基于电喷雾-离子淌度质谱技术检测铃木-宫浦的反应中间体

本研究主要以铃木-宫浦反应(Suzuki-Miyaura)中的C—C偶联反应为研究对象,使用四(三苯基膦)钯作为催化剂,将3-溴吡啶、3-溴喹啉、3-溴-5-苯基吡啶分别与苯硼酸、2-甲基苯硼酸、3,5-二甲基苯硼酸在甲苯溶剂环境中进行“一锅法反应”。反应过程中定时取样,采用电喷雾-捕集离子淌度飞行时间质谱(ESI-TIMS-TOF MS)对Suzuki-Miyaura偶联反应的氧化加成过程与转移金属化过程后生成的中间体进行检测。研究表明:1)在氧化加成过程中,由于苯硼酸并未参与中间体的形成,所以在含有不同苯硼酸参与的反应中检测到的中间体质荷比相同,然而转移金属化过程后,由于参与偶联反应的2种物质不同,检测到的中间体不同;2)检测到的中间体同位素峰与预测图谱一致;3)使用捕集离子滴度飞行时间(TIMS-TOF)对检测到的基团进行离子迁移率检测以区分同分异构体,同时对检测到的中间体进行MS/MS分析,研究碎裂基团,利用TIMS-TOF得到的质荷比、离子迁移率、MS/MS等数据研究有机反应机理,可为金属Pd催化的反应机制研究提供参考。

理论模拟和实验对照研究幅值扫描ac对离子阱质谱性能的影响

随着离子阱质谱分析技术的广泛应用,离子阱共振激发过程的理论模拟和实验验证对于深入研究离子阱质谱性能具有重要的意义。常见的线性离子阱所使用的共振激发弹出电压ac(alternating current)的设置有两种方式:一种是设定1个很小的恒定值(如1 V_(0-p)),另一种是设定为1个幅值扫描范围。然而,鲜有人对比研究这两种设定方式对离子阱质谱分辨率等相关性能的影响,也尚未有人将该实验结果用理论模拟的方式进行验证。本工作基于自行搭建的小型连续进样接口离子阱质谱平台,利用纳升电喷雾电离源,以利血平为研究对象,通过理论模拟和实验对照研究扫描共振激发对离子阱质谱性能的影响。首先,通过实验研究了恒定ac共振激发和扫描ac共振激发对离子阱质谱分辨率和灵敏度的影响,实验结果表明,ac电压的初始设定应高于一定的阈值,并且使用扫描共振ac激发有利于提高离子阱质谱的分辨率和灵敏度。随后,利用Simion离子光学证明了扫描共振激发ac相比于恒定共振激发ac可以防止阱中离子的提前激发。最后,对100 mg/L芬太尼和那可汀标准样品进行检测,结果表明,利用扫描ac共振激发相比于恒定ac共振激发可将分辨率提高2倍以上。本研究通过理论模拟和实验对照研究幅值扫描ac对离子阱质谱性能的影响,建立了离子阱质谱共振激发过程的理论模拟方法和相关程序,为进一步研究离子阱中更复杂的非线性共振等高阶运动奠定了基础,在一定程度上提升了离子阱质谱的分析性能,加速了离子阱质谱的仪器调试过程。

离子淌度迁移谱用于分析小分子异构体的新进展

随着现代检测技术以及科学研究的快速发展,同分异构体化学结构及其功能不断被揭示,异构体的不同结构分子可能具有完全不同的生物化学活性,并且同分异构体的某种结构分子可能对疾病的发病机理或治疗具有重要作用,而另一种结构分子的作用相反。因此,对同分异构体的分离识别及其结构探究有助于进一步理解生命运行机制,是目前分析化学乃至生命科学领域的研究热点。近年来快速发展的离子迁移谱(ion mobility spectrometry,IMS)是一种可以分析分子空间结构的技术,通过测量气相中不同分子离子与气流的碰撞截面积差异来区分某种分子的同分异构体。IMS与质谱联用(IMS-MS)是在质谱技术上增加一个淌度分离维度改善离子结构分离测定,同时在淌度技术上增强离子选质的特殊功能,使离子的分离具有高度选择性。IMS-MS技术已广泛应用于小分子/代谢物鉴定、蛋白质组学研究、主客体复合物、分子结构鉴定等领域。本文重点介绍了不同类型IMS的工作原理,IMS-MS在不同类型异构体分析方面的最新应用,并展望其应用前景。

数字离子阱偶极直流激励解离技术研究

本研究基于数字离子阱技术,通过改变数字方波的占空比实现加载偶极直流激励-碰撞诱导解离(DDC-CID)技术,改善碎片离子的检测效果。研究结果表明,采用DDC-CID技术可以小幅提高前体离子的碎裂效率,对于利血平分子,碎裂效率提高1.2倍,低质量碎片离子的捕获效率至少提高3倍。实际实验结果与模拟计算结果基本一致。通过观察离子阱稳定性变化图发现,由马修方程计算的离子阱特征参数q值发生改变。DDC-CID技术提高了MS/MS解离效率,获得了更高的捕获效率,可进一步提升数字离子阱质谱技术的分析性能,扩展其应用领域。

质谱在金属有机框架材料结构与应用表征上的研究进展

金属有机框架材料(metal organic frameworks,MOFs)是指由金属离子或金属团簇与有机配体形成的一类多孔材料,具有比表面积大、气孔率高和热稳定性能优良等特点,在能源、环境、生物医药等领域应用广泛.质谱可有效测定各种金属元素的成分和含量,精准分析化合物的组成和结构,其灵敏度高、分析速度快,是表征MOFs的有效技术之一.在质谱技术中,样品的离子化是进行质谱分析检测的重要前提,因此从常见离子源的原理与特点出发,对采用质谱技术表征MOFs的常用离子源种类、样品要求及产生的离子类型进行总结,并进一步对质谱在MOFs定性、反应监测及应用分析等方面的研究进展进行综述.

离子淌度质谱结合轨迹模型确定二糖配合物气相离子结构

二糖的同分异构体由于结构相似难以直接进行区分,与碱金属离子非共价相互作用结合后会使其空间构型发生改变。利用漂移时间离子淌度质谱(Drift Time Ion-Mobility Spectrometry-Mass Spectrometry,DTIMS-MS)对乳糖、麦芽糖、纤维二糖及蔗糖4种二糖的碱金属离子配合物进行测量,结果表明,Cs;对纤维二糖和乳糖有较好的区分效果,其双峰分辨率R;=0.39;而K;对蔗糖麦芽糖效果较好,R;=0.74。另外,实验利用单场校正的方法对4种二糖金属配合物离子的碰撞截面(Collision Cross-Section,CCS)值进行了测量,同时通过密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)对二糖-金属离子复合物可能的结构进行预测,得到的结构分别通过近似投影(Projection Approximation,PA)模型、精确硬球散射(Exact Hard Sphere Scattering,EHSS)模型和轨迹(Trajectory Method,TM)模型计算其CCS理论值。3种模型得到的结果和实验值的相对偏差分别为-23.05%、11.79%和0.44%,TM模型与实验值吻合最好。根据此方法可总结出碱金属离子与二糖结构的结合位点,可进一步预测未知二糖离子配合物的结构及其结构,并对二糖同分异构体进行分离识别。

一种平面静电离子阱非正弦镜像电荷/电流信号的定量转换新算法

傅里叶变换质谱(FTMS)的质量分辨率取决于镜像电荷/电流的采集时间。为了在较短的时间内获得较高的分辨率,除增加分析器场强外,还可以利用镜像电荷信号中的高次谐波。平面静电离子阱获得的镜像电荷信号具有非正弦波形,其中包含许多高次谐波成分,增加了频谱分析的复杂程度,例如,难以辨认1个谱峰的谐波次数,以及当不同次的谐波发生重叠时出现定量困难。为了将多质荷比离子的镜像电荷信号转换成质谱,本文开发了一种新的定量算法,包含谱峰评分分类(SC)和最小二乘法拟合(LSF)。通过评分可以确定每个峰属于哪一次谐波,从而确定其对应的基频。打分算法列出所有候选离子的基频,并使用确定的基频构建所有基信号,然后用其对原频谱进行LSF,以确定每种质荷比离子的数量。使用48种不同质荷比离子的仿真镜像电荷信号对SCLSF算法进行测试。结果表明,该方法允许较宽的质量范围,即使在高噪声条件下,通过SC-LSF算法也能准确得到各种不同质荷比离子的数量。因为频谱中通常存在大量的空白频点,可以选择1个频点子集进行LSF,这相对于时域中的LSF,能够大大减少计算量,提高效率和准确度。此外,只有使用复数频谱数据进行LSF时才能获得良好的定量效果,而使用幅值数据则会对质荷比接近的离子定量造成较大的误差,这是因为质荷比接近的离子信号的低次谐波峰未能彻底分解,而复数的幅值不具有可加性,从而造成拟合的错误。

载气中N_(2)浓度影响介质阻挡放电离子化效率的数值模拟研究

随着公共安全、食品安全检测领域对现场质谱检测需求的日益增加,介质阻挡放电离子源技术得到了较快的发展。其中的工作气体浓度通过影响介质阻挡放电的离子化效率从而对质谱检测信噪比产生较大作用。本文建立了在He-N_(2)混合载气作用下的包含7种反应离子的等离子体流体动力学模型,并采用该二维模型,探究了N_(2)浓度对介质阻挡放电离子源离子化能力的影响。结果表明,通过在He载气中引入不同N_(2)量可以改变等离子体射流质子化水簇团反应的关键中间体粒子数密度含量,提高离子源的离子化效果;特别地,当N_(2)摩尔分数为1.5%时,有效粒子数密度最高。此外,本文还研究了介质的管径及介电常数对粒子平均密度的影响。结果表明,粒子数密度含量随着介质管径和相对介电常数增加而逐渐减小。通过对不同N_(2)摩尔分数、介质管径和相对介电常数的参数化分析,将优化设计介质阻挡放电离子源结构,从而最终提高现场质谱检测的灵敏度和稳定性。

离子阱中3种软件程序的离子运动轨迹数值模拟对比

质谱仪器研发周期长、应用成本高,使得数值模拟成为仪器研发、性能优化、实验方案设计的理想选择。目前,离子轨迹模拟软件SIMION、Comsol和Axsim已广泛用于质谱数值模拟和理论研究,对比分析这3种软件对于质量分析器的设计具有重要意义。本研究以矩形离子阱质量分析器为研究对象,从图形用户界面和运行平台、电极建模和电场计算、条件定义和程序加载、离子轨迹计算和时间步长选取等方面入手,比较这3种软件的模拟过程和结果。结果表明:3种软件模拟的离子运动轨迹存在偏差,且主要位于离子运动方向转变时,Comsol与SIMION的模拟轨迹偏差最大,Axsim和SIMION模拟的频谱图中谱峰位置差异小于0.1%。SIMION软件适用于复杂质谱装置中离子运动轨迹的理论模拟,但对使用者的物理和编程水平要求较高;Comsol具有最精致的图形用户界面,以及详细的数值模拟模块,但是不具备离子运动轨迹的频谱分析、相位分析等特殊模块,而且封闭的软件程序无法根据具体情况灵活调整,所以只适用于一些简单结构的质谱数值模拟;Axsim具有最专业的质谱中离子运动轨迹分析程序,可以对离子运动的频谱、相位、空间发散、动能发散等参数进行直接分析,能够直观地指导质谱质量分析器的设计,但不具备建模和电场计算模块。本研究有助于加速质谱研究中数值模拟进程,为开发具有自主知识产权的国产质谱数值模拟软件提供参考。

葡萄糖-6-磷酸功能化亲水磁探针:有效分离富集糖肽/磷酸肽的双用途亲和材料

在Fe_(3)O_(4)磁芯上通过逐层修饰构建了葡萄糖-6-磷酸(G6P)功能化亲水磁探针Fe_(3)O_(4)@PDA@TiO_(2)@G6P.聚多巴胺(PDA)可以作为偶联连接剂进一步接枝二氧化钛(TiO_(2));接枝的TiO_(2)除作为G6P的锚定位点外,还可通过金属氧化物亲和层析技术有效富集磷酸肽;G6P的官能化赋予了纳米球高亲水性的表面,并利用亲水作用液相色谱法实现了糖肽的捕捉.实验结果表明,探针对糖肽具有低的检出限(0.1 fmol/μL)、高的选择性[m(HRP):m(BSA)=1:1000]、良好的重复性(10次循环)和高的负载量(300 mg/g);对磷酸肽具有低的检出限(0.02 fmol/μL)和高的选择性[n(β-casein):n(BSA)=1:1000).此外,这种双用途亲和材料具有同时富集糖肽和磷酸肽的能力,可从人唾液中鉴定出34个糖肽和36个磷酸肽,表明其在多种翻译后修饰的蛋白质组学分析中具有巨大的应用前景.

电过滤纸喷雾离子源的性能优化及应用研究

常压离子源是质谱技术在生命科学、环境保护、医药卫生、食品安全等领域的研究热点之一。随着质谱分析技术的应用范围越来越广,直接快速分析复杂体系的化合物组成和含量越发重要。本工作基于已研制的小型化离子阱质谱和电过滤纸喷雾离子源,对其分析性能和应用进行深入研究。以提高质谱信号强度和检测灵敏度为目标,对所用滤纸的孔径、离子源尖端与水平面的角度、离子源与质谱进样毛细管之间的距离等条件进行系统分析。实验结果表明,选择孔径为20~25μm的滤纸、离子源尖端与水平面角度为15°~60°、离子源距质谱进样毛细管7.5 mm时,信号强度最优。在优化后的实验条件下检测蔗糖、肯普肽、维生素B2、罗库溴铵、精氨酸和芬太尼,表明本方法可检测的物质种类较广泛。选择实际样品氨加黄敏胶囊进行检测,得到对乙酰氨基酚分子离子峰(m/z 152),并可在活鱼体内快速检测到孔雀石绿分子离子峰(m/z 329)。使用电过滤纸喷雾离子源简化了样品复杂的前处理过程,进一步提高了样品分析速度,扩展了离子阱质谱技术的应用领域。