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質量分析の魔法：衝突活性化分子フラグメンテーションによって隠れた構造が明らかになる仕組み
質量分析の世界では、特に衝突活性化分子フラグメンテーション (CID) を通じて、可能性は無限です。この技術により、科学者は分子の構造と特性を深く掘り下げ、分子の断片を透視して表面下に隠された複雑さを明らかにすることができます。 CID 技術は主にイオンを加速し、中性ガスと衝突させて分子内のエネルギー変化を引き起こし、最終的に分子の破壊を引き起こします。
「衝突活性化反応を通じて、分子の存在を確認できるだけでなく、その潜在的な構造を推測することもできます。」
衝突活性化の基本原理
衝突活性化フラグメンテーションは、選択されたイオンを高エネルギー状態まで加速することによって機能し、イオンが中性分子と衝突すると、そのエネルギーの一部が内部エネルギーに変換され、結合が切断され、小さなフラグメントが生成されます。これらの断片は質量分析法によってさらに分析され、分子構造の謎を解明することができます。
低エネルギー CID と高エネルギー CID
低エネルギー CID は主に 1 キロ電子ボルト (1 keV) 未満で実行され、分子フラグメントの生成効率は高いものの、観察されるフラグメント化の種類はイオンの運動エネルギーに大きく影響されます。イオンの運動エネルギーが非常に低い場合、ほとんどのセグメントは構造再配置に変換されますが、イオンの運動エネルギーが増加すると、直接結合が切断される確率が高まります。
低エネルギー CID と比較して、高エネルギー CID では通常 1 keV ～ 20 keV の範囲の運動エネルギーを持つイオンを使用します。この方法では、炭化水素構造を含む分子で発生する電荷遠隔フラグメンテーションなど、低エネルギー CID では観測できないフラグメントを生成できます。
トリプル四重極質量分析計
三重四重極質量分析計は 3 つの四重極で構成され、最初の四重極 (Q1) は質量フィルターとして機能し、イオンを選択的に通過させて 2 番目の四重極 (Q2) まで加速します。 Q2は衝突セルとして機能し、高圧環境で選択されたイオンが中性ガスと衝突し、CIDが発生します。生成されたフラグメントは質量分析のために Q3 に加速され、その結果を使用して分子構造の詳細な情報を得ることができます。
フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴
フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析計では、粒子は ICR セルに捕捉され、共鳴周波数でパルス電場を印加することによって粒子の運動エネルギーが増加します。このプロセス中に衝突ガスの短いバーストが導入され、励起イオンと中性分子の衝突が促進され、目的のフラグメントが生成されます。さらに、連続的な非共鳴照射により、励起と脱励起を交互に行うことができ、イオンは低い衝突エネルギーで複数の衝突を起こすことができます。
高エネルギー衝突破壊
高エネルギー衝突フラグメンテーション (HCD) は、オービトラップ質量分析計に特有の CID 技術です。その特徴は、断片化がトラッピングチャンバーの外で起こり、このプロセスが共鳴励起の質量カットオフによって制限されないため、同位体標識に基づく定量分析に非常に適していることです。その名前にもかかわらず、HCD 衝突エネルギーは通常 100 eV 未満です。
破砕メカニズム
CID プロセスでは、フラグメンテーションのメカニズムは、ホモリティック フラグメンテーションとヘテロリティック フラグメンテーションに分けられます。ホモリティック破壊によって生成されたフラグメントは元の結合電子を保持しますが、ヘテロリティック破壊では結合電子が 1 つのフラグメントとともに移動します。より具体的には、遠隔電荷開裂は、開裂される結合が電荷部位に隣接していない気相で発生する共有結合開裂プロセスです。
今後の議論
質量分析技術の発展により、特に複雑な分子構造の識別と分析の可能性など、これまでにない可能性がもたらされる可能性があります。衝突活性化技術の進歩により、より多くの分子の謎を解明できるようになり、化学と生物学の新たな探究の時代が到来するでしょう。将来を見据えて、より正確な構造解析が私たちの科学的理解をどのように変えるかについて考えたことはありますか?
