當前，蛋白質組學研究中最大的技術瓶頸之一就是生物質譜的離子源技術，因為現有離子源對離子的利用效率極低。

　　事實上，自從80年代中期John B. Fenn 將電噴霧離子源應用于大分子質譜分析以來，全世界成千上萬的科學家涌入了這一研究領域。快30年過去了，對于電噴霧離子源機理，還是停留在兩個模式：Ion Evaporation Model (IEM) 離子蒸發，與Charged Residue Model (CRM) 電荷殘留機理。這兩個模式所描述的都是帶電液滴離開Taylor Cone 以后的單分子氣相電荷的形成過程（如圖1所示），至今也無法解釋以下兩個問題：

　　1、為什么電噴霧離子源中存在多電荷離子?

　　2、為什么電噴霧離子源存在離子抑制現象?

圖1 電噴霧離子源機理

　　有些學者認為多余的電荷是來自于液滴(Droplets that contain an excess of positive and negative charge detach from its tip.)

　　根據電磁場理論，介質在電場中，正負電荷是以成對的形式存在的，不可能形成正、負分離。在電極的同一端更不可能產生正、負離子分離的現象。

圖2 離子源機理實驗圖

　　下面是朱一心研究團隊的實驗過程。首先將離子源全封閉起來。圖2中，瓶子 1、2、3 可以加上不同的液體或氣體，作為輔助液氣，控制泰勒錐周圍的離子化氣氛。

圖3 離子源離子化室內充滿空氣和氮氣時的離子圖

　　當離子源離子化室(Chamber)充滿空氣時，肽段離子信號如圖3左所示，肽段離子信號非常強。

　　將離子源離子化室(Chamber)充滿氮氣,并且控制其質譜儀的真空度與離子源離子化室暴露大氣時一樣，如圖3右所示，質譜儀無法檢測到肽段離子信號。

　　這樣我們可以直觀的推斷(M+H)⁺ 中的正氫離子并非來自于 Tip 中的液體(流動相)。

圖4 Air氣氛狀態下，咖啡因的溶劑為D₂O和H₂O的譜圖

　　還有實驗也能說明氫離子不是來自于流動相。分別用水(H₂O)和氘水(D₂O)溶解咖啡因，在沒有輔助液體的時候，離子化室充滿空氣時，得到如圖4所示的圖譜，圖中可見，上下圖譜完全一致，這就說明了氫離子不是來自于流動相(Solvent)。如果是自于流動相，那么在用氘水(D₂O)溶解咖啡因的質譜圖中的主峰應該是(M+2)=196.17，而不應該與用水(H₂O)溶解樣品時得到的主峰一樣(M+1)=195.17。咖啡因的結構如下圖，它沒有OH鍵，所以無法產生氫氘交換,最適合我們的實驗。

咖啡因(Caffeine)，分 子 式：C8H10N4O2， 分 子 量：194.19

　　那氫離子到底來自于哪里呢?看了下面實驗就知道了。

　　在上面的實驗中的輔助氣中加以D₂O為輔助液體以后，得到了完全一致的譜圖，主峰均為(M+2)=196.26如圖5所示。

圖5 Air+D₂O 氣氛狀態下，咖啡因的溶劑為D₂O和H₂O的譜圖

　　從咖啡因的分子式可以判斷，它100%無法進行氫氘交換。所以用氘水溶解樣品，咖啡因的分子式不發生變化，在高電場中被電場極化的分子式與水溶解的咖啡因一致，分子量沒有發生變化，還是M，吸附上一個氫離子以后形成(M+H)⁺ 正離子。加以氘水(D₂O)輔助蒸汽以后，在泰勒錐(Taylor Cone)周圍產生氘離子(D⁺)，所以極化后的分子吸附一個氘離子(D⁺)，形成(M+D)⁺ 正離子。這一實驗就證明了氘離子((D⁺)，是來自于泰勒錐以外的。

　　如果用傳統的電噴霧理論，在這一實驗中，用水(H₂O)溶解咖啡因時，是永遠見不到(M+2)⁺ =196.26的離子峰的。

　　這三個實驗可以說明，電噴霧離子源使分子帶電的過程其實是場致水分子電離后產生氫離子，極性分子在高電場中的極化，極化后的分子與氫離子又產生了靜電吸附，從而形成多電荷分子離子。

　　圖6 電噴霧離子源機理

　　如圖6所示，電噴霧發射針處于正電壓，在尖端表面形成一個穩定的Taylor Cone，因為Taylor cone 的曲率半徑很小，在納米數量級，尖端表面的電場很強，將剛剛離開Taylor Cone 的極性分子極化，形成長條形的不穩定極性分子;同時將尖端表面的水分子場蒸發，形成氫離子，氫離子被長條形的極性分子的負端吸附，從而形成了多電荷離子。

　　同時可見，當兩個極性分子同時出現在Taylor Cone 附近，氫離子被極性大的分子吸附，從而出現了離子抑制現象。

　　美國康奈爾大學化學與化學生物學榮譽教授Fred Mclafferty(右)與朱一心先生探討技術問題

　　賽默飛世爾R&D Director Jean-Jacques(右)，與朱一心先生探討技術問題