質(zhì)譜儀因其準(zhǔn)確的定性和定量能力，在科學(xué)儀器領(lǐng)域占據(jù)的地位越來越重要，被公認(rèn)是近年來發(fā)展最快的分析儀器之一。在全球范圍內(nèi)召開的各大科學(xué)儀器展會(huì)上，推出的質(zhì)譜儀新品種類最多。據(jù)美國(guó)ACS網(wǎng)站統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)際上排名前十的儀器廠商中有七家在從事質(zhì)譜儀的生產(chǎn);自2006年開始，到目前為止已經(jīng)有七家國(guó)內(nèi)企業(yè)開始涉足商業(yè)化的質(zhì)譜儀的生產(chǎn)。

美國(guó)普渡大學(xué)R. Graham Cooks教授(以下簡(jiǎn)稱Cooks教授)是世界著名的、專門從事質(zhì)譜基礎(chǔ)研究、質(zhì)譜儀研發(fā)、以及質(zhì)譜應(yīng)用的科學(xué)家，他于1985年獲得了質(zhì)譜學(xué)領(lǐng)域的最高榮譽(yù)Thomson獎(jiǎng)，并于2002年獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)提名，他同時(shí)還是美國(guó)Academy of Arts and Science院士。

到目前為止，R. Graham Cooks已經(jīng)指導(dǎo)了119名博士生, 在各類學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文近1000篇，是ISI檢索引用率最高的一百名化學(xué)家之一。Cooks教授課題組近期主要從事氣相中離子分子的碰撞、離子與表面的碰撞等方面的基礎(chǔ)研究，并且發(fā)現(xiàn)了離子軟著落(soft landing)這一現(xiàn)象。

值此Cooks教授受清華大學(xué)之邀來到中國(guó)講學(xué)之際，91儀器信息網(wǎng)編輯(以下簡(jiǎn)稱Instrument)采訪了Cooks教授，就質(zhì)譜儀的最新技術(shù)進(jìn)展、產(chǎn)業(yè)化等問題與Cooks教授進(jìn)行了深入的交流。

R. Graham Cooks 教授

Instrument：Cooks教授您好，請(qǐng)您結(jié)合2011年召開的ASMS大會(huì)，談?wù)勝|(zhì)譜技術(shù)在近期有哪些新的技術(shù)進(jìn)展?

Cooks 教授：在2011年召開的ASMS上，如果說新的技術(shù)進(jìn)展，主要是在生物組織質(zhì)譜成像分析方面。從發(fā)表論文方面來看，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)做質(zhì)譜成像的科學(xué)家數(shù)量越來越多，尤其是制藥行業(yè)在這方面的投入非常大。在現(xiàn)代生物材料研究中，迫切需要獲得高質(zhì)量的信息用于診斷疾病，準(zhǔn)確區(qū)別生病的組織和沒有生病的組織。用于生物組織成像研究的方法有很多種，目前最主要的質(zhì)譜成像方法有MALDI、SIMS等，但是在質(zhì)量準(zhǔn)確度、高分辨率方面還有很多工作要做。在常態(tài)離子化質(zhì)譜成像方面也發(fā)表了一些很有代表性的成果，例如，發(fā)表了一些關(guān)于DESI成像和低溫等離子成像方面的文章。

另外，有一些有趣的、非常好的研究工作應(yīng)該引起足夠的重視，比如在蛋白質(zhì)方面的“soft landing”，以及通過蛋白質(zhì)的折疊和展開而發(fā)生一系列復(fù)雜的微觀過程來研究蛋白質(zhì)生物活動(dòng)等。在其他一些領(lǐng)域，科學(xué)家們也利用質(zhì)譜做了很多連續(xù)性的工作，比如通過引入離子淌度技術(shù)來提高儀器的分析能力，為質(zhì)譜儀提供額外的分離、純化性能來應(yīng)對(duì)復(fù)雜的體系以及鑒定痕量組分。

Instrument：近幾年現(xiàn)場(chǎng)、便攜式質(zhì)譜越來越受到重視，您本人與歐陽證博士又多年從事現(xiàn)場(chǎng)、便攜式質(zhì)譜的研究，請(qǐng)您談?wù)勱P(guān)于這類質(zhì)譜目前以及將來的發(fā)展情況?

Cooks 教授：現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)譜的存在和發(fā)展已經(jīng)有很長(zhǎng)的時(shí)間了，它是為了解決在真正的環(huán)境中完成重要的、艱巨的任務(wù)而出現(xiàn)的?！艾F(xiàn)場(chǎng)”意味著質(zhì)譜儀器要能夠便攜，能夠在大氣壓下對(duì)樣品作無預(yù)處理的離子化，實(shí)驗(yàn)方法要盡可能的簡(jiǎn)單，測(cè)試過程要盡可能的快速，并且能夠處理一些復(fù)雜的樣品;因此，用于現(xiàn)場(chǎng)快速分析的質(zhì)譜儀是綜合了很多方面技術(shù)的一個(gè)體系。

現(xiàn)場(chǎng)、便攜式質(zhì)譜主要應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)、公共場(chǎng)突發(fā)事件、以及食品安全應(yīng)急檢測(cè)。例如可以通過檢測(cè)水果表面的農(nóng)藥殘留，來判斷蘋果是否經(jīng)過有機(jī)化合物的處理，以確保對(duì)蘋果的質(zhì)量及食用安全性的合理評(píng)價(jià)。這些檢測(cè)任務(wù)不需要太高的分辨率、太高的質(zhì)量準(zhǔn)確度，需要的是能夠測(cè)定一定數(shù)量的已知化合物，可以做串級(jí)質(zhì)譜(MS/MS)，在幾秒鐘內(nèi)就可以給出檢測(cè)結(jié)果。我們實(shí)驗(yàn)室在5年前就已經(jīng)開始開展這方面的工作了，現(xiàn)在可以完成這些儀器整機(jī)設(shè)計(jì)和制造。另外我們正在研發(fā)可以承擔(dān)類似工作的低溫等離子體技術(shù)和紙噴霧質(zhì)譜技術(shù)。

在普度我們正在研制一臺(tái)可用于對(duì)血樣及食品等進(jìn)行直接分析的小型質(zhì)譜儀，預(yù)計(jì)會(huì)在2012年的PittCon展出。這臺(tái)質(zhì)譜儀使用紙噴霧及離子阱多級(jí)串聯(lián)質(zhì)譜進(jìn)行定量分析，不要求操作人員懂得質(zhì)譜及樣品前處理。這是對(duì)發(fā)展個(gè)人化質(zhì)譜的一次嘗試，對(duì)質(zhì)譜儀未來發(fā)展有一定的前瞻性。

QuantIon 離子源及其工作原理

Instrument：現(xiàn)在的質(zhì)譜越來越復(fù)雜，比如質(zhì)量分析器由原來的單四極到現(xiàn)在的三重四極，以及不同種類質(zhì)量分析器的相互組合成新的質(zhì)譜;對(duì)于一個(gè)普通實(shí)驗(yàn)室的使用者來說，他們是否真的需要這些越來越高端的質(zhì)譜?

Cooks 教授：首先我要說的是，我可能不是最合適的人來回答這個(gè)問題，我個(gè)人對(duì)于這方面是比較消極的(a little bit negative)?，F(xiàn)在確實(shí)一些高端質(zhì)譜越來越復(fù)雜，為了科研的需求，在一臺(tái)儀器上承載的功能越來越多，但是回頭來看并沒有發(fā)現(xiàn)真正的新東西，只是一些已有功能的組合。比如，使用了第二代離子淌度技術(shù)的串聯(lián)質(zhì)譜儀，為用戶提供了另外一種預(yù)分離的選擇，我們并不否認(rèn)，使用這樣的儀器可以做出很漂亮的科研工作，但是這并不能夠代表新的理念。你在問題中提到的“普通的使用者”，確實(shí)在許多的實(shí)驗(yàn)室有各個(gè)公司生產(chǎn)的很多大型的、復(fù)雜的質(zhì)譜，但是很多工作可以用其他的簡(jiǎn)單儀器來完成。在質(zhì)譜技術(shù)的研發(fā)方面，當(dāng)我們?cè)谝粋€(gè)領(lǐng)域進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的研究并且沒有新的想法時(shí)，總是傾向于將舊的方法充分的利用(We continue to make liberation of old ideas)，現(xiàn)在這樣的情況很多。

Instrument：您本人有很多的科研成果成功地進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化，和相關(guān)的儀器公司也有很好的合作，比如與菲尼根合作推出了世界上第一臺(tái)離子阱質(zhì)譜，請(qǐng)您談?wù)勥@方面的經(jīng)驗(yàn)?

Cooks 教授：在化學(xué)領(lǐng)域，很多的科學(xué)家對(duì)于將自己的科研成果商業(yè)化，或者據(jù)此建立新的公司非常感興趣。我自己就幫助成立了三個(gè)公司，做微型質(zhì)譜儀、離子化方法、離子源等。我自己的經(jīng)驗(yàn)是將科研成果商業(yè)化或者建立公司是非常有價(jià)值的事情，將技術(shù)產(chǎn)品化的速度越快越好，科學(xué)家應(yīng)該積極面對(duì)這樣的事情。當(dāng)然能夠獲得一些資金的支持，啟動(dòng)的時(shí)候會(huì)相對(duì)容易一些。

不論是在美國(guó)、中國(guó)，還是世界其他的地方，科研成果的產(chǎn)業(yè)化是有風(fēng)險(xiǎn)的，而且可以說成功率是比較低的。由一個(gè)實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)到工程化、商業(yè)化的產(chǎn)品，要經(jīng)歷很多不確定因素;科學(xué)家、企業(yè)都必須共同面對(duì)這些問題。

Instrument：目前，很多質(zhì)譜的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，現(xiàn)在很多中國(guó)的科學(xué)儀器廠商也正在努力進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域，但是專利保護(hù)是必須面對(duì)的問題，您有哪些建議?

Cooks 教授：一個(gè)長(zhǎng)久的、穩(wěn)定的解決方法就是企業(yè)必須保證研發(fā)方面的投入，持續(xù)不斷地創(chuàng)新;除非能夠通過收購(gòu)其它公司來得到相關(guān)的專利。但是中國(guó)的儀器企業(yè)也有一些優(yōu)勢(shì)可以加以充分地利用。一方面中國(guó)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了解決實(shí)際問題的重要性，比如食品安全、環(huán)境污染等問題，政府每年投入大量的資金解決這些實(shí)際問題，本土企業(yè)可以抓住這些機(jī)會(huì)，推出適合解決這些問題儀器設(shè)備。另一個(gè)方面，中國(guó)的科學(xué)儀器企業(yè)應(yīng)該多關(guān)注能夠利用化學(xué)分析技術(shù)的一些工程及過程領(lǐng)域，這些領(lǐng)域同樣有許多實(shí)際問題需要解決。在這些領(lǐng)域開發(fā)新的專用的儀器，可以一定程度上避免涉足專利保護(hù)的問題。

儀器企業(yè)應(yīng)該積極與科研院所的科學(xué)家進(jìn)行合作，我自己就已經(jīng)與賽默飛世爾有很長(zhǎng)的合作歷史，從最初共同開發(fā)離子阱質(zhì)譜，一直到現(xiàn)在。另外，我自己的實(shí)驗(yàn)室就有很多來自中國(guó)的學(xué)生，他們都非常的勤奮和聰明，只要有合適工作環(huán)境和共同目標(biāo)，我想這年輕人也非常愿意與中國(guó)國(guó)內(nèi)的企業(yè)進(jìn)行合作。

Instrument：您很早就與中國(guó)的科研單位進(jìn)行了合作，請(qǐng)您談?wù)剬?duì)近幾年中國(guó)的科研環(huán)境的印象?您是如何帶領(lǐng)您的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行持續(xù)不斷地創(chuàng)新的?

Cooks 教授：我確實(shí)在80年代就開始于中國(guó)的科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行合作，而且近幾年經(jīng)常收到來自中國(guó)的學(xué)術(shù)交流邀請(qǐng)。中國(guó)有很多杰出的科學(xué)家，一些科研成果逐漸獲得國(guó)際同行的認(rèn)可。另外，越來越多的留學(xué)生從海外回來，并且在中國(guó)國(guó)內(nèi)的科研院所、企業(yè)單位獲得很好的職位。就我所了解的分析化學(xué)和質(zhì)譜領(lǐng)域，5年前來自中國(guó)學(xué)者的文章還很少，因?yàn)樗麄兪紫纫朔碜哉Z言方面的問題，但是現(xiàn)在情況發(fā)生了很大的變化，現(xiàn)在越來越多的文章來自中國(guó)，而且質(zhì)量和數(shù)量都在逐年提高。

對(duì)于創(chuàng)新，我想這是很多人愿意做的事情，大多人不喜歡重復(fù)做同一件事，他們往往希望通過一件事情能夠開啟一個(gè)全新的局面，我想這種創(chuàng)造性是很多人的一種自然特點(diǎn)，關(guān)鍵是能夠?yàn)樗麄兲峁┖芎玫陌l(fā)展機(jī)會(huì)。

R. Graham Cooks 教授正在接受采訪

后記

在談話中我們了解到，作為一位科學(xué)家，Cooks教授不僅僅發(fā)表了大量的科研論文，擁有多項(xiàng)質(zhì)譜技術(shù)專利;而且Cooks教授的“市場(chǎng)”意識(shí)也非常強(qiáng)，科研課題的選擇首先考慮的是能否解決實(shí)際問題，他發(fā)明和改進(jìn)了二十多種質(zhì)譜儀，包括對(duì)串聯(lián)質(zhì)譜 (MSn) 的發(fā)展起到了關(guān)鍵作用。另外，Cooks教授還積極與企業(yè)合作，例如，與菲尼根(Finnigan, 現(xiàn)Thermo Fisher)合作研制了世界上第一臺(tái)商業(yè)離子阱質(zhì)譜儀。目前，Cooks教授所在的課題組正在進(jìn)行環(huán)境離子化和小型便攜式質(zhì)譜儀的研發(fā)和原型化。Cooks教授的這些親身經(jīng)驗(yàn)值得國(guó)內(nèi)同行借鑒。

采訪編輯：劉向東

附錄：R. Graham Cooks教授簡(jiǎn)介(節(jié)選，詳細(xì)見鏈接)

Academic Preparation

1. B.Sc. University of Natal, South Africa 1961

2. M.S. University of Natal, South Africa 1963

3. Ph.D. University of Natal, South Africa (Frank L. Warren, advisor) 1965

4. Ph.D. Cambridge University, Great Britain (Peter Sykes, advisor) 1967

Professional Experience and Visiting Positions

1. Post-doctoral Fellow, Cambridge University (Dudley H. Williams, advisor) 1967-1968

2. Assistant Professor, Chemistry Dept., Kansas State Univ. 1968-1971

3. Co-Director of Mass Spectrometry Center, Purdue Univ. 1971-1973

4. Director of Mass Spectrometry Center, Purdue University 1973-1986

5. Associate Professor of Chemistry, Purdue University 1975-1979

6. Professor of Chemistry, Purdue University 1980-present

7. Fulbright Senior Fellow, University of Warwick 1981

8. Adjunct Professor, Beijing Institute of Technology 1987-present

9. Head, Analytical Division, Purdue University 1989-1996

10. Henry Bohn Hass Distinguished Professor of Chemistry, Purdue University 1990-present

11. Co-Director, Center for Analytical Instrumentation Development, Purdue University, 2008

Graduate Education

1. Served as major professor to 119 PhD students.

2. More than 300 graduate students, post-doctorals and visiting scientists have worked and published with Graham Cooks.

Honors(selected)

1. Indiana Lions Club Purdue Cancer Research Award 1983

2. President, American Society for Mass Spectrometry 1984-1986

3. Chemical Instrumentation Award, ACS, Analytical Division, 1984

4. Thomson Medal for International Service to Mass Spectrometry 1985

5. Honorary Member of Chinese Mass Spectrometry Society 1987

6. Adjunct Professor, Beijing Institute of Technology 1987-present

7. ACS Award for Mass Spectrometry (Frank H. Field & Joe L. Franklin Award), 1991

8. ACS Award for Analytical Chemistry (Fisher Award), 1997

9. Pittsburgh Spectroscopy Award, Spectroscopy Society of Pittsburgh, PITTCON, 2000

10. Founding President, International Mass Spectrometry Society, 1997-1998

11. Honor issue, Int. J. Mass Spectrom., 2001

12. Guest Professor, Jilin University, Changchun, China, 2002-2003

13. Honorary Professor, Jilin University, 2003 -

14. Honorary Professor, Changchun Institute of Applied Chemistry, 2003 -

15. Guest Professor, Chemistry Department, Tsinghua University, Beijing, China, 2004-2007

16. Outstanding Faculty Commercialization Award, Purdue University, 2005

17. Distinguished Contribution Award, American Society for Mass Spectrometry, 2006

18. Visiting Professor, Institute for Ion Physics, Innsbruck, Austria, October, 2007

19. Focus Honor Issue J. Amer. Soc. Mass Spectrom., vol. 19, no. 2, February, 2008

20. Francine and Michael Saferstein Memorial Lecture, Barnett Institute, Northeastern University, Boston, April 2008

21. Robert Boyle Medal in Analytical Chemistry 2008, Royal Society of Chemistry, May, 2009

22. Ralph N. Adams Award, the Pittsburgh Conference, March, 2009

23. Graduate Mentoring Award, College of Science, Purdue University, February 2010

24. Elected Fellow, American Academy of Arts and Science, May 2010

25. 2010 Distinguished Lectureship Award, ACS NJ Mass Spectrometry Discussion Group

26. Outstanding Graduate Mentor Award, Purdue University, 2011

27. Centenary Prize, Royal Society of Chemistry, 2011

28. Sigma Xi Monie A. Ferst Award, 2011

Citation Honors

1. One of 4 most-cited Analytical Chemists (Current Contents 1983) 1983

2. Highly Cited Chemist, 1981-1999, 1of 98 chemists, ISI Institute for Scientific Information

3. H-index 73 (ISI Web of Science)

Books

1. R. G. Cooks, J. H. Beynon, R. M. Caprioli and G. R. Lester,

"Metastable Ions", Elsevier, Amsterdam, 1973 (Reprinted as an American Society for Mass Spectrometry, Classic Book, 2004)

2. J. B. Lambert, H. F. Shurvell, L. Verbit, R. G. Cooks and George H. Stout,

3. "Organic Structural Analysis", Macmillan, New York, 1976

4. R. G. Cooks (ed.) "Collision Spectroscopy", Plenum Press, New York, 1978

5. J. B. Lambert, H. F. Shurvell, D. Lightner and R. G. Cooks, "Introduction to Organic Spectroscopy", Macmillan, New York, 1987

6. Joseph B. Lambert, Herbert F. Shurvell, David A. Lightner, R. Graham Cooks, "Organic Structural Spectroscopy" Prentice Hall, 1998

7. Solutions Manual Organic Structural Spectroscopy, Joseph B. Lambert, Herbert F. Shurvell, David A. Lightner, R. Graham Cooks, 1998, Prentice Hall, 1998

8. R. G. Cooks and R. M. Caprioli, (eds) "JMS Special Features: 1995 - 1997, Wiley, Chichester, 1998

9. Organic Structural Spectroscopy, Joseph B. Lambert, Herbert F. Shurvell, David A. Lightner, R. Graham Cooks, 1998, Prentice Hall, 1998, 512 pp. ISBN 0-13-258690-8

10. Solutions Manual Organic Structural Spectroscopy, Joseph B. Lambert, Herbert F. Shurvell, David A. Lightner, R. Graham Cooks, 1998, Prentice Hall, 1998, 64 pp. ISBN 0-13-281403-X

11. JMS Special Features: 1995 - 1997, R. G. Cooks and R. M. Caprioli, Eds. Wiley, Chichester, 1998

[來源：91儀器信息網(wǎng)] 質(zhì)譜儀器