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EAD Talk | 声音专栏：探秘EAD与CID解离技术的协同优势

来源：SCIEX 分类：工作原理 2024-04-18 13:00:07 155阅读次数

Hey，大家好，我是您的质谱应用专家刘婷，20年的一线应用经验，让我深感到质谱应用信息共享的重要性。无论是质谱前沿技术，还是常用技术的深入应用，都希望在我的这个专栏中能和大家分享。“婷视角，看分析“希望拓宽您的视野，进入美妙的的质谱应用世界。

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大家好，我们又见面了。上期内容，大家了解了EAD（电子活化解离技术，electron activated dissociation）研发背景和ZenoTOF 7600高分辨质谱系统中EAD的工作原理。从上期内容中，大家了解到CID技术是基于气体介导的解离技术，EAD是基于电子介导的解离技术，两者因碎裂原理不同，所以MS/MS信息具有互补性。本期内容我们从大、小分子碎裂的实际例子出发，看看EAD在碎裂信息上到底和CID有什么不同，帮助我们精准理解EAD和CID的互补性。

本期内容概要

首先，我们先来看大分子。EAD工作时，如果运动能量KE<10eV时，我们就进入了ECD或HotECD模式，这两种模式在多电荷大分子碎裂上的应用由来已久^1,2。传统的CID碎裂模式主要碎裂多肽的酰胺键（O=C-N），形成b、y离子；这种弱键断裂不仅无法有效确认蛋白质的修饰位点，也不能测定蛋白质中的二硫键，甚至在测序过程中还无法区分亮氨酸（Leu）和异亮氨酸（Ile），天冬氨酸（Asp）和异门冬氨酸（IsoAsp）等异构体。然而，EAD碎裂模式断裂的是多肽的N-C_a形成c、z离子，或是断裂S-S键²，同CID解离化学键的位置不同，更能解决蛋白修饰位点，二硫键位点和氨基酸异构体的难题（图1）³。

图1. 不同碎裂模式对多肽股价碎裂位点³

在小分子应用中，当EAD调整运动能量KE>=10eV，就开始进入EIEIO模式。我们使用化合物利血平来看看CID和EAD技术的互补性，图2中展示了，EIEIO模式下，产生了不同于CID的5个离子碎片（m/z 251.1176，m/z 381.1814，m/z 414.2135，m/z 550.2637, m/z 594.2564），观察5个碎片断裂位点可以发现，其中的某个主要断裂位点是在C-C键上，这个断裂位点在CID模式中很少见；同时，我们可以发现CID谱图中丰度较高的碎片离子，在EIEIO谱图上没有或丰度较低。这都说明了CID和EAD技术的MS/MS信息的互补性。

图2. EIEIO MS/MS谱图与CID MS/MS谱图信息的互补性

为了更好地了解EAD碎片特点，检索利血平GC-MS的电子轰击离子源（EI源）碎片谱图，从表1中可以发现，EAD碎片和EI碎片具有相似性，7个主要EI源的碎片，在EAD碎片信息中能发现6个，而在CID碎片中仅仅能发现2个⁴。虽然很难说清楚EIEIO碎裂技术和EI源的碎裂有什么相似性，也没有文献比较过这两种技术，但这从侧面说明了CID和EIEIO的互补性，EIEIO碎片和EI这种硬电离模式产生的碎片可能存在某种关联性。

表1. GC-MS-EI模式下主要碎片，与EAD和CID模式下碎片比较分析

EIEIO技术和EI源碎裂的另一个相似处就是，都会产生自由基离子。在EIEIO谱图中，自由基碎片离子和它的+/- H碎片往往形成了共生峰，它们因断裂位点的结构不同而展示不同的丰度，这也成为EIEIO碎片离子的一个特点（图3）⁵。Takashi等人就应用这个特点，比较不同KE能量下，自由基碎片和其+/- H碎片丰度比的变化，判断磷脂酰胆碱（PC）酰基脂肪链的顺、反异构⁶。

图3. PC 16:1(n-7,cis)/16:1(n-7,cis)（上图）和PC 16:1(n-7,trans)/16:1(n-7,trans)（下图）在EIEIO碎裂模式下，双键位点n=7前后位点n-6和n-8的C-C断裂产生的自由基和其+/- H碎片丰度差异

听了上面的内容，不知道大家是不是对EAD和CID技术的互补性，有了更深入的理解。最后，我们来总结一下本期的内容：

当EAD的KE<10eV时，进入ECD和HotECD模式，可以断裂N-C_a键和S-S键，解决蛋白修饰位点，二硫键位点和氨基酸异构体的难题；

当EAD的KE>=10eV时，进入EIEIO模式，其断裂位点和CID的弱键断裂有所不同，和EI源碎片比较，有一定相似性；

EIEIO模式下产生的自由基碎片和其+/- H碎片的比例，也许能为深度结构解析提供应用空间。

本期的主要内容，就到这里了。后面几期内容，我们将按照脂质、生物药、蛋白组学、药物等不同应用分类，用具体的应用场景介绍EAD的应用，让大家更能了解EAD能解决那些问题。谢谢大家的收听，我们下期再见。

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参考文献

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1. R. A. Zubarev, N. L. Kelleher, F. W. McLafferty. Electron capture dissociation of multiply charged protein cations. A nonergodic process. J. Am. Chem. Soc. 120: 3265–3266, 1998.

2. Roman A. Zubarev, David M. Horn, Einar K. Fridriksson, Neil L. Kelleher, Nathan A. Kruger, Mark A. Lewis, Barry K. Carpenter, and Fred W. McLafferty. Electron Capture Dissociation for Structural Characterization of Multiply Charged Protein Cations [J]. Anal. Chem. 2000, 72, 563-573.

3. 石磊, 刘淑莹, Zubarev Roman A. 电子捕获解离技术在生物质谱中的作用 [J]. 化学进展Vol.23 No 8 1710-1718.

4. 刘婷, 郭立海. ZenoTOF? 7600系统中两种裂解技术产生碎片的互补性研究. Technote. RUO-MKT-02-14197-ZH-A.

5. J. Larry Campbell and Takashi Baba. Near-Complete Structural Characterization of Phosphatidylcholines Using Electron Impact Excitation of Ions from Organics. Anal. Chem. 2015, 87, 11, 5837–5845.

6. Takashi Baba, J Larry Campbell, J.C. Yves Le Blanc, and Paul R. S. Baker; Distinguishing Cis and Trans Isomers in Intact Complex lipids using Electron Impact Excitation of Ions from Organics (EIEIO) Mass Spectrometry; Anal. Chem. 2017, 89, 14, 7307–7315.