求，仪器的销售数字将会大幅增长。”
众所周知，一些做磁共振质谱的厂家后来放弃了该产品线，只有布鲁克一直坚持。谈到原因，Easterling笑着说，“布鲁克是一家做磁体的公司。虽然之前很多公司也曾尝试做FTMS，但他们不生产磁体，磁体研发必须找其它公司，如果两家生意模式不匹配就很难继续。布鲁克有完美的模式，公司拥有非常庞大的技术部门， FTMS的研发人员有的来自磁体团队，有的来自质谱团队，两个技术团队高度协同，使得布鲁克的FTMS具有相当的竞争力，如市场上的价格优势。我们制作电线、线圈、磁体、质谱，所有的部件都是自己生产，我们可以控制所有的研发。”
被访人简介
Easterling博士于1998年从佐治亚大学获得博士学位，博士期间完成一项涉及开发和构建一套专有 FTMS 的论文项目，该仪器用合成高分子的内置MALDI源，用于高性能聚合物分析和开展基础ICR研究。此间，他发表了关于FTMS理论、设计、直接应用的数篇论文。1998年加入IonSpec公司后，Easterling博士负责商业演示，同时在仪器和应用方面发挥作用，创立了ICR技术的相关证明声明。2000年，他成为美国质谱学会FTMS短期课程的特许讲师，持续在ASMS年会期间讲授FTMS基础课程，并为ASMS委员会服务。2001年，Easterling博士加入布鲁克.道尔顿公司，领导FTMS产品线的应用部门，同时负责维护和学术及产业界研究员的合作。他现在领导MRMS事业部，全面负责磁共振质谱（MRMS）和成像业务。在包括ASMS美国质谱学会，IMSC国际质谱学会，HUPO人类蛋白质组学组织，美国癌症学会等国内国际会议上，Easterling博士参与了60个出版物和演讲。他现在为国家高磁场实验室的ICR用户委员会服务，是多个期刊的审稿人，并广泛传播教育人们关于MRMS和 MALDI 成像引人注目的优点，并热切地与他们合作，整合这一强大和吸引人的技术到他们的现有工作流程中。
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