Electron ionization and dissociation of aliphatic amino acids

Abstract

We present experimental and theoretical study of electron ionization and dissociative ionization to the gas phase amino acids valine, leucine, and isoleucine. A crossed electron/molecular beams technique equipped with quadrupole mass analyzer has been applied to measure mass spectra and ion efficiency curves for formation of particular ions. From experimental data the ionization energies of the molecules and the appearance energies of the fragment ions were determined. Ab initio calculations (Density Functional Theory and G3MP2 methods) were performed in order to calculate the fragmentation paths and interpret the experimental data. The experimental ionization energies of parent molecules [P](+) 8.91 ± 0.05, 8.85 ± 0.05, and 8.79 ± 0.05 eV and G3MP2 ionization energies (adiabatic) of 8.89, 8.88, and 8.81 eV were determined for valine, leucine, and isoleucine, respectively, as well as the experimental and theoretical threshold energies for dissociative ionization channels. The comparison of experimental data with calculations resulted in identification of the ions as well as the neutral fragments formed in the dissociative reactions. Around 15 mass/charge ratio fragments were identified from the mass spectra by comparison of experimental appearance energies with calculated reaction enthalpies for particular dissociative reactions.

On the influence of low-energy ionizing radiation on the amino acid molecule: Valine case

“…ion appearance energy measured by us is 12.4 ± 0.1 eV. It is close to the calculated result in the case of the neutral CHO 2 + NH 3 fragment formation and it almost coincides with the experimental results and the G3MP2 calculations provided in [25].…”

Ion formation upon electron collisions with valine embedded in helium nanodroplets

“…In cation formation at an electron energy of about 70 eV (close to the maximum of the ionization cross section) the molecular ion intensity is less than 1% of the intensity of the most abundant fragment ion formed by the loss of the neutral carboxyl group [10]. In the case of resonant anion formation the un-fragmented molecular anion cannot be observed at all [9,14,15].…”

“…Valine is important in the biosynthesis of proteins in humans who acquire valine through their diet. Previous gas-phase studies with isolated valine have provided valuable insight into the stability of this molecule against dissociation by particle collisions [7][8][9][10][11][12][13][14][15]. Low-energy electron interactions with Contribution to the Topical Issue "Advances in Positron and Electron Scattering", edited by Paulo Limao-Vieira, Gustavo Garcia, E. Krishnakumar, James Sullivan, Hajime Tanuma and Zoran Petrovic.…”

Фрагментация Молекулы Валина Электронным Ударом

“…Валин -алифатическая α-аминокислота, одна из восьми не синтезируемых человеческим организмом аминокислот, необходима для роста и синтеза тканей тела, мышечной координации; азотного обмена; регулирования нервных процессов, стабилизации гормонального фона [2]. Наиболее полно процессы фрагментации молекул валина под действием ионизирующего излучения (как электронного, так и фотонного) исследовались в ряде работ, выполненных в зарубежных исследовательских центрах (см., например, [3][4][5][6]). В указанных работах были получены масс-спектры исследуемых молекул и описаны каналы диссоциации, приводящие к появлению основных ионов в масс-спектре, в частности, сообщалось, что присутствие молекул воды, связанных с исходными молекулами, снижает эффективность их фрагментации [5].…”

“…Отметим, что, согласно спецификации производителя образцов валина (Sigma Aldrich, чистота 0.999, № CAS72-18-4), присутствие молекул H 2 O в исследуемом объекте исключалось. Экспериментальные и расчетные данные по по-тенциалам появления фрагментов молекул валина при их диссоциации электронным ударом приведены в [3], однако такие данные отсутствуют в базе атомных и молекулярных данных Национального института стандартов (НИСТ) США [7].…”