大自然的未知宇宙化学利用小说质量规范组合

宇宙中充斥着数十亿的化学物质。但即使有一群高科技仪器,科学家们已经确定了只有一小部分化合物的化学结构,也许1%。

科学家在美国能源部太平洋西北国家实验室(用电)瞄准另外的99%,创造了新的方法来了解更多关于大量的未知化合物。可能有治疗疾病,为应对气候变化的新方法,或者新的化学或生物威胁潜伏在宇宙化学。

工作是倡议的一部分米/问或“米在问”质量除以电荷速记,象征的方法之一,科学家们测量化学性质在质谱分析。

“现在,我们可以从土壤样品,,根据土壤类型不同,可能会有成千上万的化合物在一茶匙的价值,”托马斯·梅茨说,他是米/问倡议。”,我们不知道他们中的大多数而言,他们的化学结构。我们只是不知道。”

科学家通常依靠引用库包含成千上万的分子识别物质的信息。研究人员他们的土壤样本,身体,或其他地方和比较他们在图书馆测量的实验。虽然这很有用,它限制了科学家只有结构识别分子,被认为为例,通过分析标准化合物从化学供应商购买。

米/问科学家们正在瞄准另外99%,尚未鉴定。

在最新的发展,科学家领导的研究小组亚当Hollerbach结合两个高分辨率的仪器放到一个系统大小分子以前所未有的细节。结果是6月12日在线发表在《华尔街日报》分析化学。

现在,科学家可以使几个重要测量化合物在一次实验中,获得重要的信息更快,比以前更方便,更准确。

Hollerbach的技术适用于ions-molecules正或负电荷。这使得他们更容易控制,可以使用质谱检测。

质谱:离子语者的工具

喜欢研究它们的人,离子有很多特性,区分一个从另一个。在人、重量、头发的颜色、大小、形状、眼睛的颜色,和许多其他特征帮助我们知道谁是谁。对于离子,识别特征包括质量、形状、大小、电荷和化学成分。这些不仅作为标识符,还指导相关分子的behavior-clues他们潜在的治疗疾病或吸收污染物,例如。

理解应该帮助成绩的太平洋西北国家实验室的科学家们的努力集中在理解微生物对气候的影响。微生物中发挥关键作用的元素,如碳转化成其他形式对地球很重要。它们对气候变暖的影响或冷却地球是强大的。但是科学家们学习。

“可能会有数百万的克土壤中微生物,我们不知道他们中的大多数是谁或什么。有很多的发现仍然发生,”梅斯说。“从具有挑战性的科学的角度,这是最糟糕的情况下或我们的一个最大的机会,这取决于你如何看待它。”

m / q科学家们抓住这个机会。而不是框架内的问题相对较少的化合物,可以确定在传统质谱测量,他们试图超越当前的局限性和创建一种全新的方式确定今天是未知的。这有点像当一个新的望远镜部署和揭示了几个不同的明星之前,只有一个模糊的大杂烩的天体是可见的。

工作这两个实验,将分子通过步在实验室里,和在电脑上,科学家模型他们看到什么,预测他们可能会看到什么。

在实验中所描述的分析化学纸,Hollerbach和他的同事们让敏感的测量肽和脂质。实验结合两种乐器和类似的名称,但提供不同离子的详细信息。都是用于质谱,一个领域的历史是与太平洋西北国家实验室科学家发现交织在一起。

第一个工具是一个质谱仪,衡量离子的质量电荷和离子如何分裂。在这项研究中,研究小组使用了一个Orbitrap由热费希尔科学。等工具类分子不同的质量好,但是两个分子具有相同的质量是很难分开的。认为两个人,每个重达180磅。——又瘦又高,而另一个是短和粗壮。规模,他们是不可能分开的。

一个苗条的方法:离子迁移谱带来的结果

第二个被称为工具苗条:结构无损的离子处理。苗条,由太平洋西北国家实验室科学家理查德·d·史密斯和他的同事们,是一种离子迁移谱仪测量离子的大小和电荷。

苗条的,大小的笔记本电脑和站在四分之一英寸厚,是一个温室的分子活动。几十个长,蜿蜒的路径将小装置转换为一个42-foot-long分子赛马场,与离子电场控制严格的圆和圆的椭圆赛道上的重重障碍。

“障碍”是其他已知的分子如氦、氮分子。下的离子研究种族通过苗条的设备,他们浏览或通过其他分子,翻滚和迂回更像一个足球运行贯穿和周围反对阻滞剂。“离子迁移谱法”这个词真正抓住了行动。

通过记录需要多长时间离子完成导航的路线怎样巧妙地阻止ions-scientists学习各种各样的东西对离子的形状和大小。这些信息,这不是可以从一个标准的质量规范仪器,结合数据对离子的质量,电荷,分散模式。完全,数据产生离子的碰撞截面,其分子式,及其分裂模式,核心属性理解分子的结构。

“两个不同的分子可以有相同数量的原子,和相同的质量和电荷,但他们可能有非常不同的结构和活动。这就是苗条有区分,“Hollerbach说。“只是一个小改变就意味着分子之间的区别是指示性的疾病,另一个不是。”

Hollerbach的实验的关键是把两种不同的乐器,才能很好地在一起。虽然标准质谱和离子迁移谱法分析离子,他们工作在不同的时间尺度。离子使之旅苗条和到达Orbitrap速度比他们可以被处理。

所以Hollerbach了老技术,部署“dual-gated离子注入。”He added gates to control the intake of ions into the system and to control their arrival at the Orbitrap, choosing to send some of the ions from SLIM into oblivion to keep the flow at a manageable rate.

“真的,我们问的问题都非常简单,”Hollerbach说。“这是什么,有多少?但是我们使用的技术是复杂的。”

其他米/问科学家们正在研究其他方式来识别或利用未知的分子。有些从Hollerbach创建这样的方式使用数据的实验自动预测离子的结构,所以药品制造商和其他科学家会确切地知道他们正在使用。人侦察出成千上万的可能形式的化合物如芬太尼、分拣出不太可能从有一天可能会出现在大街上。然后他们预测这些化合物会表现在大规模spectrometer-creating识别他们如果他们出现。

工作中描述分析化学纸是由米/问计划在太平洋西北国家实验室。在EMSL进行了质谱测量,环境分子科学实验室,美国能源部科学办公室用户设备用电。

参考:Hollerbach,易卜拉欣YM, mera V, et AL . dual-gated结构无损的离子manipulations-ion流动性orbitrap质谱平台结合ultra-high-resolution分子分析。肛门化学。2023;95 (25):9531 - 9538。doi:10.1021 / acs.analchem.3c00881

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