对话质谱大师R.Graham Cooks教授——访美国普渡大学R.Graham Cooks教授

　　质谱仪因其准确的定性和定量能力，在科学仪器领域占据的地位越来越重要，被公认是近年来发展最快的分析仪器之一。在全球范围内召开的各大科学仪器展会上，推出的质谱仪新品种类最多。据美国ACS网站统计，目前国际上排名前十的仪器厂商中有七家在从事质谱仪的生产;自2006年开始，到目前为止已经有七家国内企业开始涉足商业化的质谱仪的生产。

　　美国普渡大学R. Graham Cooks教授(以下简称Cooks教授)是世界著名的、专门从事质谱基础研究、质谱仪研发、以及质谱应用的科学家，他于1985年获得了质谱学领域的最高荣誉Thomson奖，并于2002年获得了诺贝尔化学奖提名，他同时还是美国Academy of Arts and Science院士。

　　到目前为止，R. Graham Cooks已经指导了119名博士生, 在各类学术刊物上发表学术论文近1000篇，是ISI检索引用率最高的一百名化学家之一。Cooks教授课题组近期主要从事气相中离子分子的碰撞、离子与表面的碰撞等方面的基础研究，并且发现了离子软着落(soft landing)这一现象。

　　值此Cooks教授受清华大学之邀来到中国讲学之际，仪器信息网编辑(以下简称Instrument)采访了Cooks教授，就质谱仪的最新技术进展、产业化等问题与Cooks教授进行了深入的交流。

R. Graham Cooks 教授

　　Instrument：Cooks教授您好，请您结合2011年召开的ASMS大会，谈谈质谱技术在近期有哪些新的技术进展?

　　Cooks 教授：在2011年召开的ASMS上，如果说新的技术进展，主要是在生物组织质谱成像分析方面。从发表论文方面来看，我们会发现做质谱成像的科学家数量越来越多，尤其是制药行业在这方面的投入非常大。在现代生物材料研究中，迫切需要获得高质量的信息用于诊断疾病，准确区别生病的组织和没有生病的组织。用于生物组织成像研究的方法有很多种，目前最主要的质谱成像方法有MALDI、SIMS等，但是在质量准确度、高分辨率方面还有很多工作要做。在常态离子化质谱成像方面也发表了一些很有代表性的成果，例如，发表了一些关于DESI成像和低温等离子成像方面的文章。

　　另外，有一些有趣的、非常好的研究工作应该引起足够的重视，比如在蛋白质方面的“soft landing”，以及通过蛋白质的折叠和展开而发生一系列复杂的微观过程来研究蛋白质生物活动等。在其他一些领域，科学家们也利用质谱做了很多连续性的工作，比如通过引入离子淌度技术来提高仪器的分析能力，为质谱仪提供额外的分离、纯化性能来应对复杂的体系以及鉴定痕量组分。

　　Instrument：近几年现场、便携式质谱越来越受到重视，您本人与欧阳证博士又多年从事现场、便携式质谱的研究，请您谈谈关于这类质谱目前以及将来的发展情况?

　　Cooks 教授：现场质谱的存在和发展已经有很长的时间了，它是为了解决在真正的环境中完成重要的、艰巨的任务而出现的。“现场”意味着质谱仪器要能够便携，能够在大气压下对样品作无预处理的离子化，实验方法要尽可能的简单，测试过程要尽可能的快速，并且能够处理一些复杂的样品;因此，用于现场快速分析的质谱仪是综合了很多方面技术的一个体系。

　　现场、便携式质谱主要应用在环境监测、公共场突发事件、以及食品安全应急检测。例如可以通过检测水果表面的农药残留，来判断苹果是否经过有机化合物的处理，以确保对苹果的质量及食用安全性的合理评价。这些检测任务不需要太高的分辨率、太高的质量准确度，需要的是能够测定一定数量的已知化合物，可以做串级质谱(MS/MS)，在几秒钟内就可以给出检测结果。我们实验室在5年前就已经开始开展这方面的工作了，现在可以完成这些仪器整机设计和制造。另外我们正在研发可以承担类似工作的低温等离子体技术和纸喷雾质谱技术。

　　在普度我们正在研制一台可用于对血样及食品等进行直接分析的小型质谱仪，预计会在2012年的PittCon展出。这台质谱仪使用纸喷雾及离子阱多级串联质谱进行定量分析，不要求操作人员懂得质谱及样品前处理。这是对发展个人化质谱的一次尝试，对质谱仪未来发展有一定的前瞻性。

QuantIon 离子源及其工作原理

　　Instrument：现在的质谱越来越复杂，比如质量分析器由原来的单四极到现在的三重四极，以及不同种类质量分析器的相互组合成新的质谱;对于一个普通实验室的使用者来说，他们是否真的需要这些越来越高端的质谱?

　　Cooks 教授：首先我要说的是，我可能不是最合适的人来回答这个问题，我个人对于这方面是比较消极的(a little bit negative)。现在确实一些高端质谱越来越复杂，为了科研的需求，在一台仪器上承载的功能越来越多，但是回头来看并没有发现真正的新东西，只是一些已有功能的组合。比如，使用了第二代离子淌度技术的串联质谱仪，为用户提供了另外一种预分离的选择，我们并不否认，使用这样的仪器可以做出很漂亮的科研工作，但是这并不能够代表新的理念。你在问题中提到的“普通的使用者”，确实在许多的实验室有各个公司生产的很多大型的、复杂的质谱，但是很多工作可以用其他的简单仪器来完成。在质谱技术的研发方面，当我们在一个领域进行长时间的研究并且没有新的想法时，总是倾向于将旧的方法充分的利用(We continue to make liberation of old ideas)，现在这样的情况很多。

　　Instrument：您本人有很多的科研成果成功地进行了产业化，和相关的仪器公司也有很好的合作，比如与菲尼根合作推出了世界上第一台离子阱质谱，请您谈谈这方面的经验?

　　Cooks 教授：在化学领域，很多的科学家对于将自己的科研成果商业化，或者据此建立新的公司非常感兴趣。我自己就帮助成立了三个公司，做微型质谱仪、离子化方法、离子源等。我自己的经验是将科研成果商业化或者建立公司是非常有价值的事情，将技术产品化的速度越快越好，科学家应该积极面对这样的事情。当然能够获得一些资金的支持，启动的时候会相对容易一些。

　　不论是在美国、中国，还是世界其他的地方，科研成果的产业化是有风险的，而且可以说成功率是比较低的。由一个实验室样机到工程化、商业化的产品，要经历很多不确定因素;科学家、企业都必须共同面对这些问题。

　　Instrument：目前，很多质谱的技术已经非常成熟，现在很多中国的科学仪器厂商也正在努力进入这个领域，但是专利保护是必须面对的问题，您有哪些建议?

　　Cooks 教授：一个长久的、稳定的解决方法就是企业必须保证研发方面的投入，持续不断地创新;除非能够通过收购其它公司来得到相关的专利。但是中国的仪器企业也有一些优势可以加以充分地利用。一方面中国已经认识到了解决实际问题的重要性，比如食品安全、环境污染等问题，政府每年投入大量的资金解决这些实际问题，本土企业可以抓住这些机会，推出适合解决这些问题仪器设备。另一个方面，中国的科学仪器企业应该多关注能够利用化学分析技术的一些工程及过程领域，这些领域同样有许多实际问题需要解决。在这些领域开发新的专用的仪器，可以一定程度上避免涉足专利保护的问题。

　　仪器企业应该积极与科研院所的科学家进行合作，我自己就已经与赛默飞世尔有很长的合作历史，从最初共同开发离子阱质谱，一直到现在。另外，我自己的实验室就有很多来自中国的学生，他们都非常的勤奋和聪明，只要有合适工作环境和共同目标，我想这年轻人也非常愿意与中国国内的企业进行合作。

　　Instrument：您很早就与中国的科研单位进行了合作，请您谈谈对近几年中国的科研环境的印象?您是如何带领您的团队进行持续不断地创新的?

　　Cooks 教授：我确实在80年代就开始于中国的科研机构进行合作，而且近几年经常收到来自中国的学术交流邀请。中国有很多杰出的科学家，一些科研成果逐渐获得国际同行的认可。另外，越来越多的留学生从海外回来，并且在中国国内的科研院所、企业单位获得很好的职位。就我所了解的分析化学和质谱领域，5年前来自中国学者的文章还很少，因为他们首先要克服来自语言方面的问题，但是现在情况发生了很大的变化，现在越来越多的文章来自中国，而且质量和数量都在逐年提高。

　　对于创新，我想这是很多人愿意做的事情，大多人不喜欢重复做同一件事，他们往往希望通过一件事情能够开启一个全新的局面，我想这种创造性是很多人的一种自然特点，关键是能够为他们提供很好的发展机会。

R. Graham Cooks 教授正在接受采访

　　后记

　　在谈话中我们了解到，作为一位科学家，Cooks教授不仅仅发表了大量的科研论文，拥有多项质谱技术专利;而且Cooks教授的“市场”意识也非常强，科研课题的选择首先考虑的是能否解决实际问题，他发明和改进了二十多种质谱仪，包括对串联质谱 (MSn) 的发展起到了关键作用。另外，Cooks教授还积极与企业合作，例如，与菲尼根(Finnigan, 现Thermo Fisher)合作研制了世界上第一台商业离子阱质谱仪。目前，Cooks教授所在的课题组正在进行环境离子化和小型便携式质谱仪的研发和原型化。Cooks教授的这些亲身经验值得国内同行借鉴。

采访编辑：刘向东

　　附录：R. Graham Cooks教授简介(节选，详细见链接)

　　http://aston.chem.purdue.edu/r-graham-cooks

　　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