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当前环糊精（CDs）表征依赖质谱（MS）质荷比及碎裂模式，缺乏直接证据。研究人员利用环状 IMS-MS，发现钠化 α-、β-、γ-CD 碰撞活化生成异构离子，其碎裂程度更高，提示可能经开环异构化，为 CDs 表征及碎裂机制研究提供新视角。
环糊精（Cyclodextrins, CDs）作为一类由葡萄糖单元通过糖苷键连接而成的环状低聚糖，因其独特的疏水空腔结构和良好的生物相容性，在医药、食品、环保等领域展现出广泛应用价值。例如在制药行业，CDs 能增强药物溶解度与稳定性，是理想的药物递送载体；在环境治理中，可用于吸附处理全氟烷基物质（PFAS）。然而，当前基于串联质谱（MS）的 CDs 结构表征方法，主要依赖精确质量测定和特征碎裂模式（如依次丢失葡萄糖单元产生 162 Da 碎片离子），难以直接揭示其气相离子活化过程中的结构动态变化，尤其是环糊精环是否发生开环异构化这一关键科学问题，长期缺乏直接实验证据支撑。尽管已有研究推测环糊精碎裂可能伴随环打开，但其异构化中间体的分离与验证始终未实现，制约了对 CDs 气相行为的深入理解。
为填补这一研究空白，美国杨百翰大学（Brigham Young University）的研究团队开展了相关研究，成果发表于《International Journal of Mass Spectrometry》。他们借助环状离子淌度质谱（Cyclic Ion Mobility Spectrometry, Cyclic IMS）这一多维分离分析技术，首次在气相中观察到钠化环糊精（[CD + Na]+）经碰撞活化后生成异构离子，并通过离子淌度分离与碎裂研究，揭示了环糊精结构转化与碎裂机制的内在联系，为 CDs 的精准表征提供了全新思路。
研究主要采用以下关键技术方法：
- 环状离子淌度质谱（Cyclic IMS-MS）：搭载于 Waters Select Series Cyclic IMS 质谱仪，可在离子淌度分离前或后进行碰撞活化，实现同分异构体的分离与碎裂分析。
- 电喷雾离子化（ESI）：将 α-、β-、γ-CD 的水溶液（250 ppm）通过静态电喷雾注入仪器，实现钠加合物离子（[CD + Na]+）的生成。
- 碰撞诱导解离（Collision-Induced Dissociation, CID）：在离子淌度分离前后施加能量，诱导离子碎裂并分析产物。
测量 [β-CD + Na]+及其双电荷二聚体
通过环糊精溶液输注与钠加合物分离，发现 [β-CD + Na]+在环状 IMS 中呈现单一迁移率峰，而其二聚体 [(β-CD)2+2Na]2+因电荷状态差异迁移率不同。利用环状 IMS 的预 IMS 活化功能，对钠化环糊精离子施加高能碰撞，成功生成与母体离子等压的异构离子，并通过离子淌度分离排除碎片离子干扰。
异构离子的碎裂行为研究
对分离后的钠化 α-、β-、γ-CD 异构离子进行碎裂分析发现，活化生成的异构离子相较于原始钠化环糊精，碎裂程度显著更高。例如 [γ-CD + Na]+异构离子需更高能量触发碎裂，表明不同环大小的 CDs 异构化能垒存在差异。结合迁移率差异，推测异构离子可能为开环结构，其碎裂路径主要源于开环异构体的进一步解离。
环糊精开环异构化的机制探讨
研究结果表明，钠化环糊精在碰撞活化下会发生构象转变或异构化，形成迁移率更高的异构体（可能对应环打开后的线性结构）。这一过程削弱了糖苷键稳定性，使得异构离子更易碎裂，从而解释了传统质谱中观察到的碎片离子分布。该发现首次通过实验直接证实 CDs 碎裂前存在异构化步骤，为 “环打开→碎裂” 的两步机制提供了关键证据。
研究结论与意义：
本研究通过环状 IMS-MS 技术，首次在气相中分离并验证了钠化环糊精碰撞活化生成的异构离子，证实其碎裂过程伴随环打开异构化。研究结果不仅深化了对环糊精气相离子化学行为的理解，揭示了 “异构化 - 碎裂” 的两步机制，也为 CDs 及其衍生物的结构表征提供了正交于传统质谱的新维度 —— 离子迁移率维度，可通过区分同分异构体提升分析准确性。此外，该方法为糖类化合物气相结构动态研究提供了普适性策略，有望推动手性分离、药物递送系统优化等领域的发展。未来研究可进一步拓展至其他糖类分子或复杂生物大分子的构效关系研究，探索离子淌度技术在生物分析中的更多应用潜力。
