导读

近日，清华大学精密仪器系生医仪器与应用团队在《科学》杂志上发表了题为 《手性分子质谱分析技术》（Differentiating Enantiomers by Directional Rotation of Ions in a Mass Spectrometer）的研究论文，提出一种电场诱导的离子定向旋转技术，实现了对手性对映体的直接质谱分析。

现代质谱（Mass spectrometry, MS）技术具有高灵敏、高特异性的优点，却无法区分手性对映体，通常需要与气相色谱或高效液相色谱联用，并配合手性固定相来进行对映体分析。清华大学精密仪器系生物医学仪器与应用研究团队提出了一种电场诱导的离子定向旋转技术，与先前提出的超高场超高分辨离子云扫描技术（分辨率超过1万，Nat. Commun. 2023, 14, 1535）相结合，在Mini β小型质谱仪器（清谱科技（北京））上实现了对映体的直接分析（图1）。该技术使用双交流电（AC）共振激发来控制离子旋转方向，从而在离子云扫描分析过程中使对映体离子产生碰撞截面积差异，通过扫描激发振荡电压获得对映体离子的高分辨谱图。

图1. 在线性离子阱中捕获的对映体离子的宏观运动和定向旋转的原理、仪器设置和仿真

图2. 对映体分离的定向旋转效应表征

离子定向旋转技术显示出对手性化合物的普适性。可以分离药物、代谢生物标志物、糖类以及氨基酸等多种单中心或多中心的手性对映体分子，并展现出优异的定量分析特性。此外，该技术可用于不对称催化来优化对映选择性合成的反应条件（图3）。以不对称氢化反应为例，对于不同配体条件下的对映体过量，相较于色谱配合手性相这一当前主流的手性分析方法（1毫克，数小时/次），离子定向旋转技术所需的样品量更少（10纳克），分析效率（1分钟/次）得到显著提升，展现出极好的应用前景。

图3. 不对称氢化反应催化剂的快速筛选

该研究的第一完成单位为清华大学精密仪器系、精密测试技术及仪器全国重点实验室。本文第一作者为清华大学精仪系周晓煜副教授，通讯作者为精仪系欧阳证教授，其他作者还包括精仪系2020级博士生王卓凡和2022级博士生李帅，清谱科技首席科学家卜杰洵，化学系2020级博士生荣先乐和刘强副教授，研究得到了清华大学化学系瑕瑜教授、精仪系马潇潇副教授与张文鹏副教授的大力帮助。该研究得到了国家自然科学基金项目和清华大学精准医学科研项目资助。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj8342

来源：清华大学精密仪器系