CN112461913B - 一种提高同分异构体化合物鉴别能力的方法 - Google Patents

一种提高同分异构体化合物鉴别能力的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高同分异构体化合物鉴别能力的方法，所述方法包括如下步骤：S1.利用离子源将同分异构体化合物离子化产生同分异构体离子；S2.调节碰撞池的入口与出口之间的电势差为30～45V，使S1.所得离子通过碰撞池；S3.同分异构体化合物离子从碰撞池进入离子淌度谱中分离，质量分析器检测并获得质谱图。本发明提高碰撞池入口和出口的电势差，降低同分异构体离子的共存构象数，提高其在离子淌度谱中的分离度，本发明的方法可以提高同分异构体的离子淌度谱峰分辨率2～3倍，增强了对同分异构体的鉴别能力。本发明未对现有仪器进行改造，具有普适性和广泛的应用前景，可“百搭”于市面上商品化的离子淌度‑质谱仪。

Description

一种提高同分异构体化合物鉴别能力的方法
技术领域
本发明涉及同分异构体化合物样品分离分析技术领域，更具体地，涉及一种提高同分异构体化合物鉴别能力的方法。
背景技术
同分异构体化合物普遍存在于生命体中，且由于结构上的细微差异可能导致完全不同的生物活性和功效，因此如何对它们实现快速、准确地结构鉴别和表征是目前分析的难点和重点。质谱技术具有高灵敏度、高通量、低检出限和理论上没有质量检测上限等优点，是应用最为广泛的分析技术之一，然而其在同分异构体化合物分析中常常因为它们质荷比(m/z)相同而无法很好地进行分辨。近年来，离子淌度结合质谱技术也逐渐兴起，成为同分异构体分析中的利器，但由于离子淌度谱的分离能力有限，针对一些结构相似且碰撞截面接近的同分异构体则无能为力，因此如何进一步提高离子淌度-质谱技术在同分异构体的鉴别能力至关重要。
现有技术CN201510451405公开了一种用于27种甲氧基化多溴联苯醚的全二维分离分析方法,采用超高压液相色谱与离子淌度质谱联用技术，构建采用大气压光电电离源的超高压液相色谱-离子淌度质谱全二维分离分析体系。该方法需要与超高压液相色谱联用，并且高压液相色谱条件和离子淌度质谱条件的优化才能实现对甲氧基化多溴联苯醚同时基于疏水性差异和离子淌度差异的全面分离。国际上Giles课题组研制了一台环形离子淌度分离器，可在同分异构体离子回旋100圈后达到～750分辨率，但仪器搭建复杂且费时(K.Giles,J.Ujma,J.Wildgoose,S.Pringle,K.Richardson,D.Langridge,M.Green,ACyclic Ion Mobility-Mass Spectrometry System,Anal.Chem.91(13)(2019)8564-8573.)。Hill课题组将两台离子淌度仪器串联使用，搭建了一台新的仪器可同时实现质量选择和离子淌度选择的碎片化模式，并用于相似同分异构体的分离(H.Li,B.Bendiak,W.F.Siems,D.R.Gang,H.H.Hill,Carbohydrate Structure Characterization by TandemIon Mobility Mass Spectrometry(IMMS)2,Anal.Chem.85(5)(2013)2760-2769.)。
尽管目前已有一些提高同分异构体鉴别能力的现有技术，但大多数方法都涉及复杂且昂贵的仪器改造或搭建，在常规实验室条件下无法获得，因此极大地限制其普适性。
发明内容
本发明为克服上述现有技术在鉴别同分异构体化合物时存在分辨率不高和造价高昂的问题，提供一种提高同分异构体化合物鉴别能力的方法。
本发明上述目的的实现通过以下技术方案实现：
一种提高同分异构体化合物鉴别能力的方法，采用离子淌度-质谱仪进行，所述离子淌度-质谱仪包括离子源、碰撞池、离子淌度谱和质量分析器；
具体包括如下步骤：
S1.利用离子源将同分异构体化合物样品离子化产生同分异构体离子；
S2.调节碰撞池的入口与出口之间的电势差为30～45V，并使S1.所得同分异构体化合物离子通过碰撞池；
S3.同分异构体化合物离子从碰撞池进入离子淌度谱中分离，质量分析器检测并获得质谱图。
一般地，现有技术中对碰撞池施加较低的电势差(4V以下)，以便离子通过。然而发明人意外发现，在较高的电势差下，能够显著降低共存构象数，降低离子淌度谱峰宽度即提高其在离子淌度谱中的分离度，因此，离子淌度谱峰分辨率提高2～3倍，大大增强了该方法对同分异构体的分辨能力。但如果电势差过高，又会导致离子过度碎片化，分离度又发生下降。
优选地，S1.中，当所述同分异构体化合物样品为液体样品时，将其溶液装入纳喷针，采用电喷雾电离的方式进行离子化产生离子。
更优选地，所述纳喷针曲率直径为100nm～10μm。更优选地，所述纳喷针曲率直径优选为1μm。纳喷针曲率直径控制在这个尺寸，可产生较好的除盐效果(避免盐加和现象)且不容易在喷雾过程中发生堵塞。
优选地，S1.中，所述同分异构体化合物样品为固体样品时，采用固体采样离子源离子化产生同分异构体化合物离子。
更优选地，所述固体采样离子源优选为采用电喷雾电离源ESI、解吸电喷雾源DESI、激光解吸/电离源LDI或基质辅助激光解吸/电离源MALDI的任意一种。
优选地，S1.中，所述同分异构体化合物样品可以是单一化合物的同分异构体样品，也可以是构成同分异构体的至少两个化合物的混合样品。当样品为混合样品时，优选为含有两个化合物。两个化合物之间的比例可以是任意比。更优选为摩尔比为1:10～10:1。
优选地，所述碰撞池为真空或以惰性气体填充。优选地，碰撞池中的气压范围可以是1×10-7～1×105Pa。
优选地，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气或氢气中的任意一种或混合。更优选地，所述惰性气体为氮气。
最优选地，S2.中，所述碰撞池的入口与出口之间的电势差最优选为40±2V。发明人验证发现，在此电势差下，对分辨率的提高效果最为显著。
优选地，所述同分异构体化合物为含糖基的同分异构体。更优选地，为糖基部分存在异构的同分异构体化合物。更优选为含单糖基的同分异构体。本发明中，所述同分异构体包括构造异构和立体异构。更具体地，所述同分异构体包括位置异构、对映异构和差向异构。
作为本发明方法的一些具体示例，所述同分异构体是源自以下式(Ⅰ)、式(Ⅱ)、式(Ⅲ)含单糖基的化合物。
Figure BDA0002765447920000031
Figure BDA0002765447920000041
更具体地，式(Ⅰ)产生的同分异构体，包括但不限于：
Figure BDA0002765447920000042
更具体地，式(Ⅱ)产生的同分异构体，包括但不限于：
Figure BDA0002765447920000043
更具体地，式(Ⅲ)产生的同分异构体，包括但不限于：
Figure BDA0002765447920000044
本发明中，所述离子淌度谱为可用于离子碰撞截面分离的分析器。优选地，所述离子淌度谱优选为漂移时间离子淌度谱DTIMS、行波离子淌度谱TWIMS、场不对称离子淌度谱FAIMS的任意一种。
优选地，所述质量分析器优选为磁场分析器、四级杆分析器、离子阱分析器、飞行时间分析器、傅里叶变换分析器的一种或多种。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明巧妙地提高了碰撞池入口和出口的电势差，从而使同分异构体化合物离子的共存构象数降低，从而降低离子淌度谱峰宽度即提高其在离子淌度谱中的分离度，结果表明，本发明的方法可以提高同分异构体的离子淌度谱峰分辨率2～3倍，大大增强了该方法对同分异构体的鉴别能力。本发明并未对现有仪器进行任何复杂改造，因此十分简便，并且该方法具有广泛的普适性和应用前景，可“百搭”于市面上所有商品化的离子淌度-质谱仪。
附图说明
图1是本发明实施例使用的离子淌度-质谱仪的结构示意图，标记为：1-纳喷针、2-采样锥、3-辅助气体、4-碰撞池、5-离子淌度谱、6-质量分析器。
图2是本发明实施例中五种不同糖苷键位置的单糖衍生物同分异构体1-GF、2-GF、3-GF、4-GF和6-GF的结构式，以及两组不同糖基类型的同分异构体(如Glu-MCF、Gal-MCF和Man-MCF，以及Ara-MCF和Xyl-MCF)。
图3为本发明实施例1中a)1-GF、b)2-GF、c)3-GF、d)4-GF和e)6-GF在不同电势差下的离子淌度谱图。
图4为本发明实施例1中a)Glu-MCF、b)Gal-MCF和c)Man-MCF，以及d)Ara-MCF和e)Xyl-MCF在不同电势差下的离子淌度谱图。
图5为本发明实施例1中1-GF、2-GF、3-GF、4-GF和6-GF五种同分异构体在电势差为4V和40V时的离子淌度谱图。
图6为本发明实施例1中Glu-MCF、Gal-MCF和Man-MCF三种同分异构体在电势差为4V和40V时的离子淌度谱图。
图7为本发明实施例1中Ara-MCF和Xyl-MCF两种同分异构体在电势差为4V和40V时的离子淌度谱图。
图8为本发明实施例2中4-GF和6-GF二元混合物(摩尔浓度比为1:1)在电势差为a)4V和b)40V时的离子淌度谱图。
图9为本发明实施例2中4-GF和6-GF二元混合物的信号强度比值随摩尔浓度比值变化的线性定量关系。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
实施例1
采用的设备如图1所示，具体操作步骤如下：
S1.将含糖基的五种同分异构体1-GF、2-GF、3-GF、4-GF、6-GF溶液(互为构造异构中的位置异构)、三种同分异构体Glu-MCF、Gal-MCF和Man-MCF(其中，Glu-MCF和Gal-MCF互为对映异构体、Man-MCF和其他二者互为差向异构体)和两种同分异构体Ara-MCF和Xyl-MCF(互为立体异构中的差向异构)分别装入曲率直径为1μm的纳喷针进行电喷雾电离，将同分异构体分子进行离子化产生离子；
S2.同分异构体离子通过采样锥进入充满氮气的碰撞池中，分别调节碰撞池的入口和出口的电势差为4V、10V、20V、30V、40V，并使同分异构体离子通过碰撞池；
S3.同分异构体离子进入的离子淌度谱分离，接着进入质量分析器检测得到质谱图，如图3a～3e所示。
从图3和图4可以看出，当电势差仅提高至10V～20V时，对于分辨率的提高并无帮助，当电势差提升至30V以上，尤其是40V时，五种同分异构体(1-GF、2-GF、3-GF、4-GF和6-GF)、三种同分异构体(Glu-MCF、Gal-MCF和Man-MCF)和两种同分异构体(Ara-MCF和Xyl-MCF)的离子淌度谱分辨率均有显著的提高。另外，发明人还尝试将电势差增加至更高水平，当S2.所述碰撞池的入口和出口的电势差提升至50V时，会产生较严重的碎片化，从而降低谱图信噪比(结果未展示)。
从图5还可以看出，随着电势差提升至40V，6-GF和1-GF以及6-GF和4-GF的分离度可分别从28％提高到70％，32％提高到70％。相似地，6-GF和2-GF以及6-GF和3-GF的分离度可分别从20％提高到45％，12％提高到28％。从图6和图7也可以看出，Glu-MCF、Gal-MCF和Man-MCF之间的分离度以及Ara-MCF和Xyl-MCF之间的分离度都有一定程度地提高。分离度是通过两个同分异构体之间交点所对应的信号强度与任一同分异构体自身信号强度的比值计算所得。
实施例2
采用的设备如图1所示，具体操作步骤如下：
S1.将含糖基同分异构体4-GF和6-GF(互为构造异构中的位置异构)不同比例(1:9、2:8、3:7、4:6、5:5、6:4、7:3、8:2、9:1)的共9组溶液分别装入曲率直径为1μm的纳喷针进行电喷雾电离，将同分异构体分子进行离子化产生离子；
S2.同分异构体离子通过采样锥进入充满氮气的碰撞池中，分别调节碰撞池的入口和出口的电势差为4V、40V，并使同分异构体离子通过碰撞池；
S3.同分异构体离子进入的离子淌度谱分离，接着进入质量分析器检测得到质谱图，如图6和图7所示。
从图8可以看出，当电势差为4V时，4-GF和6-GF二元混合物并不能很好地分开，而当电势差提升至40V时，4-GF和6-GF二元混合物的离子淌度谱分离度有显著提高。
从图9可以看出，由于40V电势差条件可显著提高分离度，4-GF和6-GF各自的信号强度随其不同的摩尔浓度比呈良好的线性关系，相关系数(R2)为0.980，证明了该方法具有对同分异构体混合物进行直接半定量分析的能力。
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；
显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种提高同分异构体化合物鉴别能力的方法，其特征在于，采用离子淌度-质谱仪进行，所述离子淌度-质谱仪包括离子源、碰撞池、离子淌度谱和质量分析器；
具体包括如下步骤：
S1.利用离子源将同分异构体化合物样品离子化产生同分异构体离子；
S2.调节碰撞池的入口与出口之间的电势差为30～45V，并使S1.所得同分异构体化合物离子通过碰撞池；
S3.同分异构体化合物离子从碰撞池进入离子淌度谱中分离，质量分析器检测并获得质谱图；
所述同分异构体是源自以下式(Ⅰ)、式(Ⅱ)、式(Ⅲ)含单糖基的化合物：
Figure FDA0003456083100000011
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1.中，当所述同分异构体化合物样品为液体样品时，将其溶液装入纳喷针，采用电喷雾电离的方式进行离子化产生离子。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述纳喷针曲率直径为100nm～10μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1.中，当所述同分异构体化合物样品为固体样品时，采用固体采样离子源离子化产生同分异构体离子。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述固体采样离子源为电喷雾电离源ESI、解吸电喷雾源DESI、激光解吸/电离源LDI或基质辅助激光解吸/电离源MALDI的任意一种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碰撞池以氮气、氩气、氦气或氢气中的任意一种或混合气体填充。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2.中，所述碰撞池的入口与出口之间的电势差为40±2V。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离子淌度谱为漂移时间离子淌度谱DTIMS、行波离子淌度谱TWIMS、场不对称离子淌度谱FAIMS的任意一种。
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