Kollisionsinduzierte Dissoziation

Grundprinzip der Methode

Die kollisionsinduzierte Dissoziation (CID; englisch collision-induced dissociation, synonym collisionally activated dissociation) ist eine Methode zur Fragmentierung von Molekülionen in der Gasphase bei der Massenspektrometrie. Sie dient dazu, Molekülionen oder bereits entstandene, noch nicht eindeutig identifizierte Fragmente weiter zu zerlegen. Dadurch entstehen kleinere Fragmente, die sich eindeutiger identifizieren lassen.

Dazu werden die Ionen in einem elektrischen Feld beschleunigt und mit neutralen Gasmolekülen zur Kollision gebracht. Als Kollisionsgase können beispielsweise Helium, Stickstoff oder Argon eingesetzt werden. Bei der Kollision nimmt das Molekülion einen Teil der Energie als kinetische Energie auf. Ein weiterer Teil wird als innere Energie absorbiert. Diese innere Energie führt anschließend zur Fragmentierung des Molekülions.

Einsatzgebiete und verwandte Verfahren

CID wird unter anderem in bestimmten Tripel-Quadrupol-Massenspektrometern, in Reflektron-Flugzeitmassenspektrometern und in der Fourier-Transformations-Zyklotronresonanz-Massenspektrometrie verwendet. In Reflektron-Flugzeitmassenspektrometern kann die Methode beispielsweise bei der De-Novo-Peptidsequenzierung eingesetzt werden.

In einem Reflektron kann eine Fragmentierung alternativ durch einen LASER-induzierten Post-Source Decay (PSD) erreicht werden. Bei mehrfach geladenen Fragmenten sind außerdem Electron Capture Dissociation oder Elektronenstoßionisation als weitere Möglichkeiten zur Fragmentierung genannt. Eine weitere Dissoziationsform ist die Infrarot-Multiphotonen-Dissoziation.

Geräte und spezielle CID-Methoden

Beim Massenspektrometer mit drei Quadrupolen übernimmt jedes Quadrupol eine bestimmte Aufgabe: Der erste Quadrupol wirkt als Massefilter und selektiert die Molekülionen. Der zweite Quadrupol dient als Kollisionskammer, in der die Ionen mit neutralen Gasmolekülen kollidieren. Der dritte Quadrupol trennt die entstandenen Fragmente vor ihrer Registrierung durch den Detektor auf.

Bei der Fourier-Transformations-Ionen-Zyklotronresonanz-Massenspektrometrie ist SORI-CID (sustained off-resonance irradiation collision-induced dissociation) eine spezielle CID-Methode. Dabei werden die Molekülionen in einer Ionenfalle kreisförmig beschleunigt. Gleichzeitig wird die Teilchendichte erhöht, wodurch die kollisionsinduzierte Dissoziation ausgelöst wird.

Higher-energy collisional dissociation (HCD oder HE CID; synonym higher-energy C-trap dissociation) ist eine CID-Methode für Orbitrap-Massenspektrometer. Die Fragmentierung findet außerhalb der C-Falle statt. Die Molekülionen wandern durch die C-Falle in eine Kollisionskammer, die als Oktupol-Kollisionszelle ausgeführt ist, und anschließend über die C-Falle zurück zur Injektion in das Orbitrap. HCD besitzt bei der Massenanalyse einen höheren Cut-off-Wert und kann mit einer Isobarenmarkierung verwendet werden. Die Kollisionsenergie liegt bei HCD im oberen Bereich der kollisionsinduzierten Dissoziationen niedrigerer Energie und beträgt unter 1000 Elektronenvolt.

Arten der Bindungsspaltung

Bei der Fragmentierung werden homolytische und heterolytische Spaltungen unterschieden. Bei einer homolytischen Spaltung behält jedes der beiden Fragmente eines der Elektronen aus der gespaltenen Bindung. Bei einer heterolytischen Spaltung erhält dagegen eines der beiden Fragmente beide Elektronen der gespaltenen Bindung.

Die Bindungsspaltung muss nicht unmittelbar an der Ladung des Molekülions stattfinden. Sie kann auch räumlich von der Ladung getrennt sein. Diese Form wird als charge remote fragmentation bezeichnet und kann bei der Tandem-Massenspektrometrie auftreten.