质谱法和光谱法在分析化学中的联合使用提供了一种强大的方法来获得全面的化学信息，提高了效率并减少了样品消耗。本文概述了这种连用技术，并探讨了它在各个领域的潜在应用。

图片来源：S. Singha/Shutterstock.com

结合质谱和光谱学：化学和结构分析的综合方法

质谱法通过根据其质量电荷比分离气态离子来识别化学物质。另一方面，光谱学研究物质对辐射的吸收和发射，根据其反射、吸收或发射辐射能量的能力来识别元素和分子。

质谱学和光谱学技术通过提供不同类型的信息而相互补充。例如，质谱法通过碎片模式提供分子量和结构细节，而光谱法（红外或拉曼）识别功能团并分析分子特性。

它们的结合使用使一种全面的方法可以获得目标样品的详细化学和结构信息。因此，它减少了样品消耗，最大限度地减少了丢失关键化学信息的风险，并能有效地识别分析物。

质谱法和光谱法的协同应用
加强代谢物检测和注释
代谢组学是一个强大的工具，可以识别复杂的生物样本中的小分子，帮助众多领域的研究。

核磁共振（NMR）光谱和质谱是用于代谢组学的两种主要技术。虽然核磁共振光谱是无创的，但它的灵敏度和信号重叠有限，而质谱是破坏性的，但提供高灵敏度。然而，通过结合这两种技术，研究人员可以实现对代谢组更全面的覆盖，提高代谢物鉴定的准确性，并实现新代谢物的结构表征。

质谱和光谱技术的结合克服了每种技术的局限性，提供了更全面的代谢组覆盖，并提高了已知和未知代谢物的识别精度，从而大大增强了代谢组学的研究。

推进对蛋白质氧化和翻译后修饰的洞察力
蛋白质氧化是一种翻译后修饰，可导致各种影响，如损害细胞生长和丧失酶的活性。此外，氧化的蛋白质如果不被消除或修复，会产生毒性，但这些氧化形式的许多生物作用仍然是未知的。

结合质谱和光谱学为较大的肽的结构表征提供了一个有价值的工具，并且在开发识别和修复氧化蛋白的方法方面可以产生商业影响。

发表在《物理化学化学物理学》上的一项研究着重于使用红外多光子解离光谱和串联质谱技术来确定含有硫醚功能的小模型肽的最终氧化产物。

通过结合质谱和光谱技术，研究人员获得了对蛋白质氧化的新认识，包括硫醚功能的氧化和肽中分子内电子转移的机制。此外，这种方法使他们能够更好地描述氧化的蛋白质残基，并确定研究蛋白质氧化的关键步骤的新工具。

分析食品科学中的复杂混合物的真实性和合规性
质谱和光谱技术的结合使复杂混合物的分析和特定化合物的鉴定成为可能，这在食品科学、药品和环境监测中都有意义。它还有助于监管机构执行标签法和检测食品中的欺诈。

在发表在《食品化学》上的一项研究中，研究人员开发了一种可靠和有效的方法来表征和量化阿拉比卡和罗布斯塔咖啡的混合物，这些咖啡常常因为用较便宜的罗布斯塔咖啡豆代替较昂贵的阿拉比卡咖啡豆而被降解。

为了实现这一目标，他们结合了喷纸质谱法和衰减全反射傅里叶变换红外光谱法，并采用偏最小二乘法（PLS）回归来建立一个多变量模型。

由此产生的模型是稳健的，并准确地预测了咖啡混合物的成分，奎尼酸、三叉戟、糖和绿原酸被认为是阿拉比卡和罗布斯塔品种之间的鉴别标志。

这项技术为咖啡混合物的组成提供了宝贵的见解，对确保食品的真实性具有商业意义。

加强对蛋白质-RNA复合物和基因调节的洞察力
RNA在基因调控中起着至关重要的作用，定义RNA-蛋白质的相互作用对于理解分子机制和寻找相关疾病的治疗方法非常重要。然而，由于这一过程的复杂性，确定蛋白质-RNA复合物的结构仍然具有挑战性。

传统的结构生物学依赖于核磁共振谱学和X射线晶体学方法。然而，综合结构生物学方法的出现，结合了多种生物物理技术，如质谱、低温电子显微镜和核磁共振光谱，现在被认为是描述RNA结合蛋白及其结构域的全基因组定位的一种有希望的方法。

结合质谱和光谱技术的混合方法提高了我们对蛋白质-RNA复合体结构生物学的理解。例如，它们揭示了对RNA甲基化酶、RNA结合蛋白、RNP组装途径、构象多样性和蛋白质-RNA界面水化的深入了解。

这些方法使研究人员能够以更高的效率和精度研究RNA-蛋白质的相互作用，对参与基因调控的分子机制有了更全面的了解。

动态单细胞分析
结合质谱和光谱技术，通过提供互补的分子组成和动态信息来改善单细胞分析。

光谱技术可以监测细胞的荧光或吸光光谱的变化，表明特定分子的浓度或构象的变化。质谱法可以检测和量化特定生物分子的水平，即使是在非常低的浓度下。

发表在《分析家》杂志上的一项研究采用了光学光谱法和MALDI质谱法的双重用途，对单个藻类细胞进行动态分析。随着虾青素在细胞中的积累，质谱和光谱技术的结合使得监测三磷酸腺苷与二磷酸腺苷的比率成为可能。

叠加从光谱学和质谱学收集到的信息，能够揭示囊化过程中的代谢事件。

这种综合方法可以提高我们对复杂的生物过程的理解，并促进生物技术的应用，如藻类养殖。

表征具有非无害配体的还原金属络合物
质谱和光谱的双重用途通过说明含有非无害配体的金属配合物中电子的定位，增强了复杂混合物中的微量成分分析、催化过程的优化和新药物的设计。

在发表在《物理化学化学物理学》上的一项研究中，研究人员将电子捕获解离质谱法与红外多光子解离作用光谱法相结合，以形成、选择和描述含有非无害配体的还原金属络合物。

质谱法和光谱法的结合使用使研究人员获得了产品自由基的有用的电子描述，这提供了关于本地蛋白质结构的重要信息。

在研究溶液中高度反应的自由基配合物时，这种组合提供了一种特别有利的方法，并简化了对催化过程至关重要的任何金属-配体相互作用的解释。

未来展望
结合质谱和光谱技术的未来发展预计将影响分析化学。这些发展包括整合数据分析技术，增强电离程序，改进成像技术，以及将这些技术应用于医学、环境监测和食品工业。这种进步将提高分析复杂样品的灵敏度、准确性和速度，使人们更好地了解各种材料的化学和结构特性。

参考资料

Assis, C., Pereira, H. V., Amador, V. S., Augusti, R., de Oliveira, L. S., & Sena, M. M. (2019). Combining mid infrared spectroscopy and paper spray mass spectrometry in a data fusion model to predict the composition of coffee blends. Food Chemistry. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.12.044

Bhinderwala, F., Wase, N., DiRusso, C., & Powers, R. (2018). Combining mass spectrometry and NMR improves metabolite detection and annotation. Journal of Proteome Research. https://doi.org/10.1021/acs.jproteome.8b00567

Fagerer, S. R., Schmid, T., Ibáñez, A. J., Pabst, M., Steinhoff, R., Jefimovs, K., ... & Zenobi, R. (2013). Analysis of single algal cells by combining mass spectrometry with Raman and fluorescence mapping. Analyst. https://doi.org/10.1039/C3AN01135F

Katari, M., de La Garanderie, E. P., Nicol, E., Steinmetz, V., van der Rest, G., Carmichael, D., & Frison, G. (2015). Combining gas phase electron capture and IRMPD action spectroscopy to probe the electronic structure of a metastable reduced organometallic complex containing a non-innocent ligand. Physical Chemistry Chemical Physics. https://doi.org/10.1039/C5CP01501D

Leitner, A., Dorn, G., & Allain, F. H. T. (2019). Combining mass spectrometry (MS) and nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy for integrative structural biology of protein–RNA complexes. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a032359

Scuderi, D., Ignasiak, M. T., Serfaty, X., De Oliveira, P., & Levin, C. H. (2015). Tandem mass spectrometry and infrared spectroscopy as a tool to identify peptide oxidized residues. Physical Chemistry Chemical Physics. https://doi.org/10.1039/C5CP03223G

作者：Owais Ali

本文由光电查搜集整理，未经同行评议，请自行判断可信度。仅供学习使用。