应用分享 | DESI结合离子淌度可视化天然产物同分异构体空间分布

2024-09-05 17:45:11 74阅读次数

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本文基于环形离子淌度和解吸电喷雾电离质谱成像系统(Cyclic IMS-DESI), 测定植物根组织中同分异构体的特异性空间分布，通过环形离子淌度4圈分离得到花椒毒素和佛手柑内酯各自空间定位。方法简单无需复杂样品前处理，使得同分异构体原位质谱成像成为可能。离子淌度功能的加入为原位质谱成像提供了新的分离维度，进一步提高质谱成像结果的丰富性和准确性。

优势

DESI以其无损、无需衍生、无需基质、操作简单等特点成为目前质谱成像领域非常重要的研究工具；
Cyclic环形离子淌度可提供高达750的淌度分辨率，且可根据实验需求调整淌度分辨率；
质谱成像和离子淌度技术的完美融合，实现了同分异构体原位质谱成像；
专属TriWave功能模块，充分发挥四极杆、碎裂池、离子淌度分离等各功能单元作用，为化合物结构深度解析奠定基础。

图1. 目标同分异构体

实验结果

离子淌度分离目标同分异构体

图2. 花椒毒素和佛手苷内酯混合标准品溶液在Cyclic中不同淌度分离圈数对应淌度分离谱图；A) 淌度分离单圈混合标准品淌度分离图；B) 淌度分离2圈混合标准品淌度分离图；C) 淌度分离4圈混合标准品淌度分离图。

根组织样品中花椒毒素和佛手苷内酯空间分布

采用标准品优化的离子淌度分离参数对实际植物根组织样品进行DESI-IM-MS分析，对比实际样品淌度分离单圈和4圈效果。结果显示：

单圈淌度分离下可以获得花椒毒素和佛手苷内酯对应母离子质荷比的成像图，但通过淌度分离谱图可知此时成像图为二者混合叠加结果（图3.A）；
4圈淌度分离后获得花椒毒素和佛手苷内酯相同质荷比下两张成像图，对应淌度分离图上漂移时间(Drift Time, DT)分别为43.69 ms和45.34 ms（图3.B）。

借助Cyclic环形离子淌度多圈分离实现了原位电离分析下DESI质谱成像的同分异构体空间分布表征。

图3. DESI分析植物根组织样品在Cyclic中不同淌度分离圈数对应淌度分离谱图；A) 淌度分离单圈样品淌度分离图及成像图；B) 淌度分离4圈样品淌度分离图及成像图。

离子淌度辅助定性和结构解析

离子淌度质谱仪专属TriWave功能模块，充分发挥四极杆、碎裂池、离子淌度分离等各功能单元作用，为化合物结构深度解析奠定基础。本次实验中首先通过离子淌度对目标同分异构体进行分离，并将样品中目标物淌度行为和标准品进行比对分别获得花椒毒素和佛手柑内酯空间分布。此外实验中还将经过淌度分离后的目标物进行碎裂，获得各自二级碎片图谱（图4.B和D），对碎片进行分析，将获得的同分异构体二级碎片与开源数据库MassBank中标准品二级谱图（图4.A和C）比对具有高度一致性，说明可以利用此功能在没有标准品情况下定性异构体。结果发现佛手柑内酯的主要碎片m/z 174，m/z 202，花椒毒素的主要碎片m/z 161，m/z 174，m/z 202。由于佛手柑内酯没有特定碎片使之与花椒毒素进行区分，因此如果没有离子淌度功能的补充，无法利用碎片差异获得此对同分异构体各自空间分布。提示通过Cyclic IMS-DESI可以实现：1）质谱成像原位区分同分异构体；2）淌度分离后的碎裂功能辅助定性和结构解析。

图4. DESI-Cyclic环形离子淌度4圈淌度分离条件下实际样品中花椒毒素和佛手苷内酯淌度分离谱图及对应二级碎片谱图；A) MassBank库中佛手柑内酯二级谱图；B) 样品中DT43.69 ms峰二级谱图；C) MassBank库中花椒毒素二级谱图；D) 样品中DT45.34 ms峰二级谱图。

去除背景干扰

DESI质谱成像以其原位电离优势为大众熟知，与此同时也带来原位分析下不可避免的基质干扰问题，此时离子淌度技术的出现恰恰可以作为弥补，带来原位分析下的高质量质谱分析结果。本次实验通过样品单圈淌度分离已经可以非常好的体现离子淌度带给原位分析的优势。单圈淌度分离条件下，花椒毒素和佛手柑内酯混合标准品和样品中目标物均没有得到有效分离，但明显观察到样品背景中目标物存在干扰（图5.A）。此时通过淌度可以将背景干扰与目标峰分离，获得样品中特定组分空间分布信息，凸显了实际样品分析中离子淌度分离技术对原位质谱成像的关键性补充作用，使得实验结果更真实、准确。