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生物气溶胶是可以在空气中传播的粒子,它具有易变的物理和化学特性,只要有十个存活的生物体就足以使人类感染,从而引起过敏或中毒反应。更可怕的是,气溶胶粒子常常作为生物战剂的传播载体。因此,研究生物气溶胶粒子的实时在线检测具有重要意义。
基质辅助激光解吸电离(MALDI)是一种“软电离”质谱技术,非常适合生物大分子的分析。本论文基于MALDI技术,建立了在线添加基质的蒸发/冷凝实验装置,并与气溶胶飞行时间质谱仪联用,使用266nm波长的Nd∶YAG激光器,研究了气溶胶粒子的基质辅助激光解吸电离质谱。主要工作包括:
采用Gaussian03软件,计算了吡啶羧酸和DHB基质的电离能、电子亲和能、质子亲和能、自由基阳离子的气相酸性和基质的气相碱性等热化学参数,计算结果和已有的实验数值符合较好。这些热化学参数的获得,对深入理解MALDI中的电离过程非常重要。
研究了MALDI中的不同激光脉冲能量、不同基质/分析物的摩尔比及不同的气溶胶粒子粒径等实验参数对分析物离子信号强度的影响。研究结果表明:合适的激光脉冲能量应在200~400μJ,合适的基质/分析物的摩尔比应该为50~110∶1,气溶胶粒子的粒径在所讨论的粒径范围内对分析物离子信号强度的影响很小。这些实验参数的获得,为实时在线检测生物气溶胶粒子提供了实验依据。
研制了在线添加基质的蒸发/冷凝实验装置,对气溶胶粒子冷凝生长所需要的热饱和管和冷凝管的温度以及流量等参数进行了研究,获得了气溶胶粒子冷凝所必备的实验条件。研究结果表明:气溶胶粒子粒径越小,其冷凝生长所需要的饱和比越低;流量越小,其粒径生长的越大。将蒸发/冷凝实验装置与气溶胶飞行时间质谱仪的结合,实现了对生物气溶胶粒子的实时在线检测。实验中以吡啶羧酸和DHB为基质,以香豆素和多肽为分析物,气溶胶粒子由德维尔比斯D40#玻璃喷雾器产生,通过冷凝将基质在线添加到气溶胶粒子上,获得了气溶胶粒子在基质冷凝前后的粒径分布和单粒子MALDI质谱。