Electron activated dissociation (EAD)

EADはタンデム質量分析装置（MS/MS）アプリケーション向けの画期的なアプローチです。

Introduction Small molecule workflow Large molecule workflow

MS/MSのゴルディロックス原理

定性分析には様々なMS/MSスキャンタイプがありますが、最も広く用いられているのはプロダクトイオンスキャンです。これは、質量に基づいてプリカーサーイオンを選択し、それらを断片化し、生成されたプロダクトイオンを分析することを含みます。このプロセスでは、2段階の質量フィルタリングと、その間に挟まれたフラグメンテーションイベントより構成されます。プロダクトイオンの質量と質量差は、元の分子の構造や配列を決定するのに役立ち、フラグメンテーションに必要なエネルギーは、特定の化学結合の性質を明らかにします。

MS/MSが効果を発揮するためには、フラグメンテーションが解釈可能かつ再現可能でなければなりません。伝達されるエネルギーは「ちょうど良い」ものでなければなりません。つまり、親イオンを破壊することなく、診断に必要な生成プロダクトイオンを生成するのに十分なエネルギーである必要があります。適切なエネルギーを用いたとしても、フラグメンテーションが不十分な場合があり、スペクトルに欠落が生じたり、重要な診断イオンが欠落したりする可能性がある。重要な側鎖や修飾部分が切断されてしまい、それらの位置を示す痕跡が全く残らない可能性がある。

イオンをフラグメンテーションするために、光子、電子、原子、分子、固体表面など、さまざまなメカニズムが用いられてきました。最も一般的な手法は、原子、分子、または電子を用いてフラグメンテーションのためのエネルギーを与えるものです。

EADを用いた構造解析技術の革新

MS/MSを用いた生体分子の同定と特性解析における課題

MS/MSは現代の科学者にとって最も価値のある分析ツールの1つに進化しましたが、今日のMS/MSアプリケーションのほとんどは、フラグメンテーションを誘発するためにCID(衝突誘起解離）を使用しています。CIDは、ほとんどの定量分析を支える基礎的な技術となっており、無数の化合物の同定と構造解明も担っています。しかし、他のあらゆる手法と同様に、CIDにも限界があります。これらの制約は、特定の分子クラス、サイズ、および化学的性質の断片フラグメンテーションが不十分であるという形で現れ、それらの特性解析や選択的な定量を阻害する可能性があります。したがって、CIDの欠点を克服するためには、より優れたフラグメンテーション機構が必要であることは明らかです。

CIDだけでは不十分なケース

電子に基づくフラグメンテーション機構は、定性的なデータを向上させることでCIDの多くの欠点を克服し、構造解析におけるMS/MSの能力を大幅に拡張することができます。
しかし、市販されている電子ベースのフラグメンテーション装置のほとんどは、低分子分析または大分子分析のいずれか一方のみをサポートしており、両方をサポートしているものはほとんどありません。電子移動解離（ETD）および電子捕獲解離（ECD)では、低エネルギー電子を捕獲してフラグメンテーションを誘発する多価のプリカーサ―イオンが必要となります。逆に、有機物からのイオンの電子衝撃励起（EIEIO）やその他の高エネルギー電子フラグメンテーション技術は、一価のイオンをフラグメント化します。

CIDとETDの両方が利用可能な場合、不足している部分を補うために、紫外線光解離（UVPD）などの第3のフラグメンテーション技術がよく用いられます。簡便性と汎用性を考慮すると、理想的な電子ベースのフラグメンテーション装置とは、幅広い範囲でEADの電子エネルギーに対応でき、かつETDで必要とされるような試薬を一切不要にするものです。

EADとは？

電子を用いたフラグメンテーションは、分子の完全な同定と特性解析に不可欠な重要な情報を提供することが実証されています。その有用性はCIDにとどまらず、従来は解析が困難であった化合物に対しても、新たな重要な知見を提供します。EADは、照射される電子ビームの運動エネルギーと解離するプリカーサーイオンの電荷状態によって変化する、さまざまな電子ベースのフラグメンテーション機構を包含します。ZenoTOF システムの調整可能なEADセルは、この範囲の運動エネルギーを供給し、電荷に応じて反応時間を調整できるため、この手法の有用性を（一価の）低分子と（多価の）高分子の両方に拡張できます。

EADフラグメンテーションは高速かつ高感度であるため、高速クロマトグラフィー分離中でも、低濃度化合物やその変異体の構造解析を可能にします。従来CIDを使用していたワークフロー、例えば複雑な生物学的混合物の詳細な分析などはEADに適しており、EADによって分子構造を解明できる新たな情報が得られるようになりました。

MS/MS技術の開発への継続的な投資は、ますます多様化する化合物クラス、分子構造、およびサンプルタイプの特性解析を可能にするツールとワークフローを提供する上で極めて重要です。EADが提供する新しい情報により、科学者はより迅速かつ的確な意思決定を行うことが可能になり、研究開発の加速と日常的な分析アプリケーションの生産性向上につながります。

低分子に対するEADフラグメンテーション

研究開発ラボは、低分子化合物の特性評価において常に課題に直面しています。CIDはMS/MS実験において通常第一の選択肢となりますが、最も情報が必要な場面で、不可解なほど情報が得られないことがあります。CIDは限定的または非選択的なフラグメンテーションを引き起こす可能性があり、その結果、決定的なスペクトルが得られず、定量分析の精度が低下します。農薬、代謝物、脂質などの低分子は、大きさ、極性、溶解性において極めて多様性があり、問題をさらに複雑にしています。この問題は、しばしば感度の問題によってさらに悪化します。