Et kæmpe fremskridt inden for spektrometri

En afbildning af ladningsreduktionsproces, der bruges som en forbehandlingsproces af massespektrometri, MS (eller ionmobilitetsspektrometri, IMS). For at øge nøjagtigheden af spektrum, overskydende ladninger på den molekylære ion (PEG i denne figur) fjernes via kollision med anion i gas. Kredit:Kanazawa University

Massespektrometre (MS) er blevet væsentlige værktøjer i kemi- og biologilaboratorier. Evnen til hurtigt at identificere de kemiske komponenter i en prøve giver dem mulighed for at deltage i en bred vifte af eksperimenter, herunder radiocarbondatering, proteinanalyse, og overvågning af stofskifte.

MS-instrumenter virker ved at give analytmolekylerne en elektrisk ladning, og skyde dem gennem et område i rummet med et ensartet elektrisk felt, som krummer deres bane til en cirkel. Cirklens radius, som afhænger af forholdet mellem molekylets masse og ladningen, detekteres og sammenlignes med kendte prøver. Fordi metoden kun kan måle dette forhold, ikke selve massen, overskydende afgifter kan føre til unøjagtige eller tvetydige resultater.

Nu, et team af forskere ledet af Kanazawa University brugte en kraftig simulering af molekylær dynamik til bedre at forstå effekten af overskydende ladninger på molekyler testet af en MS. De modellerede effekten af at tilføje molekyler med den modsatte ladning for at neutralisere overskydende ladning. I dette tilfælde, den positive ladning på polyethylenglycol (PEG) kan reduceres via kollision med negativt ladet NO ₂ - ioner.

Imidlertid, dette kompliceres af det faktum, at sandsynligheden for at kollidere afhænger af mængden af ladning i første omgang. "Ladede polymerer kan adoptere ladningstilstandsafhængige strukturer på grund af elektrostatisk strækning, " siger førsteforfatter Tomoya Tamadate. F.eks. med lille overskydende ladning, PEG antager en kompakt form. Imidlertid, efterhånden som afgiften steg, den gensidige frastødning mellem de positive ladninger får det til at rette sig ud.

En oversigt over udviklet beregningsmodel (kontinuum - molecular dynamics simulation hybrid method). I denne model, når inter-ion afstanden er tilstrækkelig lang, relativ bevægelse er beskrevet ved diffusionsligninger (kontinuum), i mellemtiden inden for en bestemt afstand (skrevet med stiplet linje), molekylær dynamik (MD) simuleringer bruges til at beregne banen. For at øge beregningsomkostningerne. vi udfører MD-simulering med kun at arrangere gasmolekyler omkring målioner. Kredit:Kanazawa University

For at hjælpe med at fremskynde beregningerne, holdet brugte "kontinuumstilnærmelsesmetoden", som kun begyndte at simulere alle atomerne i NO ₂ - molekyle, når det nærmede sig tæt nok på PEG.

(a) Rekombinations(kollisions)hastighedskoefficienten for PEG-ion med forskelligt antal ladninger. Denne kollisionshastighedskoefficient viste god overensstemmelse med eksperimentelt målt ladningsreduktionshastighed. (b) Translationel hastighedsfordeling af NO ₂ - ion ved kollision. Vi forventer, at den kinetiske energi kan bruges til at evaluere muligheden for en kollisionsinduceret reaktion. Kredit:Kanazawa University

"Succesen med dette projekt viser, at hybrid kontinuum-molekylær dynamiksimuleringer kan bruges mere generelt til at studere kollisionsdrevne reaktionsmolekyler, der kan antage forskellige konformationer, " siger seniorforfatter Takafumi Seto. Resultaterne kan føre til mere effektive metoder til at kontrollere overskydende ladning i prøvemolekyler, hvilket vil give mere præcise resultater.

Sidste artikelSensei RNA:Jernhånd i en fløjlshandske

Næste artikelNye biomaterialer kan finjusteres til medicinske anvendelser