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软电离质谱学历史上的一篇重要论文-电子是如何在气相、液相、固相移动的

已有 416 次阅读 2026-10-20 10:51 |系统分类:科研笔记

经过长时间的写作,终于完成了这篇软电离质谱学的重要论文,可谓呕心沥血。在我看过的论文里,水平比较好的就是enker,fenn等人一起讨论ESI原理的文章。发表在爱思唯尔的一个期刊上。 

首先简介历史。

软电离质谱学已经发现了超过200年,最开始的时候是应用于农药喷雾、打印机。Dole最早用于测量物质的分子量,当时只能测定5万Da的分子量。后来出现了fenn的ESI,能够测定10万Da的分子量,田中耕一的MALDI,可以测定50万Da的分子量,突破了6万Da的分子量的蛋白质范围,因此获得2002年诺贝尔化学奖,并开启了蛋白质组学。

但为什么测定蛋白质分子量受到限制?质谱背景又是什么原因造成的,暂时没有答案。

本文建立了整套理论,解释了蛋白质分子量为什么受到限制,并和电学结合在一起,构成了一个新的学科,称为电荷-相变学。用来描述电荷在气相(质谱),电荷在液相,电荷在固相(电阻、超导、量子霍尔效应)的移动规律。这套理论,是基于我们在使用液相质谱所观察到的实验现象,例如离子加合现象,很多关键的实验现象,为理论的建立提供了帮助。

在我们已经出版的论文里,提出一个非常有意思的物理学图像。

假设在质谱的两端,离子源(一般为正极,3000V,也可以设置为负极)和质谱的电场中间,充满汞蒸气的正离子,这时,一个电子从离子源移动到质谱,符合软电离质谱学的数学方程式,这个时候属于质谱的负模式,电子会带着分析物一起到达质谱。随着温度的降低,汞蒸气变成汞柱,电子进去汞蒸气正离子的外层开始移动。随着温度的进一步降低,达到超导。这时,是两个电子同时在汞正离子的成键电子层移动。这时,符合电磁学的数学公式。这两个数学公式,是同一个公式。

这一个简单的物理学图像,彻底把软电离质谱学和电学联系在一起。也为我们解释磁的真正形成原因提供了可能。

首先,电阻的产生是电子与原子核的成键电子层产生碰撞而产生的,不是原子核,也不是晶格振动产生的声子,是成键电子层的电子。学过化学的都知道什么是成键电子层,例如碳C,成键电子层是2S+2P,不是与2P产生碰撞,也不是与外层所有电子1S+2S+2P产生碰撞,而是2S+2P的电子。这个很关键,它决定了在低温下超导体产生超导的原因。

后面根据公式,我们认为超导的产生,是2个电子同时经过成键电子层而产生,常温下是一个电子一个电子的经过成键电子层。当电子充满成键电子层的时候,成键电子层是偶数,而2个电子一起移动的时候,外层一直保持偶数个电子,这也是抗磁性产生的原因。

于是,一个问题提出来了,电子为什么是成对的?

有观点认为,电子是交换虚光子而在原子核外层以一对一对的形式稳定存在。有的观点认为电子是自旋相反而形成一对稳定地存在。也有朴素的观点认为,电子对是通过一个电子释放能量,另外一个电子吸收能量而稳定地一对一对存在的。

磁的产生是一个非常有意思的问题。我们知道,同向的电子,能够靠近成为一对,这也可能是奥斯特实验中的同向相吸的一种表现。如果电子不移动,不会产生同向相吸或者异向排斥的力。但为什么异向的电流,会产生排斥力?电子好像有眼睛一样,看到对面过来的车辆(电子),主动避让,这不得不说是一个神奇的现象。

当然,这现在用场来解释。但具体的,是否存在不为人知的秘密?

jiehong Luo, luo jiehong. Research Progress and Applications of the Fundamental Principles of Soft Ionization Mass Spectrometry. ChemRxiv. 15 October 2026.DOI: https://doi.org/10.26434/chemrxiv.15010190/v2



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1 朱爱军

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