传统的质谱法不能区分对映异构体或镜像异构体。2024年2月8日，清华大学欧阳证团队在Science在线发表题为“Differentiating enantiomers by directional rotation of ions in a mass spectrometer"研究论文，该研究报道了一种通过诱导手性气相离子的定向旋转来打破手性对称并区分对映体的技术。

采用双交流激励来控制捕获离子的运动，包括围绕质量中心的旋转和围绕陷阱中心的宏观运动。碰撞截面的差异可以通过10000以上高分辨率的离子云剖面来测量。采用微型离子阱质谱仪，将高场离子迁移率与串联质谱分析相结合，实现了对映体的分析。该方法的有效性在多种有机化合物(包括氨基酸、糖和几种药物分子)以及不对称氢化配体优化研究中得到了证明。

生物系统通常倾向于蛋白质、碳水化合物、DNA和RNA中氨基酸、糖和核苷酸的两种镜像形式或对映体中的一种。具体来说，手性氨基酸大多以l-对映体的形式存在，而碳水化合物主要是D-对映体。由于生物系统固有的手性环境，对映体药物分子往往表现出不同的生理行为和药理活性。以治疗药物沙利度胺为例，R-对映体具有镇静作用，而S-对映体具有致畸性，滥用对映体导致超过10,000名新生儿出生缺陷。

对映体的分化对药物开发和疾病诊断至关重要。对映体的分析可以基于它们与电磁场的微分相互作用来实现，如偏振的旋光性、圆二色性)或X射线晶体学中的异常色散；或者通过与手性选择剂的相互作用，如色谱中的固定相。现代质谱(MS)系统是高通量分析具有高结构特异性的复杂混合物的强大平台。虽然对映体过量的测定通常是通过质谱与气相色谱或高效液相色谱(HPLC)与手性固定相的耦合来完成的，但用质谱直接区分对映体仍然是一个主要的挑战。离子迁移率质谱(IMMS)可用于进行手性分析，而在IMMS分析之前，需要引入手性参考物或在串联IMMS分析期间引入气相碰撞参考物。

原理，仪器设置，和模拟宏观运动和对映体离子的定向旋转被捕获在LIT（Credit: Science）

最近，研究人员开发了一种仅通过离子阱进行高场离子迁移率分离和质量分析的IMMS方法。离子云剖面在高E/N条件下进行，这使得使用高场离子迁移率识别分子结构差异的超高分辨率达到10,000以上。这项工作的动机是探索使用这种高分辨率IM方法直接区分对映体的可能性，这种方法在离子阱内的电磁场诱导的碰撞截面上存在微小差异。已经证明，分化效应可以由电磁场引起，通常基于对映体的极性差异。

镜像螺旋桨结构已被用来说明由于方向旋转可能引起对映体的差异。假设，利用电磁场操纵手性化合物的旋转方向对离子态比中性态更有效。在这项工作中发现了离子云分析过程中对映异构体离子碰撞截面的差异，并随后开发了一种使用双交流(ac)激励控制离子定向旋转的方法，从而实现了对映异构体的直接分离和分析。

原文链接https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj8342