| 题名 | 生物气溶胶质谱仪的研制及其在生物气溶胶检测中的应用 |
| 作者 | 舒喜 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2013-05 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 束继年 |
| 关键词 | 生物气溶胶质谱仪 细菌 芽孢杆菌属 基质辅助激光解吸电离 Bioaerosol mass spectrometer Bacteria Bacillus MALDI |
| 其他题名 | Development of the biological aerosol mass spectrometry and application to the bioaerosol detection |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 本论文主要描述了实验室自主设计组装的一台在线生物气溶胶质谱仪，并利用这台生物气溶胶质谱仪进行了细菌气溶胶颗粒质谱检测的应用研究，以鉴别不同种类的细菌气溶胶。主要研究结果如下： 参与设计、组装、调试并运行一台生物气溶胶质谱仪。仪器主要由三部分构成：激光光学系统、质谱仪腔体、电源以及信号采集系统。激光光学系统主要由266nm的激光器、光学反射以及透镜系统组成。电源和信号采集系统主要由高压直流电源、脉冲触发器及开关、示波器、微通导板、信号放大器、电脑和数据采集卡等组成。质谱仪腔体主要有三部分即束源室、差分室和检测室构成。 仪器的工作过程是：气溶胶颗粒通过束源室将颗粒束聚焦成一个直径约0.5mm的颗粒束；颗粒束通过差分室后进入检测室，最终沉积在引出电极板上；10Hz的266nm脉冲激光经过发射后被光学透镜聚焦成更高光密度的光束，成45℃从另一个方向照射到颗粒上；被激光辐照的颗粒被解吸电离，产生气相离子；产生的离子经引出电极的脉冲电场延时引出并加速进入无场飞行区，之后被反射电场反射，最终由微通导板（MCP）检测到；产生的信号经过放大后被示波器采集，最终输出到电脑中。经过调试，本实验室自主研发的生物气溶胶质谱仪的检测PEG1000灵敏度约0.3pmol，分辨率约2000，检测上限达6000Da。 在本论文中，细菌气溶胶颗粒首先经过混合有机溶剂萃取脂类物质，然后加入一定量的基质。脂类物质和基质的混合溶液经过雾化后进入生物气溶胶质谱仪中被检测分析。实验中采用脂质谱图技术鉴别不同种的细菌气溶胶颗粒。实验结果表明：不同溶剂，盐和基质的种类，碱金属离子，分析物浓度，基质浓度，基质分析物摩尔比，细菌培养环境等都会对细菌的脂质谱图产生影响。在本实验采用266nm的激光波长和正离子检测模式下，采用2，4-二羟基苯甲酸，芥子酸，2’-4’-6’-三羟基苯乙酮可以获得较好的信噪比和信号强度。采用合适的分析物和基质浓度对于获得较高的信噪比和分辨率很重要。实验结果表明在基质和细菌的浓度分别在10mM和107cells/mL比较合适，细菌的检测极限大约为105cells/mL。最适宜的细菌浓度大约在106到108 cells/mL之间，此时脂类物质质谱峰比较一致，信噪比和分辨率较高。该实验结果与传统的离线MALDI的结果想比较，实验结果显示两种方法的质谱图差异很小。这表明这种在线生物气溶胶质谱的检测结果是很可靠的。 盐的加入，可以大大简化谱图，更容易出现一系列比较有规则的峰，比较加入不同盐的质谱图也更能准确的鉴定细菌中脂类物质的种类。在不同细菌中检测到的脂类物质主要以PE，PG和DGDG为主。PE和PG通常与两个碱金属离子结合，而DGDG一般只与一个碱金属离子结合。 本论文中，利用自主研发的生物气溶胶质谱仪鉴定了大肠杆菌，枯草杆菌和沙门氏菌三种细菌气溶胶以及芽孢杆菌属不同种的五种细菌（枯草芽孢杆菌，蜡状芽孢杆菌，巨大芽孢杆菌，短小芽孢杆菌，球形芽孢杆菌）。实验结果表明：通过脂类物质的质谱图可以区分不同属的细菌，而且还可以区分同属不同种的细菌。而且根据同种细菌的脂类信息的不同可以推测细菌的生存环境。这对于在线检测细菌的种类及其来源有着很重要的现实意义。 |
| 公开日期 | 2014-07-15 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/7582]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_大气环境科学实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 舒喜. 生物气溶胶质谱仪的研制及其在生物气溶胶检测中的应用[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2013. |
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