线形离子阱中的离子共振激发与解离

The molecular composition, structure and reaction dynamics of biological molecules are the basics of biological process. The study of the molecular composition, structure and conformation, and the intra-molecular interaction between large biomolecule and small molecule is very helpful for understanding the properties and functions of biomolecules. As a very useful and important scientific analytical method, mass spectrometry has been widely used to study the molecule structures and reactions of biomolecues currently. In this project, we will use some new resonance ion excitation and dissociation technology and method which developed in this laboratory during past several years to study the mass-selected ion excitation and dissociation dynamics of biomolecules in gas phase in linear ion trap. The ion excitation and activation, ion dissociation products and dynamics at different excitation level will be investigated by both of experiments and theoretical calculations. The results could be very helpful for understanding the molecular structure and conformation, the dissociation dynamics of biomolecule at different higher excitation energy level, the interaction mechanism and kinetics between large biomolecule and small molecules. Furthermore, some new experimental technology and method could be developed during the performance of this project.

生物大分子的组成，结构和反应动力学是生命过程的基础。因此了解与生命过程相关的生物分子，如多肽，糖，蛋白质分子的组成，结构和它们之间的相互作用是了解其生物性质和功能的钥匙。质谱学方法是目前研究分子组成和结构的最有效手段。本项目将应用本实验室近几年来研究发展的新型离子共振激发和解离方法和技术，结合理论和实验研究，进一步探讨质量选择的生物分子离子在离子阱质谱中的解离动力学，包括离子共振激发过程，动能能量状态，以及在不同动能能量状态下的解离产物，解离效率等信息。获得几种比现有方法更优越的质量选择性离子的共振激发和解离技术。本项目的研究结果将有助于更有效地得到分子在不同能量状态下的一般解离规律，为用离子阱质量分析器分析生物大分子，有机分子的组成和结构，以及了解生物大分子间的相互作用过程提供基本的理论基础和技术方法。可以丰富质谱学和分子解离反应动力学理论知识，又具有实际应用价值。

本项目基于理论模拟与实验相结合的研究方法，开展研究新型线形离子阱质量分析器、离子激发解离新技术、激发碰撞能量以及解离效率、离子阱中高阶场成分对性能和解离能量及产物的影响等、分子间非共价相互作用机理研究等，主要研究内容如下：.第一，研究了两种高性能新型离子阱质量分析器，其中在离子阱内部引入奇数和偶数极场成分，可以有效提高分析性能，其质量分辨可达到7000左右；另外设计一种电场和磁场混合的轨道离子阱，由 12 对扇形检测电极之间形成环形结构，注入的离子一次圆周运动会产生12个脉冲，在模拟计算中，0.5 特斯拉的磁感应强度下获得了超过 79,000 FWHM 的质量分辨率，该结构显著提高了质量分析性能。.第二，系统研究了离子在碰撞解离过程中，碰撞能量及解离效率和解离产物，采用偏置直流电压驱动离子活化和碰撞，从理论模拟和实验都可以看出，较高的直流电压会导致较高的内部能量，提高离子碰撞能量和解离效率，获取到更多的解离产物。.第三，研究了四极质量分析器中主要的高阶场成分，分别对八极场、十二极场成分的含量对其性能的影响展开理论模拟计算和实验分析，理论计算不同电极结构引入的高阶场成分，结果表明，在离子阱中，十二极场成分越少越好，适当引入些正八极场成分，是有助于提高分析性能，在理论计算和实验中，当引入正八极场为2.56%时，可以显著提高质量分辨率、低质量截止效应和解离效率。.第四，利用HDX-MS和理论计算方法研究一价金属离子，二价过度金属离子及重金属离子对甲硫氨酸脑啡肽（ME）和亮氨酸脑啡肽（LE）之间相互作用的影响。结果显示，ME的原始结构比LE松散，但通过金属离子配位作用后，ME和LE的结构都变成更紧凑，并且不同的金属离子的配位作用均可使LE和ME两种脑啡肽结构发生不同的变化。.除了上述主要研究工作之外，还探索开展了分子同分异构体的研究。本项目执行期间共发表20篇学术论文；申请发明专利2项，已授权2项；5项技术成果转让。