Fragmentation study of isolated and nanosolvated biomolecules induced by collision with multiply charged ions and neutral particles
Étude de la fragmentation de molécules d'intérêt biologique isolées et nano-solvatées induite par collision avec des ions multichargés et des particules neutres
Résumé
This thesis concerns a gas phase study of the fragmentation of biomolecular systems induced by slow collisions with multiply charged ions (in the keV-region), alkali atoms and rare gases. The main objective was to study the physical processes involved in the dissociation of highly electronically excited systems. In order to elucidate the intrinsic properties of certain biomolecules (porphyrins and amino acids) we have performed experiments in the gas phase with isolated systems. The obtained results demonstrate the high stability of porphyrins after electron removal and attachment. Furthermore, a dependence of the fragmentation pattern produced by multiply charged ions on the isomeric structure of the alanine molecule has been shown. In a second part of the thesis, a strong influence of the environment of the biomolecule on the fragmentation channels, their modification and their new opening, has been clearly proven. This phenomenon occurs in the presence of other surrounding biomolecules (clusters of nucleobases) as well as for molecules of a solvent (molecules of water, methanol and acetonitrile) in which the biomolecule is embedded. In order to extend these studies to larger systems, a new experimental set-up, based on an electro-spray ion source combined with a quadrupole mass filter has been developed. Due to the successful tests and proposed improvements of the device future experiments will become available concerning the fragmentation of large charged and solvated biomolecular systems induced by collision processes.
Cette thèse est une étude de la fragmentation en phase gazeuse de molécules d'intérêt biologique soumises à des collisions avec des ions multichargés de basse énergie (énergie cinétique de quelques keV) et des atomes alcalins ou de gaz rare. L'objectif est d'étudier les processus physique qui conduisent à la dissociation de ces systèmes soumis à une excitation électronique intense. Afin de mettre en évidence lespropriétés intrinsèques de certaines biomolécules (porphyrines et acides aminés), des expériences sur des systèmes isolés ont été effectuées. Les résultats obtenus rendent compte de la grande stabilité des porphyrines lors de l'arrachement ou de l'attachement d'électrons. La dépendance des voies de fragmentation induite par les ions multichargés en fonction de l'isomérie de l'alanine a été démontrée. Dans un second temps, la prise en compte d'un environnement modèle autour des biomolécules à mis en évidence l'apparition ou la modification des voies de dissociation provoquée par la présence d'autres molécules biologiques (agrégats de bases nucléiques) ou de molécules de solvant (eau, méthanol, acétonitrile) autour de la biomolécule étudiée. Enfin dans le but de poursuivre ces études avec des systèmes de plus grande taille, un nouveau dispositif expérimental, développé durant la thèse et basé sur une source electrospray et un quadripôle de sélection en masse, est présenté. Les tests réalisés avec ce dispositif et les améliorations proposées permettent d'envisager, à l'avenir, des études sur la dynamique de fragmentation de grands systèmes biomoléculaires chargés et hydratés provoquée par des ions multichargés de basse énergie.
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