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質譜的魔法：如何透過碰撞激活分子斷裂，揭示隱藏的結構？
在質譜分析的世界中，質譜技術提供了無窮的可能性，特別是透過碰撞激活的分子斷裂（CID）技術。這一技術讓科學家能夠深入挖掘分子的結構和性質，透過分子的碎片來揭示其隱藏在表面下的複雜性。CID技術主要透過加速離子並引發其與中性氣體的碰撞，引起分子內部的能量轉變，最終造成分子的斷裂。
「透過碰撞激活反應，我們可以不僅確定分子的存在，還能猜測其潛在的結構。」
碰撞激活的基本原理
碰撞激活斷裂主要是通過將選定的離子加速至高能量狀態，這樣的高能狀態使得當它們與中性分子碰撞時，能量的一部分會轉化為內部能量，從而導致鍵的斷裂和生成小碎片。這些碎片又可以通過質譜進一步分析，從而解開分子結構的奧秘。
低能量和高能量CID
低能量CID主要在1千電子伏特（1 keV）以下進行，雖然其在產生分子碎片方面效率高，但觀察到的碎片類型會受到離子動能的強烈影響。當離子動能非常低時，大多數的段轉化為結構重排列，而隨著離子動能的提高，直接鍵斷裂的概率也隨之增加。
相對於低能量CID，高能量CID使用的離子動能範圍通常在1 keV至20 keV之間。這種方法能夠生成一些在低能量CID中無法觀察到的碎片，例如在含有烴結構的分子中發生的電荷遠程斷裂。
三重四極質譜儀
三重四極質譜儀由三個四極體構成，第一個四極體（Q1）使用作為質量過濾器，選擇性地傳遞離子並加速向第二個四極體（Q2）轉移。Q2作為碰撞室，壓力較高的環境中，選定的離子與中性氣體碰撞並發生CID。生成的碎片隨後被加速進入Q3進行質量分析，其結果可用於獲取分子結構的詳細信息。
傅立葉轉換離子回旋共振
在傅立葉轉換離子回旋共振質譜儀中，顆粒被困在ICR池中，透過在其共振頻率下施加脈衝電場來提高動能。這個過程中引入短促的碰撞氣體以促進激發的離子與中性分子之間的碰撞，以使其產生所需的碎片。此外，透過持續的非共振照射，可實現交替激發和去激發，這樣的方式使得離子在低碰撞能量下進行多次碰撞。
高能碰撞斷裂
高能碰撞斷裂（HCD）是特定於orbitrap質譜儀的一種CID技術。其特點是分裂發生在捕集室外部，這一過程無法受到共振激發的質量截斷限制，因此非常適合基於同位素標記的定量分析。儘管其名稱中包含高能，HCD的碰撞能量實際上通常低於100 eV。
斷裂機制
在CID過程中，斷裂機制分為均裂斷裂（homolytic fragmentation）和異裂斷裂（heterolytic fragmentation）。均裂斷裂產生的碎片分別保留原來鍵合電子，而異裂斷裂則是鍵合電子隨一個碎片。更特別的，電荷遠程斷裂是在氣相中產生的一種共價鍵斷裂過程，其中斷裂鍵不與電荷位置相鄰。
未來的探討
質譜技術的發展或許還會帶來更多前所未有的可能性，特別是在識別和分析複雜分子結構方面的潛力。透過碰撞激活技術的進步，我們將能夠揭示更多分子的奧祕，從而在化學和生物學領域開展新一輪的探索。面對未來，您是否想過更精確的結構分析會如何改變我們的科學認識？
