stringtranslate.com

Диссоциация, вызванная столкновением

Ячейка соударений тройного квадрупольного масс-спектрометра Waters Xevo TQ-S.

Диссоциация, вызванная столкновениями ( CID ), также известная как диссоциация, активированная столкновениями ( CAD ), представляет собой метод масс-спектрометрии , позволяющий вызвать фрагментацию выбранных ионов в газовой фазе. [1] [2] Выбранные ионы (обычно молекулярные ионы или протонированные молекулы) обычно ускоряются путем приложения электрического потенциала для увеличения кинетической энергии ионов , а затем сталкиваются с нейтральными молекулами (часто гелием , азотом или аргоном ). При столкновении часть кинетической энергии преобразуется во внутреннюю энергию , что приводит к разрыву связей и фрагментации молекулярного иона на более мелкие фрагменты. Затем эти фрагментарные ионы можно проанализировать с помощью тандемной масс-спектрометрии .

CID и фрагментные ионы, полученные с помощью CID, используются для нескольких целей. Можно достичь частичного или полного структурного определения. В некоторых случаях идентичность может быть установлена ​​на основе предыдущих знаний без определения структуры. Другое применение заключается в простом достижении более чувствительного и специфического обнаружения. Обнаруживая уникальный фрагментный ион, можно обнаружить ион-предшественник в присутствии других ионов с тем же значением m/z (отношение массы к заряду), что снижает фон и увеличивает предел обнаружения .

Низкоэнергетический CID и высокоэнергетический CID

Низкоэнергетическая CID обычно выполняется с ионами с кинетической энергией менее примерно 1 килоэлектронвольта (1 кэВ). Низкоэнергетическая CID очень эффективна при фрагментации выбранных ионов-предшественников, но тип фрагментных ионов, наблюдаемых при низкоэнергетической CID, сильно зависит от кинетической энергии ионов. Очень низкие энергии столкновений благоприятствуют перестройке структуры ионов, а вероятность прямого разрыва связей увеличивается по мере увеличения кинетической энергии ионов, что приводит к более высоким внутренним энергиям ионов . Высокоэнергетическая CID (HECID) выполняется в масс-спектрометрах с магнитным сектором или тандемных масс-спектрометрах с магнитным сектором и в тандемных времяпролетных масс-спектрометрах (TOF/TOF). Высокоэнергетическая CID включает в себя ионы с кинетической энергией в диапазоне киловольт (обычно от 1 кэВ до 20 кэВ). Высокоэнергетическая CID может приводить к образованию некоторых типов фрагментарных ионов, которые не образуются при низкоэнергетической CID, например, при фрагментации с удаленным зарядом в молекулах с углеводородными субструктурами или фрагментации боковой цепи в пептидах.

Тройные квадрупольные масс-спектрометры

В тройном квадрупольном масс-спектрометре есть три квадруполя . Первый квадруполь, называемый «Q1», может действовать как фильтр масс и пропускает выбранный ион и ускоряет его по направлению к «Q2», который называется ячейкой столкновений. Давление в Q2 выше, и ионы сталкиваются с нейтральным газом в ячейке столкновений и фрагментируются CID. Затем фрагменты ускоряются из ячейки столкновений и попадают в Q3, который сканирует диапазон масс, анализируя полученные фрагменты (по мере их попадания в детектор). Это создает масс- спектр фрагментов CID, из которого можно получить структурную информацию или идентификацию. Существует много других экспериментов с использованием CID на тройном квадруполе, таких как сканирование ионов-предшественников, которые определяют, откуда взялся конкретный фрагмент, а не то, какие фрагменты производятся данной молекулой.

Фурье-преобразование ионный циклотронный резонанс

Ионы, захваченные в ячейке ИЦР, могут быть возбуждены путем применения импульсных электрических полей на их резонансной частоте для увеличения их кинетической энергии. [3] [4] Длительность и амплитуда импульса определяют кинетическую энергию ионов. Поскольку газ столкновений, присутствующий при низком давлении, требует длительного времени для столкновения возбужденных ионов с нейтральными молекулами, импульсный клапан может использоваться для введения короткого всплеска газа столкновений. Захваченные фрагментные ионы или продукты их ионно-молекулярной реакции могут быть повторно возбуждены для многоступенчатой ​​масс-спектрометрии (МС n ). [5] Если возбуждение применяется не на резонансной частоте, а на частоте, слегка не соответствующей резонансной, ионы будут попеременно возбуждаться и девозбуждаться, что позволяет проводить множественные столкновения при низкой энергии столкновения. Устойчивая внерезонансная облученная диссоциация, вызванная столкновениями ( SORI-CID ) [6] — это метод CID, используемый в Фурье-преобразовании ионно-циклотронной резонансной масс-спектрометрии , который включает ускорение ионов в циклотронном движении (по кругу внутри ионной ловушки ) в присутствии столкновительного газа. [7]

Столкновительная диссоциация при более высоких энергиях

Диссоциация столкновений с более высокой энергией ( HCD ) — это метод CID, характерный для масс-спектрометра с орбитальной ловушкой , в котором фрагментация происходит вне ловушки. [8] HCD ранее был известен как диссоциация с более высокой энергией C-ловушки. В HCD ионы проходят через C-ловушку и попадают в ячейку HCD, дополнительную ячейку столкновений с несколькими полями, где происходит диссоциация. Затем ионы возвращаются в C-ловушку перед инжекцией в орбитальную ловушку для анализа массы. HCD не страдает от низкого массового отсечения резонансного возбуждения (CID) и, следовательно, полезен для количественной оценки на основе изобарических меток , поскольку можно наблюдать ионы-репортеры. Несмотря на название, энергия столкновения HCD обычно находится в режиме диссоциации, вызванной столкновением с низкой энергией (менее 100 эВ). [8] [9]

Механизмы фрагментации

Гомолитическая фрагментация

Гомолитическая фрагментация – это диссоциация связи, при которой каждый из фрагментов сохраняет один из первоначально связанных электронов. [10]

Гетеролитическая фрагментация

Гетеролитическая фрагментация – это разрыв связи, при котором связывающие электроны остаются только с одним из видов фрагментов. [11]

В CID фрагментация с удаленным зарядом представляет собой тип разрыва ковалентной связи , который происходит в ионе газовой фазы, в котором разрываемая связь не находится рядом с местом расположения заряда. [12] [13] Эту фрагментацию можно наблюдать с помощью тандемной масс-спектрометрии . [14]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Уэллс Дж. М., Маклаки СА (2005). «Диссоциация, вызванная столкновениями (CID) пептидов и белков». Биологическая масс-спектрометрия . Методы в энзимологии. Т. 402. С. 148–85. doi :10.1016/S0076-6879(05)02005-7. ISBN 9780121828073. PMID  16401509.
  2. ^ Sleno L, Volmer DA (2004). «Методы активации ионов для тандемной масс-спектрометрии». Журнал масс-спектрометрии . 39 (10): 1091–112. Bibcode : 2004JMSp...39.1091S. doi : 10.1002/jms.703. PMID  15481084.
  3. ^ Коди, Р. Б.; Фрейзер, Б. С. (1982). «Диссоциация, вызванная столкновениями в масс-спектрометре с преобразованием Фурье». Международный журнал масс-спектрометрии и ионной физики . 41 (3): 199–204. Bibcode : 1982IJMSI..41..199C. doi : 10.1016/0020-7381(82)85035-3. ISSN  0020-7381.
  4. ^ Коди, Р. Бёрнье, Р. К.; Фрейзер, Б. С. (1982). «Диссоциация, вызванная столкновениями, с использованием масс-спектрометрии с преобразованием Фурье». Аналитическая химия . 54 (1): 96–101. doi :10.1021/ac00238a029. ISSN  0003-2700.
  5. ^ Коди, Р. Бёрнье, Р. К.; Кассади, К. Дж.; Фрейзер, Б. С. (1982). «Последовательные диссоциации, вызванные столкновениями, в масс-спектрометрии с преобразованием Фурье». Аналитическая химия . 54 (13): 2225–2228. doi :10.1021/ac00250a021. ISSN  0003-2700.
  6. ^ Готье, Дж. В.; Траутман, ТР; Якобсон, ДБ (1991). «Устойчивое нерезонансное облучение для диссоциации, активируемой столкновениями, с использованием масс-спектрометрии с преобразованием Фурье. Метод диссоциации, активируемой столкновениями, который эмулирует инфракрасную многофотонную диссоциацию». Analytica Chimica Acta . 246 (1): 211–225. Bibcode : 1991AcAC..246..211G. doi : 10.1016/s0003-2670(00)80678-9. ISSN  0003-2670.
  7. ^ Ласкин, Джулия ; Футрелл, Джин Х. (2005). «Активация больших ионов в масс-спектрометрии ИЦР с Фурье-преобразованием». Обзоры масс-спектрометрии . 24 (2): 135–167. Bibcode : 2005MSRv...24..135L. doi : 10.1002/mas.20012. ISSN  0277-7037. PMID  15389858.
  8. ^ ab Olsen JV, Macek B, Lange O, Makarov A, Horning S, Mann M (сентябрь 2007 г.). "Высокоэнергетическая диссоциация C-ловушки для анализа модификации пептидов". Nat. Methods . 4 (9): 709–12. doi :10.1038/nmeth1060. PMID  17721543.
  9. ^ Мюррей, Кермит К.; Бойд, Роберт К.; Эберлин, Маркос Н.; Лэнгли, Г. Джон; Ли, Лян; Найто, Ясухидэ (2013). «Определения терминов, относящихся к масс-спектрометрии (Рекомендации ИЮПАК 2013 г.)». Чистая и прикладная химия . 85 (7): 1515. doi : 10.1351/PAC-REC-06-04-06 . ISSN  1365-3075.
  10. ^ IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2nd ed. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) «гомолиз (гомолитический)». doi :10.1351/goldbook.H02851
  11. ^ IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2nd ed. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) «heterolysis (heterolytic)». doi :10.1351/goldbook.H02809
  12. ^ Cheng C, Gross ML (2000), «Применение и механизмы фрагментации с удаленным зарядом», Mass Spectrom Rev , 19 (6): 398–420, Bibcode : 2000MSRv...19..398C, doi : 10.1002/1098-2787(2000)19:6<398::AID-MAS3>3.0.CO;2-B, PMID  11199379.
  13. ^ Гросс, М. (2000), «Фрагментация с удаленным зарядом: отчет об исследованиях механизмов и приложений», Международный журнал масс-спектрометрии , 200 (1–3): 611–624, Bibcode : 2000IJMSp.200..611G, doi : 10.1016/S1387-3806(00)00372-9
  14. ^ "Фрагментация на удаленном участке (заряд-удаленный)", Rapid Communications in Mass Spectrometry , 2 (10): 214–217, 1988, Bibcode : 1988RCMS....2..214., doi : 10.1002/rcm.1290021009