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Erforschung der Geheimnisse der Niedrig- und Hochenergie-CID: Wie wirken sich diese beiden Techniken auf die Ergebnisse der Massenspektrometrie aus?
Im Bereich der Massenspektrometrie hat die Technologie der kollisionsinduzierten Dissoziation (CID) ihre Unersetzbarkeit in der Molekülstrukturanalyse bewiesen. Die CID-Technologie basiert auf der Kollision ausgewählter Ionen mit neutralen Gasmolekülen in der Gasphase, wodurch durch die energiegetriebene Fragmentierung dieser Moleküle Fragmentionen unterschiedlicher Größe entstehen, die dann weiter analysiert werden können.
Die Wahl zwischen Niedrigenergie-CID und Hochenergie-CID wirkt sich direkt auf die Genauigkeit und Empfindlichkeit der Analyseergebnisse aus.
Niedrigenergie-CID und Hochenergie-CID
Niedrigenergie-CIDs arbeiten typischerweise im Energiebereich unter etwa 1 Kiloelektronenvolt (1 keV). Diese Technik ist bei der Fragmentierung ausgewählter Vorläuferionen äußerst effizient, die Art der beobachteten Fragmentierung hängt jedoch stark von der Energie der Ionenbewegung ab. Mit zunehmender Energie nimmt die innere Energie des Ions zu und auch die Wahrscheinlichkeit eines direkten Bindungsbruchs steigt, was zur Entstehung von Fragmenten mit unterschiedlichen Strukturen führt.
Relativ gesehen arbeitet Hochenergie-CID (HECID) normalerweise in einem höheren Energiebereich, typischerweise zwischen 1 keV und 20 keV. Diese Energieeinstellung kann bestimmte spezielle Fragmente erzeugen, die bei CID mit niedriger Energie nicht gebildet werden können, einschließlich der ladungsfernen Fragmentierung, die bei Molekülen mit Kohlenwasserstoffseitenketten beobachtet wird.
Hochenergie-CID offenbart nicht nur die Komplexität von Molekülen, sondern bietet auch beispiellose Möglichkeiten zur Strukturaufklärung.
Triple-Quadrupol-Massenspektrometer
Das Dreifach-Quadrupol-Massenspektrometer ist ein gängiges Massenspektrometriegerät, das drei Quadrupole enthält. Der erste Quadrupol, „Q1“ genannt, fungiert wie ein Massenfilter, der selektiv bestimmte Ionen transportiert und sie in Richtung des zweiten Quadrupols, „Q2“, beschleunigt. Der Gasdruck von Q2 ist höher, wo ausgewählte Ionen mit neutralem Gas kollidieren und durch die CID-Technologie dissoziieren. Die resultierenden Fragmentionen werden dann in den dritten Quadrupol Q3 beschleunigt, wo ein Massenbereichsscan durchgeführt wird, um die Ergebnisse zu analysieren.
Viele Experimente mit CID an Dreifachquadrupolen können den Ursprung spezifischer Fragmente weiter bestimmen und nicht nur die erzeugten Fragmente.
Fourier-Transformations-Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometrie
Bei der Fourier-Transformations-Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometrie können Ionen durch ein gepulstes elektrisches Feld angeregt werden. Da die Energie der Anregung unterschiedlich ist, ändert sich auch die kinetische Energie der Ionen. Da es jedoch lange dauert, bis angeregte Ionen bei niedrigen Drücken mit neutralen Molekülen kollidieren, wird häufig ein Impulsventil verwendet, um das Kollisionsgas kurzzeitig einzuleiten. In diesem Prozess ermöglichen spezifische experimentelle Techniken, wie z. B. die Sustained Non-Resonant Radiation Collision-Induced Dissociation Technology (SORI-CID), auch die Massenspektrometrie, um verfeinerte Daten zu erhalten.
Hochenergetische Kollisionsdissoziation
Hochenergetische Kollisionsdissoziation (HCD) ist eine CID-Technik, die ausschließlich in Orbitrap-Massenspektrometern verwendet wird, bei denen die Fragmentierung außerhalb des Hohlraums erfolgt. HCD ist beim Betrieb und bei der Datenanalyse effizient und wird durch die niedrige Massengrenze von Resonanzanregungen nicht beeinträchtigt, wodurch es für quantitative Analysen geeignet ist, die auf Reporterionen basieren.
Obwohl die HCD-Technologie als hochenergetischer Aufprall bezeichnet wird, beträgt ihre tatsächliche Kollisionsenergie normalerweise weniger als 100 Elektronenvolt.
Fragmentierungsmechanismus
Während des CID-Prozesses gibt es zwei Hauptspaltungsmechanismen: homolytisch und heterogen. Bei der Homolyse behält jedes Fragment eines seiner ursprünglichen Bindungselektronen, während bei der Heterolyse die Bindungselektronen nur auf einem Produkt verbleiben. Darüber hinaus ist die ladungsferne Fragmentierung eine speziellere Form der Fragmentierung, bei der sich die gebrochene Bindung nicht in der Nähe der geladenen Stelle befindet, was ihr bei der massenspektrometrischen Analyse zusätzliche Bedeutung verleiht.
Durch diese einzigartigen Fragmentierungsmechanismen können Wissenschaftler umfangreiche Strukturinformationen erhalten, die eine tiefergehende molekulare Analyse ermöglichen.
Mit Hilfe der Niedrigenergie- und Hochenergie-CID-Technologie schlägt die Massenspektrometrie heute ein neues Kapitel für die wissenschaftliche Forschung auf. Welche weiteren bislang unbekannten molekularen Strukturen und chemischen Reaktionen werden durch diese Technologien in Zukunft entdeckt und verstanden?
