从培养到监测：MS GAS 质谱仪解锁藻类研究高效分析新路径

MS GAS紧凑型台式气体分析仪搭载质谱检测器，专为复杂气体和挥发性物质（含同位素、溶剂及挥发性有机物）分析设计，可实现气态与液态样品的高效检测，为科研与工业领域提供了全新的解决方案。

MS GAS 系列质谱仪的核心优势在于其模块化设计与多元适配能力，仪器配备有 PDMS 膜探头（透气不透液，适用于气相和液相环境）或针阀 / 针头进样口（适配纯气相样品），可与藻类培养瓶、FMT150 光养.生物反应器、MC1000 8通道藻类培养、植物测量室等多种设备联用，覆盖从细胞悬浮液到全株植物的气体交换分析。其搭载的高效真空系统与冷却器水阱，能有效去除水分子，显著延长离子源寿命，同时兼具高精确度、高灵敏度与快速测量特性，用户友好的软件界面也降低了操作门槛。

在检测性能上，该系列仪器提供多种型号供用户选择，分析质量范围涵盖 0-300 amu，检测器分为法拉第杯（ppm 级别检测限）和法拉第杯与二次电子倍增器联用（ppb 级别检测限）两种配置，满足不同精度需求。

应用方向包括但不限于以下诸多方面：

● 气体交换动力学分析（CO₂、O₂）

● 固氮物种研究（N₂、C₂H₂）

● 生物燃料研究（H₂、CH₃CH₂OH、碳氢化合物）

● ¹⁸O₂标记光呼吸研究

● 同位素分布分析

● 空气和水污染

● 气体污染物研究（CH₄、H₂S、NO_x、SO₂、CS₂、CO等）

● 挥发性有机物、溶剂研究

案例一 利用膜进样质谱法对携带乙烯合成酶的重组蓝藻的乙烯产量进行定量评估

该研究以模式蓝细菌集胞藻 PCC 6803为对象，开展了乙烯的合成研究 —— 乙烯作为应用最广泛的石化产品，目前完全依赖化石燃料制取。研究搭建了一套新型检测装置，将平板式光生物反应器与膜进样质谱仪联用，实现对乙烯产量的定量监测；同时借助蓝藻代谢定量模型，对碳元素的分配规律进行分析。

结果发现蓝藻可在较宽的光照强度范围内合成乙烯，且在中等光照条件下达到合成最优值，该研究建立的高度可控实验体系，可为乙烯合成条件的优化提供有力支撑

左图，两种集胞藻乙烯 (图A) 和氧气 (图B) 产率与光照强度之间的关系；右图，集胞藻在不同光照条件下的乙烯产率和生长速率

相较于以往针对蓝藻培养体系乙烯释放量的估算方法，该研究的分析体系实现了显著优化，为精准、定量评估乙烯合成的最优培养条件提供了可行性方案

配置方案

● AlgaeTron AG130 藻类培养箱

● 蠕动泵

● GMS150高精度气体调控系统

● FMT 150光养.生物反应器，可选配多套，以实现不同光质或光强培养

● 真空泵

● MS GAS-100质谱仪

● 可选配FL6000，在线监测藻类荧光快速动力学曲线OJIP、Q-A再氧化动力学等

● 可选配光谱仪测量光强变化

案例二 高等植物的气体交换测量

研究人员利用MS GAS质谱仪和植物测量室对番茄植株的气体交换进行测量，并与其它仪器方法进行比对，结果发现所有测试的仪器配置均检测到相似的生理响应，表现为同一番茄植株的光响应曲线形状相似，尽管通过质谱仪-气体室装置测定的CO2浓度结果与Li6400XT检测结果高度一致，但是其标准偏差降低了两倍左右，从而证明质谱仪具备更高的稳定性和重复性。

左图，植物测量室，光照由便携式FluorCam提供；右图，左侧 y 轴为MS GAS-100 和 Omnistar 测定的整株番茄植株的光响应曲线（蓝线和红线）， 右侧 y 轴为Li6400XT 测定的番茄叶片样品的光响应曲线（黑线）

配置方案

● MS GAS-100质谱仪

● 植物测量室

● FluorCam荧光成像系统

● 真空泵

部分参考文献

1) Zavřel T. et al, 2016. A quantitative evaluation of ethylene production in the recombinant cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 harboring the ethylene-forming enzyme by membrane inlet mass spectrometry. Bioresource Technology 202, p. 142–151.

2) Zavřel T., Červený J., Knoop H., Steuer R., Optimizing cyanobacterial product synthesis: Meeting the challenges. Bioengineered 2016, 7:6, 490-496.