Exactive質(zhì)譜硬件結構圖如下圖1。分析 物在Ion Source中經(jīng)過離子化后，將依次進入 四極桿質(zhì)量分析器(Quadrupole)、C形阱（CTrap），以及靜電場軌道阱（Orbitrap）。如 果需要采集碎片，還將在進入Orbitrap前在高 能碰撞池（HCD Collision Cell）中進行碎裂。 Orbitrap的功能是進行高精度質(zhì)量掃描。其不 但有高達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。如果您詢問有Orbitrap使 用經(jīng)驗的朋友使用感受，常聽到的一定是 “穩(wěn)定”這兩個字。Orbitrap是如何贏得出眾 的穩(wěn)定性口碑呢？主要有以下幾點原因：

1）當您看到圖1中賽默飛Q Exactive圖的結構時， 您可能會驚訝的發(fā)現(xiàn)——Orbitrap的體積竟然 如此“嬌小”。確實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)定性的一個關鍵因素。 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、準確度越高。 高真空度需要機械泵、分子渦輪泵等一些類 真空維持系統(tǒng)的不間斷高強度工作來實現(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。但實際上，TOF的離子飛行 是在納秒級完成的。但由于單張圖譜的信號 過于微弱，終直觀看到每一張TOF質(zhì)譜圖都 是由上百張圖譜疊加而成。不間斷地納秒級 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)的工作強度為毫秒級，因此也具有了 更好的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3）TOF是以離子到達檢測器時間差來分辨 離子的，這個差別需要到皮秒（10-12 S） 甚至更低。因此環(huán)境溫度的一點點變化所引 起的飛行管金屬部件微小的熱脹冷縮都會導 致飛行距離的改變，以至于巨大地影響離子 到達檢測器的時間。正因為此，在TOF類儀器 設計時，需要用到復雜的溫度補償校正，以 及外標或內(nèi)標的添加。而無論是補償校正還 是標準品添加，都需要通過安裝一系列硬件 和軟件來實現(xiàn)。我們知道，一個儀器組件越 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，并且無額外部件引起的故障 問題。以上是從儀器構造及采集方式上比較賽默飛Q Exactive與TOF的穩(wěn)定性差異，那么實際中呢？ 圖2中為近年來Nature、Science、Cell系列刊物 使用Orbitrap發(fā)表論文的數(shù)量——達到了

的2-3篇/天。我們知道，作為科學領域的 刊物，這三個系列期刊對稿件質(zhì)量要求*— —不但要求數(shù)據(jù)，更要求大量實驗的反復 驗證。如此高頻率地文獻發(fā)表，正證明 了Orbitrap面對海量分析任務時，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)定性對于生物醫(yī)藥企業(yè)成本風險控制的 重要性是不言而喻的。

當然，穩(wěn)定只代表儀器的耐用性，對于儀 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一斑。更為直觀 的是當對比圖譜數(shù)據(jù)，特別是當比較Orbitrap 與 TOF 二級碎片質(zhì)譜圖譜時 ， 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 伴的高準確度所帶來的。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）。 Orbitrap系列質(zhì)譜出眾的靈敏度源于以下幾個 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，而TOF為10-6至10-7mBar。無論是Orbitrap 還是TOF質(zhì)量分析器，離子在其腔體內(nèi)進行檢 測時，都存在待分析離子與殘留氣體分子碰 撞而造成離子損失，從而導致靈敏度降低。 相比之下Orbitrap具有高達三個數(shù)量級的真空 度優(yōu)勢，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）從儀器結構看，在Orbitrap系列質(zhì)譜 中，還存在了一個在TOF類質(zhì)譜中并不具備的 組件——C trap（圖3）。C trap組件除了負責 向Orbitrap傳遞離子外，其還有一個重要的功 能：蓄積離子。在離子進入Orbitrap之前，先 要有C trap對離子進行“點數(shù)”。如要對某特 定肽段進行分析時，C trap會將此肽段的離子 數(shù)積蓄到一個設定的數(shù)量（如106個離子）后 再傳遞給Orbitrap。也就是說通過C trap實現(xiàn)了 離子濃度的提高。這無疑對高靈敏度起到了 巨大的貢獻，這種優(yōu)勢在獲取真實樣本中的 低濃度離子的二級碎片信息上表現(xiàn)地更為明 顯。而TOF質(zhì)量分析器， 不能使用類似于C trap的技術將離子大量聚集，提高離子濃度。 這是因為：1）在TOF分析起始的瞬間，不同 的離子需要聚中壓平在一起，也就是說需要 濃縮在一個極小的空間內(nèi)，這樣才能保證各 種離子在同一個起跑線上，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 排斥的問題，因此TOF無法在分析時大量蓄積 離子后再做分析；2）由于TOF檢測器采用碰撞檢測的方式，大量離子的同時到達很容 易造成檢測器過飽和，造成飛行時間計算誤 差。這是TOF不能通過大量蓄積離子提高靈敏 度的又一個原因。

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”問題。三分之 一效應是指離子阱對某個特定離子進行碎裂并進行碎片質(zhì)量測量時，碎片質(zhì)量在母離子 質(zhì)量前三分之一范圍內(nèi)的碎片將無法被記錄。 這在肽段分析中將可能導致丟失肽段的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 的過程中都沒有離子阱的參與，因此無三分 之一效應。事實上，通過PQD和Trap-HCD技術 （Pulsed - Q Dissociation），Thermo也已經(jīng)解 決了離子阱質(zhì)譜的三分之一效應問題。

3）信噪比是與靈敏度相輔相成的，而在 信噪比指標上，Orbitrap同樣具有先天優(yōu)勢。 圖4是在完整蛋白分析時，TOF與Orbitrap的原 始數(shù)據(jù)對比圖?？梢园l(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。這是因為目前普遍采用的 質(zhì)譜分辨率的計算方法是使用質(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 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。可以看 出在這種*的質(zhì)譜分辨率計算方法中，只 考慮了質(zhì)譜峰高一半處的圖譜質(zhì)量，而對更 接近信號基線的圖譜質(zhì)量不作考量。而在這 一點上正是Orbitrap能夠產(chǎn)生的圖譜質(zhì)量 的關鍵因素之一：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 有物質(zhì)撞擊TOF質(zhì)量分析器飛行管的末端的檢 測器時，一個信號將被記錄。這里需要指出 的是，不僅是離子，中性雜質(zhì)分子的撞擊同 樣會產(chǎn)生信號。觀察任何一個ESI-TOF類串聯(lián) 質(zhì)譜就會發(fā)現(xiàn)，在此類質(zhì)譜結構中，含有多 個轉(zhuǎn)彎結構。這些轉(zhuǎn)彎結構重要的作用就是在轉(zhuǎn)彎處甩出中性分子，避免對檢測器 的干擾，否則將會對信噪比產(chǎn)生巨大的影響。 （雖然在Orbitrap質(zhì)譜中也有轉(zhuǎn)彎設計，但這 些轉(zhuǎn)彎主要是為了減小儀器長度、簡化清洗 操作而設計的，并不必考慮中性分子對檢測 信號信噪比的影響。）這個優(yōu)勢是由Orbitrap 檢測原理所帶來的。當離子進入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，離子旋轉(zhuǎn)將產(chǎn)生磁場，產(chǎn)生的電磁信 號被檢測器記錄，不同離子電磁信息特征不 同，因而被分辨。顯而易見，中性分子是不 能產(chǎn)生離子那樣的電磁效應的，因而不會造 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 有效地實現(xiàn)質(zhì)譜信號基線分辨，獲得更高質(zhì) 量質(zhì)譜數(shù)據(jù)的一個重要原因。

讀到這里，您可能想到了一個詞“兩全其 美”。是的，Orbitrap系列質(zhì)譜實現(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 域*高的質(zhì)譜品牌。Orbitrap于 2005年推出，適逢蛋白質(zhì)組學爆發(fā)拐點。十 年間，Orbitrap經(jīng)受住了蛋白質(zhì)組學表達譜、 修飾譜、定量蛋白質(zhì)組學、結構蛋白質(zhì)組學， 以及糖組學等嚴酷分析需求的琢磨與考驗。 這些領域的工作內(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 是遠遠超出——蛋白質(zhì)組學的分析目標蛋白數(shù) 少則數(shù)百多則至萬。因此，無論是全蛋白分 子量測定、肽圖分析、修飾定量、二硫鍵發(fā) 現(xiàn)、糖基化解析等針對蛋白藥物自身結構的 表征分析，還是代謝定量、雜質(zhì)蛋白鑒定等 復雜背景中的質(zhì)量研究，Orbitrap通過長達十年的方法開發(fā)與經(jīng)驗積累，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)出了極大的應用優(yōu)勢。

穩(wěn)定的品質(zhì)、的性能、全面的應用， 賽默飛Q Exactive的這些優(yōu)點，無疑會為身在激烈的產(chǎn) 業(yè)競爭環(huán)境中的使用者提供為有力、保障的支持。