Une représentation du processus de réduction de charge qui est utilisé comme processus de pré-traitement de la spectrométrie de masse, MS (ou spectrométrie de mobilité ionique, IMS). Pour augmenter la précision du spectre, les charges en excès sur l'ion moléculaire (PEG sur cette figure) sont éliminées par collision avec l'anion dans le gaz. Crédit :Université de Kanazawa
Les spectromètres de masse (MS) sont devenus des outils incontournables dans les laboratoires de chimie et de biologie. La capacité d'identifier rapidement les composants chimiques dans un échantillon leur permet de participer à un large éventail d'expériences, y compris la datation au radiocarbone, analyse de protéines, et la surveillance du métabolisme des médicaments.
Les instruments MS fonctionnent en donnant aux molécules d'analyte une charge électrique, et les tirer à travers une région de l'espace avec un champ électrique uniforme, qui courbe leur trajectoire en un cercle. Le rayon du cercle, qui dépend du rapport de la masse de la molécule à sa charge, est détecté et comparé à des échantillons connus. Parce que la méthode ne peut mesurer que ce rapport, pas la masse elle-même, des frais excessifs peuvent conduire à des résultats inexacts ou ambigus.
Maintenant, une équipe de chercheurs dirigée par l'Université de Kanazawa a utilisé une puissante simulation de dynamique moléculaire pour mieux comprendre l'effet des charges excessives sur les molécules testées par un MS. Ils ont modélisé l'effet de l'ajout de molécules de charge opposée afin de neutraliser l'excès de charge. Dans ce cas, la charge positive du polyéthylène glycol (PEG) peut être réduite par collision avec le NO chargé négativement
Cependant, ceci est compliqué par le fait que la probabilité de collision dépend de la quantité de charge en premier lieu. "Les polymères chargés peuvent adopter des structures dépendantes de l'état de charge en raison de l'étirement électrostatique, " dit le premier auteur Tomoya Tamadate. Par exemple, avec petit supplément, PEG prend une forme compacte. Cependant, au fur et à mesure que la charge augmente, la répulsion mutuelle entre les charges positives le fait se redresser.
Un aperçu du modèle de calcul développé (continuum - méthode hybride de simulation de dynamique moléculaire). Dans ce modèle, lorsque la distance inter-ion est suffisamment éloignée, le mouvement relatif est décrit par des équations de diffusion (continuum), pendant ce temps à une distance spécifique (écrit en trait interrompu), des simulations de dynamique moléculaire (MD) sont utilisées pour calculer la trajectoire. Afin d'augmenter le coût de calcul. nous effectuons une simulation MD en organisant les molécules de gaz uniquement autour des ions cibles. Crédit :Université de Kanazawa
Pour accélérer les calculs, l'équipe a utilisé la méthode « approximation continue », qui a seulement commencé à simuler tous les atomes du NO
(a) Le coefficient de taux de recombinaison (collision) de l'ion PEG avec un nombre différent de charges. Ce coefficient de taux de collision a montré un bon accord avec le taux de réduction de charge mesuré expérimentalement. (b) Distribution de la vitesse de translation du NO
"Le succès de ce projet montre que les simulations hybrides continuum-dynamique moléculaire peuvent être utilisées plus généralement pour étudier des molécules de réactions induites par collision qui peuvent prendre différentes conformations, ", déclare l'auteur principal Takafumi Seto. Les résultats peuvent conduire à des méthodes plus efficaces de contrôle de l'excès de charge dans les molécules d'échantillon, ce qui permettra d'obtenir des résultats plus précis.
