SCIEX ZenoTOF® 7600能量分辨质谱（ER-MS）实现天然产物异构体鉴定

2025-12-11 14:16:49, SCIEX SCIEX

结构异构体鉴定一直是化学、药学和生化领域的分析难点。近期，中国科学院上海有机化学研究所郭寅龙研究员团队在《Analytical Chemistry》上发表研究成果，报道基于ZenoTOF^® 7600系统的电子活化解离（EAD）技术开发了一种创新性方法，即借助EAD功能实现的能量分辨质谱（ER-MS），实现结构异构体质谱鉴定，成功鉴定了二糖和黄酮苷的结构异构体，如：糖苷键异构体、组成异构体和构象异构体，鉴定准确度高达93.8%。

该结果表明：基于EAD技术的ER-MS结合多维质谱相似性算法大大提高了结构异构体鉴定的深度和准确度，解决了传统质谱对结构相似异构体“鉴别盲区”的难题。

ZenoTOF电子活化解离（EAD）介绍

EAD是SCIEX高端的ZenoTOF质谱上标配的全新碎裂技术，和碰撞诱导碎裂(CID)技术互为补充。EAD具备两条协同作用的途径：

其一是电子移除机制：

通过产生自由基阳离子，引发并传递超快自由基链式反应，从而生成诊断性碎片离子；

其二是电子激发机制：

将离子提升至激发态，使其能够发生竞争性裂解。

这两种机制恰好弥补了传统CID，基于键能断裂和碎裂不充分的劣势。因此，EAD技术已被用于小分子异构体的结构区分，特别是在脂质结构精准表征和侧链结构异构体的分析上。在ZenoTOF仪器中，EAD的电子动能（KE）在0-50 eV区间可调，获得多重碎裂信息，通过碎片信息与信号强度等多维度表征异构体结构。

实验设计与核心数据支撑

研究团队先以15种二糖（覆盖连接方式1-2/1-3/1-4/1-6、组成及α/β构型异构体）和103种黄酮（含黄酮醇、异黄酮等6类骨架，及O-糖/C-糖两种糖苷类型）的标准品，基于SCIEX ZenoTOF^® 7600质谱系统，结合在线能量EAD采集模式开展实验。

二糖异构体鉴定

针对二糖母离子m/z 365([M+Na]⁺）的EAD-MS/MS分析（图1）显示，EAD生成碎片m/z 259可作为1-4/1-6糖苷键二糖特征碎片离子，如：麦芽糖（maltose）、异麦芽糖（isomaltose）均能检测到m/z 259峰，而1-2/1-3糖苷键二糖（如曲二糖kojibiose、黑曲霉二糖nigerose）无此峰；蔗糖（glcα1-2fru）和松二糖（glcα1-3fru）则分别产生特征性断环碎片m/z 261和m/z 275。上述信息能够实现不同链接方式二糖的精准区分。

图1. 二糖异构体[M+Na]⁺(m/z 365)的

正离子模式EAD-MS/MS谱图。

各谱图对应的二糖为：(A)曲二糖，(B)黑曲霉二糖，(C)麦芽糖，(D)异麦芽糖，(E)蔗糖，(F)松二糖，(G)麦芽酮糖，及(H)帕拉金糖；以及(I)曲二糖和(J)黑曲霉二糖。

黄酮苷异构体鉴定

对芹菜素O-葡萄糖苷m/z 433（[M+H]⁺）的分析（图2）表明，在8 eV KE下，芹菜素4''-O-葡萄糖苷可检测到m/z 397（[M+H]-2H₂O）和m/z 295（⁰^,²X₀-H₂O），而芹菜素7-O-葡萄糖苷并不产生任何高m/z的碎片离子；在KE 15 eV时，芹菜素5-O-葡萄糖苷则出现m/z 325（^1,4X₀-H₂O）和m/z 359（^3,5X₀）特征碎片离子。

图2. 芹菜素O-葡萄糖苷异构体[M+H]⁺(m/z 433)的

正离子EAD-MS/MS谱图。

(A)-(C)谱图对应的异构体分别为：(A)芹菜素-7-O-葡萄糖苷，(B)芹菜素-4′-O-葡萄糖苷，(C)芹菜素-5-O-葡萄糖苷（电子动能均为15 eV）；(D)为电子动能8 eV条件下的谱图。

能量分辨质谱（ER-MS）与算法验证EAD区分同异构体功能

研究通过能量分辨质谱（ER-MS）构建碎片离子强度-不同KE曲线图，进一步验证该方法的可行性（图3）。例如，在图（A，B）中特征碎片m/z 157，其能量依耐性曲线中，葡萄糖与半乳糖组成的二糖异构体（如乳糖vs蜜二糖）曲线差异显著，归因于C4-OH取向引发的¹^,⁵A₀裂解偏好；在图（C，D）中的特征碎片m/z 245，则可区分α/β糖苷键（如α-麦芽糖vs β-纤维二糖），该结果体现了不同结构异构体在EAD介导的能量依赖性上的解离差异。

图3. 不同二糖及黄酮苷异构体的诊断离子的能量依赖性碎片曲线。

(A,B)m/z 157：在(A)中对应乳糖（黑色）、纤维二糖（红色）和麦芽糖（蓝色）；在(B)中对应蜜二糖（黑色）、异麦芽糖（蓝色）和龙胆二糖（红色）。

(C,D)m/z 245：在(C)中对应乳糖（黑色）、纤维二糖（红色）和麦芽糖（蓝色）；在(D)中对应蜜二糖（黑色）、异麦芽糖（蓝色）和龙胆二糖（红色）。

(E)m/z 303及(F)m/z 465：槲皮素3-O-新橙皮糖苷（黑色）、槲皮素3-O-芸香糖苷（红色）和槲皮素3-O-刺槐二糖苷（蓝色）。

在实际样品中，该体系对果皮中黄酮鉴定结果，其符合一级鉴定精度的鉴定准确率达49.2%（MS-DIAL仅37.5%），米酒、啤酒中二糖鉴定结果，其符合一级鉴定精度的鉴定准确率分别为44.4%、50.0%，且通过标准添加实验，确认米酒中含laminarities（glcβ1-3glc）、soporose（glcβ1-2glc）等5种二糖异构体。

总结

SCIEX ZenoTOF^® 7600系统的EAD技术通过电子活化解离机制，为天然产物同分异构体产生高效解离路径，结合多维质谱相似性算法，为结构异构体的鉴定打开了新的路径，突破了传统质谱的技术瓶颈。该方法为生物标志物挖掘、天然产物和合成生物天然产物发现等领域的异构体分析提供了可靠技术方案。

SCIEX ZenoTOF液质联用系统简介

SCIEX ZenoTOF^® 7600系统是由SCIEX公司推出的最新的高端高分辨系列质谱，不但包含传统的CID碎裂模式，还包含EAD碎裂模式。EAD碎裂模式和CID碎裂模式因其碎裂原理不同，其两者碎片表现出强互补性，为结构的准确鉴定提供了进一步完善的解决方案。

EAD碎裂模式的电子动能 (KE，Electron Kenetic Energy，EAD参数) 可调，保证了EAD技术可以在一台仪器上实现ECD (Electron Capture Dissociation)、HotECD (Hot Electron Capture Dissociation) 和EIEIO三种裂解，从而使其能真正做到大分子和小分子应用的全兼容。EAD因其碎裂模式的独特性被广泛应用到蛋白质从头测序、免疫太祖学、蛋白翻译后修饰精准定位、二硫键位点鉴定、脂质分子结构精准注释（sn-位置、双键定位、双键顺反等）和天然产物（代谢物）同分异构体的定性和定量，在分析化学的进步发挥了独特作用。

原文下载链接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.5c05440

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