電噴霧電離（Electrospray ionization，ESI）是一種使用電噴霧向液體施加高電壓產(chǎn)生氣溶膠來產(chǎn)生用于質(zhì)譜分析的離子的技術(shù)。由于生物大分子相對易碎，它們的結(jié)構(gòu)在解離和電離過程中很容易被破壞。電噴霧電離則克服了這些分子在電離時碎裂的趨勢。電噴霧電離與其他大氣壓電離過程不同，電噴霧電離可能會產(chǎn)生多電荷離子，這有效地擴(kuò)展了分析儀的質(zhì)量范圍，以適應(yīng)所觀察到kDa-mDa的蛋白質(zhì)及其相關(guān)肽的大小。

電噴霧電離原理

ESI在毛細(xì)管的出口處施加高電壓，產(chǎn)生的高電場將從毛細(xì)管流出的液體霧化成微小的帶電液滴。隨著溶劑的蒸發(fā)，液滴表面的電荷強(qiáng)度逐漸增加，最后液滴分裂成一個或多個帶電離子，從而使分析物以單電荷或多電荷的形式進(jìn)入氣相變成氣相離子。

氣相離子產(chǎn)生的機(jī)理有兩種解釋：Thomsona和lribarne提出的離子蒸發(fā)模型（IEM），以及Dole和Rllgen提出的電荷殘留模型（CRM）。在這兩個模型中，待分析的離子不會被外部能量激發(fā)，并且在變成氣相離子的過程中不會產(chǎn)生碎片。

電噴霧電離的過程

ESI過程可以大致分為三個階段：液滴形成、去溶劑化和氣相離子形成。

1. 液滴形成。在高壓電場的作用下，樣品溶液從毛細(xì)管中噴出，形成帶電液滴。

2. 去溶劑化。進(jìn)入噴霧室的液滴被加熱的干燥氣體（如氮氣）逆流蒸發(fā)，液滴的直徑變小，表面電荷密度增加。當(dāng)達(dá)到瑞利極限時，電荷之間的庫侖排斥力足以抵消液滴的表面張力，使液滴裂變，產(chǎn)生更小的帶電液滴。

3. 氣相離子形成。帶電液滴的大小達(dá)到納米級，液滴中的離子變成氣相離子。

電噴霧電離的優(yōu)缺點

作為一種新型的軟電離技術(shù)，ESI已被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。盡管該技術(shù)彌補(bǔ)了一些傳統(tǒng)質(zhì)譜技術(shù)的不足，但仍存在一些不足。

ESI的優(yōu)點

1. 電噴霧提供了一種相對簡單的方法來電離非揮發(fā)性溶液，從而使質(zhì)譜儀能夠提供靈敏的直接檢測。電噴霧質(zhì)譜不僅可以用于無機(jī)物質(zhì)的檢測和分析，還可以用于有機(jī)金屬離子絡(luò)合物和生物大分子的分析。

2. 在電噴霧質(zhì)譜中，高分子量分子通常攜帶多個電荷，電荷狀態(tài)的分布可準(zhǔn)確量化分子量，提供準(zhǔn)確的分子量和結(jié)構(gòu)信息。

3. 多種電離模式可供選擇：正離子模式和負(fù)離子模式。

4. 可與多種色譜有效結(jié)合，用于復(fù)雜系統(tǒng)分析。

ESI的缺點

1. 必須根據(jù)要解決的問題仔細(xì)選擇實驗參數(shù)或技術(shù)條件。

2. 溶劑的選擇和可使用的溶液范圍是有限制的。同時，質(zhì)譜儀對不同配合物的響應(yīng)差異很大，這阻礙了準(zhǔn)確的定量分析。

3. 由于溶液參數(shù)控制噴霧過程，因此即使在良好條件下離子信號也會出現(xiàn)波動。

ESI的應(yīng)用

ESI是一種軟電離技術(shù)，解決了高極性、熱不穩(wěn)定蛋白質(zhì)的電離以及大分子有機(jī)物分子質(zhì)量確定的問題。此外，與以前的質(zhì)譜技術(shù)相比，ESI顯著提高了分析混合物的靈敏度、準(zhǔn)確性和復(fù)雜性，拓寬了質(zhì)譜在蛋白質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用。

肽和蛋白質(zhì)：ESI可以將電荷輸入到蛋白質(zhì)溶液中，然后蒸發(fā)溶劑，最后獲得帶電荷的肽。ESI-MS具有分離和鑒定的功能，常用于鑒定復(fù)雜的肽混合物，如混合蛋白裂解物或SDS-PAGE凝膠上的混合蛋白條帶。ESI-MS特別適用于串聯(lián)質(zhì)譜，因為ESI-MS可以產(chǎn)生多個電荷峰，而多電荷離子容易斷裂，這增加了碰撞激活靈敏度。它被用于監(jiān)測目標(biāo)肽并獲得完整的序列信息。

核苷酸：ESI的出現(xiàn)為寡核苷酸及其類似的結(jié)構(gòu)和序列分析提供了一種強(qiáng)有力的方法。ESI將部分降解測試寡核苷酸的樣品，并在不同的時間對其進(jìn)行采樣以進(jìn)行質(zhì)譜分析，以獲得寡核苷酸部分降解的分子離子峰信號。比較兩個相鄰片段的分子量，可以計算出切割的核苷酸單體的分子量，并且可以通過將寡核苷酸的序列與四個脫氧核苷酸的標(biāo)準(zhǔn)分子量進(jìn)行比較來讀取寡核苷酸的序列。

離子的分子質(zhì)量：電噴霧電離的特點是產(chǎn)生高電荷離子而不是碎片離子，這將質(zhì)荷比（m / z）降低到大多數(shù)質(zhì)譜儀都可以檢測到的范圍，從而大大擴(kuò)大了分子量分析的范圍。離子的分子質(zhì)量也可以由質(zhì)荷比和電荷數(shù)來計算。

ESI是一種軟電離方法，可促進(jìn)ESI源在質(zhì)譜中的廣泛使用。即使是分子量大、穩(wěn)定性差的化合物，也不會在電離過程中分解。