潘遠(yuǎn)江：質(zhì)譜大會(huì)夢(mèng)想成真 質(zhì)譜研究其樂(lè)無(wú)窮
發(fā)布時(shí)間:2018-10-24 閱讀次數(shù)：9817次
質(zhì)譜作為功能強(qiáng)大的分析工具，現(xiàn)今已深入到科學(xué)研究、生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，其中質(zhì)譜基礎(chǔ)研究不僅為質(zhì)譜技術(shù)的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)，還可為有機(jī)反應(yīng)機(jī)理的探索提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。曾師從我國(guó)質(zhì)譜研究先驅(qū)陳耀祖院士的潘遠(yuǎn)江教授，是我國(guó)長(zhǎng)期從事質(zhì)譜基礎(chǔ)研究的學(xué)者之一，他致力于探索質(zhì)譜中有機(jī)分子裂解反應(yīng)的新規(guī)律，目前也開(kāi)展了應(yīng)用現(xiàn)代質(zhì)譜技術(shù)捕捉有機(jī)反應(yīng)中間體等相關(guān)研究，以期實(shí)現(xiàn)氣態(tài)離子-分子反應(yīng)的精準(zhǔn)操控。在即將舉行的中國(guó)質(zhì)譜學(xué)術(shù)大會(huì)前期，分析測(cè)試百科網(wǎng)采訪到了浙江大學(xué)求是特聘教授潘遠(yuǎn)江博士，他興致盎然地分享了自己近30年通過(guò)質(zhì)譜認(rèn)知有機(jī)世界的各種樂(lè)趣，相信每位聽(tīng)過(guò)潘教授講述的人，都會(huì)禁不住愛(ài)上質(zhì)譜。
浙江大學(xué)化學(xué)系求是特聘教授 潘遠(yuǎn)江博士
中國(guó)質(zhì)譜大會(huì)夢(mèng)想成真
談到中國(guó)質(zhì)譜大會(huì)，潘遠(yuǎn)江教授首先回憶起1997年博士后期間，自己第一次參加的第45屆全美質(zhì)譜大會(huì)（ASMS Conference）?！拔业谝淮螀⒓右?guī)模這么大的會(huì)議，感覺(jué)非常震撼?！迸私淌谡f(shuō)，“ASMS Conference組織得非常出色，水平非常高，無(wú)論你想了解質(zhì)譜哪個(gè)方向的動(dòng)態(tài)前沿，都能找到對(duì)應(yīng)的部分。當(dāng)時(shí)我聽(tīng)了美國(guó)范德堡大學(xué)(Vanderbilt University) Richard M. Caprioli 教授（現(xiàn)任JMS主編）關(guān)于質(zhì)譜成像的報(bào)告，也非常震撼。因?yàn)槟菚r(shí)國(guó)內(nèi)質(zhì)譜研究才剛起步，而國(guó)際質(zhì)譜發(fā)展得如此之快。我和當(dāng)時(shí)參會(huì)的留學(xué)生們?cè)谝黄鹆奶鞎r(shí)就有一個(gè)夢(mèng)想，什么時(shí)候我們國(guó)內(nèi)才能組織一個(gè)水平這么高、規(guī)模這么大、博采眾家之長(zhǎng)的質(zhì)譜學(xué)術(shù)會(huì)議。一轉(zhuǎn)眼，今年就有了，我國(guó)將召開(kāi)一個(gè)綜合性的全國(guó)質(zhì)譜大會(huì)，這非常令人振奮，其意義非常重大，它將是一個(gè)非常好的交流平臺(tái)，如此規(guī)模宏大的盛會(huì)將融合基礎(chǔ)研究、應(yīng)用拓展、前沿探索等領(lǐng)域的各個(gè)報(bào)告，相信每一個(gè)質(zhì)譜學(xué)者尤其是年輕的質(zhì)譜同仁都將受益匪淺。從事質(zhì)譜研究和應(yīng)用的人員將在這次的中國(guó)質(zhì)譜大會(huì)上，找到一個(gè)共同的組織和家園，我們或許還可借助該平臺(tái)找到解決各種挑戰(zhàn)性問(wèn)題的方案。”
不久前，潘遠(yuǎn)江教授到意大利參加國(guó)際質(zhì)譜大會(huì)，并主持一個(gè)基礎(chǔ)研究的分會(huì)場(chǎng)。“劉虎威教授曾提到過(guò)，我們希望在2022或2024年?duì)幦〕修k一次國(guó)際質(zhì)譜大會(huì)?！迸私淌谡f(shuō)，“中國(guó)質(zhì)譜學(xué)術(shù)大會(huì)的目標(biāo)是，將來(lái)要辦成可同ASMS 媲美的大會(huì)。因?yàn)閺膮?huì)人數(shù)和水平來(lái)看，ASMS Conference代表著國(guó)際最高水平。今年國(guó)內(nèi)質(zhì)譜研究相關(guān)的各學(xué)會(huì)精誠(chéng)合作，攜手舉辦中國(guó)質(zhì)譜學(xué)術(shù)大會(huì)，將是一個(gè)非常好的開(kāi)始，為今后無(wú)論是爭(zhēng)取承辦國(guó)際質(zhì)譜大會(huì)，還是辦成可媲美ASMS Conference水平的中國(guó)質(zhì)譜大會(huì)，無(wú)疑都將奠定良好的基礎(chǔ)。”
質(zhì)譜在氣相離子化學(xué)研究中的作用
“我主要研究有機(jī)小分子，從事氣相離子化學(xué)相關(guān)科研工作，最近幾年開(kāi)始嘗試應(yīng)用現(xiàn)代質(zhì)譜技術(shù)探索一些有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的活性中間體，為研究有機(jī)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理提供技術(shù)手段。”潘遠(yuǎn)江興致盎然地介紹自己的研究工作，“這項(xiàng)研究非常有意思。大家知道，通常我們研究有機(jī)反應(yīng)機(jī)理大多依靠推測(cè)和理論計(jì)算，很難獲得直接證據(jù)。有機(jī)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中往往存在著各種活性中間體，這些活性中間體對(duì)反應(yīng)過(guò)程起著重要作用，但傳統(tǒng)的分析手段通常難以對(duì)這些活性中間體進(jìn)行分析研究；由于質(zhì)譜非常準(zhǔn)確、快速、靈敏，可直接捕獲這些中間體并對(duì)其元素組成、結(jié)構(gòu)以及活性進(jìn)行分析研究，這些信息能夠幫助人們準(zhǔn)確判斷反應(yīng)過(guò)程中生成了哪些中間體，這些中間體又如何導(dǎo)致最后產(chǎn)物的形成，從而對(duì)整個(gè)反應(yīng)過(guò)程了解得比較清晰。有機(jī)合成是創(chuàng)制新型（功能）物質(zhì)的有效途徑，如果能搞清楚反應(yīng)的機(jī)理，將可指導(dǎo)我們進(jìn)行精準(zhǔn)合成，這也使我們的有機(jī)合成研究更好地走向高效、綠色、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方向。比如在C-H鍵羥基化反應(yīng)中，2006年Science認(rèn)為需要導(dǎo)向基團(tuán)，我們課題組利用質(zhì)譜技術(shù)發(fā)現(xiàn)了氣相中可發(fā)生S導(dǎo)向的Cu催化的鄰位C-H鍵活化/官能團(tuán)化反應(yīng)，為液相中的有機(jī)合成反應(yīng)提供了新穎的設(shè)計(jì)思路，在該類反應(yīng)機(jī)理驗(yàn)證方面，我們用高分辨質(zhì)譜分析了反應(yīng)過(guò)程中的中間體，推斷出產(chǎn)物分子羥基中氧的來(lái)源，確定烯胺酮配體的催化部位。在反應(yīng)過(guò)程監(jiān)測(cè)中，用ESI-HRMS檢測(cè)不同反應(yīng)時(shí)間段的反應(yīng)物，驗(yàn)證中間體存在的階段，并揭示了質(zhì)子奪取和羥基轉(zhuǎn)移的歷程；近期，我們協(xié)助北京工業(yè)大學(xué)于澍燕教授團(tuán)隊(duì)，設(shè)計(jì)、合成了新型Pd催化劑，可實(shí)現(xiàn)室溫下CS2水解成CO2，并利用ESI-MS監(jiān)測(cè)了Pd催化劑的催化過(guò)程，鑒定了該反應(yīng)的關(guān)鍵中間體，為機(jī)理研究提供了重要證據(jù)。這些研究成果均在一些高水平學(xué)術(shù)期刊上得到了發(fā)表?！?/p>
此外，質(zhì)譜技術(shù)也可以制備活性中間體并對(duì)其反應(yīng)體活性進(jìn)行研究，也可在催化劑的快速篩選方面發(fā)揮重要作用。
潘教授接著說(shuō)：“基于質(zhì)譜技術(shù)的中間體研究方興未艾。目前，有機(jī)化學(xué)家往往通過(guò)培養(yǎng)單晶做晶體結(jié)構(gòu)，或用核磁共振、紅外光譜等研究瞬態(tài)中間體的結(jié)構(gòu)。這些檢測(cè)方法固然經(jīng)典、有效，但存在分析速度慢、樣品需求量高等缺點(diǎn)。而質(zhì)譜技術(shù)分析速度快，又能提供確切的元素組成，還可通過(guò)多級(jí)質(zhì)譜技術(shù)獲得中間體結(jié)構(gòu)相關(guān)的信息，進(jìn)行中間體的定性、定量分析。因此質(zhì)譜研究反應(yīng)中間體是非常有前途的。當(dāng)然，當(dāng)前的質(zhì)譜技術(shù)仍有諸多局限，如中性中間體難以捕獲、檢測(cè)和研究，以及特殊中間體精確結(jié)構(gòu)信息難以獲取等，這些問(wèn)題亟待我們進(jìn)一步發(fā)展相關(guān)的技術(shù)方法加以解決，如結(jié)合原位光譜等其他手段。通過(guò)努力研究，構(gòu)建通用的有機(jī)反應(yīng)中間體研究的質(zhì)譜技術(shù)，這樣將來(lái)有機(jī)化學(xué)家們就可以通過(guò)用質(zhì)譜測(cè)定中間體來(lái)明確地解析反應(yīng)機(jī)理，獲知確切的反應(yīng)歷程，接下來(lái)就可以進(jìn)行精準(zhǔn)的定向合成，這樣的前景非常美好?！?/p>
用質(zhì)譜研究中間體的方法
潘教授隨后介紹了用質(zhì)譜研究中間體的代表性方法，“中間體非?；顫姡|(zhì)譜研究的對(duì)象是氣相離子。在溶液中，一些反應(yīng)中間體受到溶劑效應(yīng)、離子對(duì)等影響，活性中間體的生命周期很短。而在氣相過(guò)程中分子相互作用較少，我們可有意識(shí)地采取一些特殊手段延長(zhǎng)活性中間體壽命以方便研究。如改變離子阱質(zhì)譜的一些參數(shù)、采取冷阱技術(shù)等。我對(duì)用質(zhì)譜研究活性中間體的工作非常感興趣，因?yàn)樗鼛?lái)可拓展的廣闊的研究空間。”
從質(zhì)譜技術(shù)上來(lái)說(shuō)，對(duì)于比較穩(wěn)定的中間體，用常規(guī)的電噴霧質(zhì)譜（ESI-MS）就可以研究。ESI的界面（接口）技術(shù)將溶液和氣相天然銜接，解決了氣相和液相的連接問(wèn)題。通過(guò)將反應(yīng)液氣化后檢測(cè)，可以直接測(cè)定相對(duì)較穩(wěn)定的中間體。對(duì)于大多數(shù)中間體可以采用離子阱或FTICR-MS，因?yàn)樗鼈兛稍O(shè)置捕獲時(shí)間，存儲(chǔ)活性離子，再通過(guò)降低能量來(lái)不斷儲(chǔ)存和富集。目前，潘教授團(tuán)隊(duì)還同中國(guó)計(jì)量科學(xué)院方向教授課題組合作，通過(guò)改造離子阱，利用大容量、數(shù)字化的線性離子阱，以及串聯(lián)離子阱技術(shù)，增大儲(chǔ)存活性物質(zhì)的容量，還可以銜接冷阱技術(shù)，進(jìn)一步富集活性中間體離子并延長(zhǎng)活性周期。在用雙離子阱質(zhì)譜研究時(shí)，可以將第一個(gè)離子阱中捕獲富集的中間體引入到第二個(gè)離子阱中，將第二個(gè)離子阱作為反應(yīng)器，再通入反應(yīng)底物進(jìn)行合成反應(yīng)，將可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的靶向合成。潘教授興奮地暢想未來(lái)：“也許我們將來(lái)可以設(shè)計(jì)這種精準(zhǔn)的氣相合成儀，比如一個(gè)離子阱里放一個(gè)A正離子，一個(gè)離子阱里放一個(gè)B負(fù)離子，讓它倆結(jié)合即形成AB終產(chǎn)物了，這是非常讓人激動(dòng)的前景。”
“當(dāng)然，我們還會(huì)遇到一些挑戰(zhàn)性的課題，比如有些中間體不帶電，都是自由基怎么辦？質(zhì)譜研究者就需結(jié)合一些電學(xué)、磁學(xué)的技術(shù)，能讓這些中間體快速電離。這些都是挑戰(zhàn)性的課題，從一個(gè)方向就可以衍生出很多從事研究的方向，非常有意思?！?/p>
從事質(zhì)譜研究的人都很幸福
“上述質(zhì)譜基礎(chǔ)研究的目的是要為實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，比如定向精準(zhǔn)的靶向合成?！迸私淌谡劦綉?yīng)用就更滔滔不絕，“現(xiàn)在制藥企業(yè)都有質(zhì)譜儀，醫(yī)院也購(gòu)置了許多質(zhì)譜儀，質(zhì)譜的需求量越來(lái)越大。質(zhì)譜的應(yīng)用是頂天立地，可頂天做太空探索，也可立地做食品安全，將來(lái)可能每個(gè)家庭都會(huì)有臺(tái)小型的質(zhì)譜儀，哪天身體不舒服，馬上可以通過(guò)測(cè)呼出氣體、汗液、唾液，從質(zhì)譜圖就可以做到前期診斷。質(zhì)譜現(xiàn)已廣泛用于新生胎兒篩查，老年人和女性的營(yíng)養(yǎng)水平評(píng)估等。任何一個(gè)研究對(duì)象，都可以找到對(duì)應(yīng)的質(zhì)譜手段；在分析化學(xué)領(lǐng)域，質(zhì)譜基本上已經(jīng)占據(jù)半壁江山。
我經(jīng)常遇到一些朋友，他們從國(guó)外帶回來(lái)一瓶飲料或一瓶保健品對(duì)我說(shuō)，‘潘教授，您幫助分析鑒定一下這里面成分是不是真的’。這時(shí)適用的分析手段之一便是質(zhì)譜。質(zhì)譜既可以給你帶來(lái)許多美妙的想象，又可以幫你解決各種實(shí)際問(wèn)題。質(zhì)譜是對(duì)氣相分子進(jìn)行精準(zhǔn)分析的最好手段，靈敏、準(zhǔn)確，而且可以在線。所以我覺(jué)得從事質(zhì)譜研究的人都很幸福，質(zhì)譜給我們帶來(lái)很多意想不到的快樂(lè)，它有無(wú)窮無(wú)盡的讓你發(fā)揮想象空間的地方。”
潘遠(yuǎn)江還分享了自己愛(ài)上質(zhì)譜的經(jīng)歷，“我第一次接觸質(zhì)譜是1991年，當(dāng)時(shí)蘭州大學(xué)最早利用世界銀行貸款，購(gòu)置一臺(tái)高端質(zhì)譜儀。我最開(kāi)始做質(zhì)譜應(yīng)用，分析天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，而且很早就接觸了高分辨質(zhì)譜儀。1996年我到瑞士做博士后期間，合作導(dǎo)師問(wèn)我用過(guò)哪幾類質(zhì)譜儀。我說(shuō)我只是看到過(guò)一些質(zhì)譜儀，但沒(méi)有自己實(shí)際操控過(guò)。他在驚奇之余就說(shuō)，那你就學(xué)吧。實(shí)驗(yàn)室有6、7臺(tái)質(zhì)譜儀，我就一個(gè)月學(xué)一種，當(dāng)時(shí)真是太幸運(yùn)了。接下來(lái)就是1997年參加ASMS Conference，在聽(tīng)報(bào)告之余參觀儀器展會(huì)，更是驚訝于質(zhì)譜種類之多，應(yīng)用范圍之廣。而現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的條件越來(lái)越好，很多課題組的質(zhì)譜配置已經(jīng)同國(guó)外相當(dāng)甚至更好。所以這一代的年輕人格外幸福，有這么好的科研條件，有這么好的研究方向指導(dǎo)，還有中國(guó)質(zhì)譜大會(huì)這么好的平臺(tái)。所以年輕學(xué)者要好好珍惜這些機(jī)會(huì)，一定將大有所為?！?/p>
培養(yǎng)更多質(zhì)譜人才 用扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)解決更多應(yīng)用問(wèn)題
談到自己可對(duì)中國(guó)質(zhì)譜做出哪些貢獻(xiàn)，潘教授表示：中國(guó)質(zhì)譜如今發(fā)展很快，近年來(lái)國(guó)內(nèi)一大批年輕學(xué)者在老一輩質(zhì)譜同仁工作的基礎(chǔ)上，腳踏實(shí)地不斷努力，取得了令人耳目一新的突出成績(jī)；除此之外，大批國(guó)外歸來(lái)的優(yōu)秀人才也對(duì)我國(guó)質(zhì)譜發(fā)展做出了很大的貢獻(xiàn)?！皣?guó)外有許多著名質(zhì)譜學(xué)家如大家熟知的Fred Mclafferty、 Gram Cooks、Scott McLuckey、Veronica Bierbaum等，這些大師的質(zhì)譜基礎(chǔ)理論都非常深厚，當(dāng)他們?cè)偃プ鲑|(zhì)譜應(yīng)用或前沿探索時(shí)，對(duì)質(zhì)譜的理解和研究的角度就很不一樣。年輕人如果想在質(zhì)譜領(lǐng)域做得更出色一點(diǎn)，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)質(zhì)譜基礎(chǔ)的理解與學(xué)習(xí)。我本人從事傳統(tǒng)的氣相離子化學(xué)質(zhì)譜基礎(chǔ)研究，希望可以在基礎(chǔ)理論教育和培訓(xùn)方面，能多為我國(guó)的質(zhì)譜發(fā)展做些貢獻(xiàn)。因?yàn)橛迷鷮?shí)的基礎(chǔ)知識(shí)來(lái)解決應(yīng)用問(wèn)題，將會(huì)更流暢?！迸私淌谡f(shuō)，“比如，將來(lái)我們可以在中國(guó)質(zhì)譜大會(huì)前開(kāi)設(shè)一些培訓(xùn)課程；我也愿意參與這些質(zhì)譜培訓(xùn)課題的建設(shè)；將來(lái)我們或許可以開(kāi)設(shè)一些全國(guó)范圍的質(zhì)譜課程，培養(yǎng)更多的年輕質(zhì)譜人才。質(zhì)譜發(fā)展我們每個(gè)人都有責(zé)任，我本人希望盡可能將我?guī)资晁斫獾馁|(zhì)譜基礎(chǔ)知識(shí)傳授給年輕一代。我想不僅是我，還有一大批質(zhì)譜同仁都愿意在質(zhì)譜教育培訓(xùn)方面做出自己的貢獻(xiàn)。”
群策群力 中國(guó)質(zhì)譜進(jìn)入國(guó)際前列指日可待
關(guān)于中國(guó)質(zhì)譜在全球的影響力，潘教授表示：隨著國(guó)內(nèi)一批質(zhì)譜專家特色工作的長(zhǎng)期積累，加上很多從國(guó)外回來(lái)的年輕才俊的出色表現(xiàn)，當(dāng)前我國(guó)的質(zhì)譜整體研究和世界水平的差距正在逐步縮少。不過(guò)我國(guó)當(dāng)前突出、頂尖的質(zhì)譜原創(chuàng)研究尚很少，還需一個(gè)質(zhì)的飛躍。隨著國(guó)家的投入和重視，越來(lái)越多的研究人員對(duì)質(zhì)譜的興趣不斷提高，聰明年輕人的不斷努力，我國(guó)的質(zhì)譜研究完全有可能在不遠(yuǎn)的將來(lái)躋身國(guó)際前列，達(dá)到國(guó)際前沿。
對(duì)于中國(guó)質(zhì)譜大會(huì)，潘遠(yuǎn)江最后寄語(yǔ)說(shuō)：本次大會(huì)水平高、規(guī)模大，搭建了一個(gè)很好的平臺(tái)，可以讓每個(gè)質(zhì)譜人更快地找準(zhǔn)自己的定位。希望中國(guó)每一位質(zhì)譜同仁珍惜這個(gè)機(jī)會(huì)，希望大家團(tuán)結(jié)一心群策群力，完善這個(gè)平臺(tái)并發(fā)揮平臺(tái)重大作用，讓中國(guó)質(zhì)譜研究早日進(jìn)入國(guó)際前列。
人物簡(jiǎn)介
潘遠(yuǎn)江教授，博士生導(dǎo)師。1988年畢業(yè)于蘭州大學(xué)化學(xué)系，1994年在蘭州大學(xué)獲碩士、博士學(xué)位，1994-1996年任浙江大學(xué)化學(xué)系博士后，1996-1997年在瑞士伯爾尼大學(xué)化學(xué)與生物化學(xué)系從事博士后研究工作，1997年10月回國(guó)至今在浙江大學(xué)任教，曾任浙江大學(xué)化學(xué)生物學(xué)與藥物化學(xué)研究所所長(zhǎng)，現(xiàn)任浙江大學(xué)創(chuàng)新藥物研究中心副主任，兼任中國(guó)化學(xué)會(huì)有機(jī)分析專業(yè)委員會(huì)主任委員，中國(guó)化學(xué)會(huì)第二屆質(zhì)譜分析專業(yè)委員會(huì)副主任委員，中國(guó)物理學(xué)會(huì)質(zhì)譜分會(huì)常務(wù)理事。
長(zhǎng)期致力于有機(jī)分析與生物分析以及有機(jī)質(zhì)譜等方面的研究，作為通訊作者，迄今發(fā)表SCI論文近300篇。主持了多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，2000年入選浙江省杰出青年人才培養(yǎng)計(jì)劃，2006年入選教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才培養(yǎng)計(jì)劃，2010年獲批國(guó)家杰出青年基金。