Десорбционная фотоионизация при атмосферном давлении - Desorption atmospheric pressure photoionization
Десорбционная фотоионизация при атмосферном давлении (DAPPI) является ионизация окружающей среды техника для масс-спектрометрии который использует горячий пар растворителя для десорбции в сочетании с фотоионизация. Методы ионизации окружающей среды позволяют проводить прямой анализ образцов без предварительной обработки.[1] Метод прямого анализа, такой как DAPPI, исключает этапы экстракции, наблюдаемые в большинстве нетрадиционных образцов. DAPPI можно использовать для анализа более объемных образцов, таких как таблетки, порошки, смолы, растения и ткани. На первом этапе этого метода используется струя горячего пара растворителя.[2] Горячая струя термически десорбирует образец с поверхности.[2] Затем испаренный образец ионизированный вакуумным ультрафиолетовым светом и, следовательно, отобранный в масс-спектрометр.[1] DAPPI может обнаруживать ряд полярных и неполярных соединений, но наиболее чувствителен при анализе нейтральных или неполярных соединений.[3] Этот метод также предлагает селективную и мягкую ионизацию сильно конъюгированных соединений.[4]
История
История десорбционной фотоионизации при атмосферном давлении относительно нова, но ее можно проследить благодаря развитию методов ионизации окружающей среды, начиная с 1970-х годов.[5] DAPPI - это комбинация популярных методов, таких как, фотоионзиция при атмосферном давлении (APPI) и методы поверхностной десорбции.[1] Методы фотоионизации были впервые разработаны в конце 1970-х годов и начали использоваться в экспериментах при атмосферном давлении в середине 1980-х годов.[6] Ранние разработки в области десорбции открытой поверхности и экспериментов со свободной матрицей впервые были описаны в литературе в 1999 году в эксперименте с использованием десорбция / ионизация на кремнии (DIOS).[7] DAPPI заменил такие методы, как десорбционная ионизация электрораспылением (DESI) и прямой анализ в реальном времени (DART). Техники этого поколения - все недавние разработки 21 века. DESI был открыт в 2004 году в Университете Пердью,[8] в то время как DART был обнаружен в 2005 году Ларами и Коди.[9] DAPPI был разработан вскоре после этого, в 2007 году в Хельсинкском университете, Финляндия.[1] Разработка DAPPI расширила диапазон обнаружения неполярных соединений и добавила новое измерение термодесорбции образцов прямого анализа.[1]
Принцип действия
Первой операцией, которая происходит при десорбции фотоионизации при атмосферном давлении, является десорбция. Десорбция образца инициируется горячей струей паров растворителя, которая направляется на образец с помощью небулайзерный микрочип.[10] Микрочип небулайзера представляет собой стеклянное устройство, скрепленное пластинами из пирекса, с проточными каналами, встроенными в сопло на краю чипа.[11] Микрочип греется до 250-350C для испарения входящего растворителя и создания молекулы допанта.[12] Добавляются молекулы допанта, чтобы облегчить ионизацию образца.[13] Некоторые из распространенных растворителей включают: азот, толуол, ацетон, и анизол.[14] Процесс десорбции может происходить по двум механизмам: термодесорбция или передача импульса / жидкий спрей.[10] При термической десорбции используется тепло для улетучивания образца и повышения температуры поверхности подложки.[15] Чем выше температура поверхности подложки, тем выше чувствительность прибора.[10] При изучении температуры подложки было замечено, что растворитель не оказывал заметного влияния на конечную температуру или скорость нагрева подложки.[10] Перенос импульса или распыление жидкости основано на взаимодействии растворителя с образцом, вызывающем высвобождение определенных ионов.[16] Передача импульса распространяется за счет столкновения растворителя с образцом вместе с переносом ионов с образцом.[17] Перенос положительных ионов, таких как протоны и перенос заряда, наблюдается с растворителями: толуолом и анизолом.[10] Толуол проходит через механизм перезарядки с образцом, в то время как ацетон способствует механизму переноса протона с образцом.[13] Луч фотонов 10 эВ, испускаемый УФ-лампой, направляется на недавно десорбированные молекулы, а также на молекулы примеси.[18] Затем происходит фотоионизация, которая выбивает электрон молекулы и производит ион.[18] Сам по себе этот метод не очень эффективен для различных видов молекул, особенно тех, которые нелегко протонировать или депротонировать.[19] Чтобы полностью ионизировать образцы, должны помочь молекулы примеси. Газообразный растворитель также может подвергаться фотоионизации и действовать как промежуточный продукт для ионизации молекул образца. Как только образуются ионы легирующей примеси, с образцом может происходить перенос протона, создавая больше ионов образца.[1] Затем ионы отправляются в масс-анализатор для анализа.[1]
Механизмы ионизации
Основным механизмом десорбции в DAPPI является термодесорбция за счет быстрого нагрева поверхности.[20] Поэтому DAPPI подходит только для поверхностей с низкой теплопроводностью.[21] Механизм ионизации зависит от аналит и растворитель использовал. Например, могут образовываться следующие ионы аналита (M): [M + H]+, [M - H]−, М+•, М−•.[21]
Типы геометрии компонентов
Геометрия отражения
Учитывая нормальную или традиционную геометрию DAPPI, этот режим идеально подходит для твердых образцов, которые не нуждаются в предварительной подготовке.[22] Микрочип расположен параллельно входу в МС.[23] Нагреватель микрочипа предназначен для попадания образцов на .[23] УФ-лампа находится прямо над образцом и высвобождает фотоны для взаимодействия с десорбированными молекулами, которые образуются.[21] В обычном методе обычно используется более высокая мощность нагрева и расход газа для распыляющего газа, а также увеличивается количество примеси, используемой в процессе.[23] Это увеличение может вызвать более высокий фоновый шум, интерференцию аналитов, примеси субстрата и большее количество ионных реакций с избыточными ионами примеси.[23]
Геометрия трансмиссии
Этот режим предназначен для анализа жидких образцов, при этом металлическая или полимерная сетка заменяет пластину для образца в геометрии отражения.[23] Сетка ориентирована от микрочипа небулайзера и входа масс-спектрометра, при этом лампа направляет фотоны в область, где сетка высвобождает недавно десорбированные молекулы.[21] Анализируемое вещество подвергается термической десорбции, так как пар легирующей добавки и газ распылителя направляются через сетку.[23] Было замечено, что стальная сетка с низкой плотностью и узкими нитями дает лучшую интенсивность сигнала. Этот тип сетки позволяет делать большие отверстия на поверхности и быстрее нагревать пряди. В режиме передачи используется более низкая мощность нагрева микрочипа, что устраняет некоторые проблемы, наблюдаемые с геометрией отражения выше, включая низкий уровень шума сигнала. Этот метод также может улучшить отношение сигнал / шум более мелких неполярных соединений.
Инструментальное соединение
Техники разделения
Тонкослойная хроматография (ТСХ) представляет собой простой метод разделения, который можно сочетать с DAPPI-MS для идентификации липидов.[24] Некоторые из липидов, которые были разделены и ионизированы, включают: холестерин, триацилглицерины, сложные эфиры 1,2-диола, сложные эфиры парафина, углеводороды и сложные эфиры холестерина. ТСХ обычно сочетается с приборами в вакууме или атмосферном давлении, но давление вакуума дает плохую чувствительность для более летучих соединений и имеет минимальную площадь в вакуумных камерах.[25][26] DAPPI использовался из-за его способности ионизировать нейтральные и неполярные соединения, и было замечено, что он является быстрым и эффективным методом обнаружения липидов, поскольку он был соединен с пластинами как для NP-TLC, так и для HPTLC.[25]
Лазерная десорбция обычно используется при наличии матрицы, например матричная лазерная десорбционная ионизация (MALDI), но исследования объединили методы лазерной десопреции в условиях атмосферного давления, чтобы создать метод, который не использует матрицу или разряд.[27] Этот метод может помочь с более мелкими соединениями и генерирует как положительные, так и отрицательные ионы для обнаружения. Геометрия передачи принимается за луч, а брызги направляются в угол в связанный МС.[28] Исследования показали обнаружение таких органических соединений, как: Фарнезен, сквален, тетрадекагидроантрацен, 5-альфа-холестан, перилен, бензоперилен, коронен, тетрадецилпрен, додецилсульфид, бензодифениленсульфид, дибензосуберон, карбазол и эллиптицин.[27] Было также замечено, что этот метод сочетается с методом масс-спектроскопии, FTICR, для обнаружения сланцевых масел и некоторых более мелких азотсодержащих ароматических соединений.[28][29]
Масс-спектрометрии
Ионный циклотронный резонанс с преобразованием Фурье (FTICR) это техника, которая обычно сочетается с ионизация электрораспылением (ESI), DESI или DART, который позволяет обнаруживать полярные соединения.[29] DAPPI позволяет обнаруживать более широкий диапазон полярностей и диапазон молекулярных масс.[30] Без разделения или пробоподготовки DAPPI может термически десорбировать соединения, такие как биочар дуба. В исследовании действительно упоминалась проблема с DAPPI. Если образец неоднороден, нейтральные ионы ионизируют только поверхность, что не обеспечивает точное обнаружение вещества. Сканирование FTICR позволяет обнаруживать сложные соединения с высоким разрешением, что дает возможность анализировать элементный состав.
Приложения
DAPPI может анализировать оба полярный (например. верапамил ) и неполярный (например. антрацен ) соединения.[10] Этот метод имеет верхний предел обнаружения 600 Да.[2] По сравнению с десорбционной ионизацией методом электростимуляции (DESI), DAPPI менее подвержен загрязнению биологическими матрицами.[31] DAPPI также оказался более чувствительным и содержал меньше фонового шума, чем популярные методы, такие как прямой анализ в реальном времени (DART).[32] Эффективность DAPPI также была продемонстрирована на прямом анализе запрещенных наркотиков.[24] Другие приложения включают обнаружение липидов и отбор проб для анализа наркотиков.[33] Липиды можно обнаружить с помощью процедуры связывания с масс-спектроскопией с орбитальной ловушкой.[24] Известно также, что DAPPI сочетается с жидкостной хроматографией и масс-спектроскопией с газовой хроматографией для анализа лекарств и аэрозольных соединений.[14] Исследования также показали, где DAPPI использовался для обнаружения вредных органических соединений в окружающей среде и в продуктах питания, таких как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и пестициды.[34]
Смотрите также
- Орбитальная ловушка
- Химическая ионизация при атмосферном давлении
- Десорбция химическая ионизация атмосферного давления[35]
Рекомендации
- ^ а б c d е ж грамм Хаапала М., Пол Дж., Саарела В., Арвола В., Котихо Т., Кетола Р. А., Франссила С., Кауппила Т. Дж., Костиайнен Р. (2007). «Десорбционная фотоионизация при атмосферном давлении». Анальный. Chem. 79 (20): 7867–7872. Дои:10.1021 / ac071152g. PMID 17803282.
- ^ а б c Хуанг Минь-Цзун; Ченг, Сы-Чи; Чо, И-цзы; Шиа, Джентаи (19 сентября 2011 г.). «Масс-спектрометрия с ионизацией окружающей среды: Учебное пособие». Analytica Chimica Acta. 702 (1): 1–15. Дои:10.1016 / j.aca.2011.06.017. PMID 21819855.
- ^ Кауппила Т.Дж., Арвола В., Хаапала М., Пол Дж., Альберг Л., Саарела В., Франссила С., Котихо Т., Костиайнен Р. (2008). «Прямой анализ запрещенных наркотиков методом десорбции фотоионизацией атмосферного давления». Rapid Commun. Масс-спектрометрия. 22 (7): 979–985. Дои:10.1002 / RCM.3461. PMID 18320545.
- ^ Уэстон, Дэниел Дж. (22 марта 2010 г.). «Масс-спектрометрия с ионизацией окружающей среды: современное понимание механистической теории; аналитические характеристики и области применения». Аналитик. 135 (4): 661–8. Bibcode:2010Ana ... 135..661W. Дои:10.1039 / b925579f. ISSN 1364-5528. PMID 20309440.
- ^ Вестал, Марвин Л. (2001-02-01). «Методы ионной генерации». Химические обзоры. 101 (2): 361–376. Дои:10.1021 / cr990104w. ISSN 0009-2665.
- ^ Рафаэлли, Андреа; Саба, Алессандро (01.09.2003). «Фотоионизационная масс-спектрометрия атмосферного давления». Обзоры масс-спектрометрии. 22 (5): 318–331. Bibcode:2003MSRv ... 22..318R. Дои:10.1002 / mas.10060. ISSN 1098-2787. PMID 12949917.
- ^ Buriak, Jillian M .; Вэй, Цзин; Сюздак, Гэри (1999). «www.nature.com/doifinder/10.1038/20400». Природа. 399 (6733): 243–246. Bibcode:1999Натура.399..243Вт. Дои:10.1038/20400. PMID 10353246.
- ^ Такатс, Золтан; Wiseman, Джастин М .; Гологан, Богдан; Повара, Р. Грэм (2004-10-15). «Масс-спектрометрический отбор проб в условиях окружающей среды с десорбционной ионизацией электрораспылением». Наука. 306 (5695): 471–473. Bibcode:2004Наука ... 306..471Т. Дои:10.1126 / science.1104404. ISSN 0036-8075. PMID 15486296.
- ^ Домин, Марек; Коди, Роберт (21 ноября 2014 г.). Масс-спектрометрия с ионизацией окружающей среды. Новые разработки в масс-спектрометрии. Дои:10.1039/9781782628026. ISBN 9781849739269.
- ^ а б c d е ж Чен, Хуанвэнь; Гамез, Херардо; Зеноби, Ренато (01.11.2009). «Чему мы можем научиться из методов ионизации окружающей среды?» (PDF). Журнал Американского общества масс-спектрометрии. 20 (11): 1947–1963. Дои:10.1016 / j.jasms.2009.07.025. ISSN 1044-0305. PMID 19748284.
- ^ Саарела, Вилле; Хаапала, Маркус; Костиайнен, Ристо; Котихо, Тапио; Франссила, Сами (2007-05-02). «Стеклянный микрочип небулайзера для масс-спектрометрии». Лаборатория на чипе. 7 (5): 644–6. Дои:10.1039 / b700101k. ISSN 1473-0189. PMID 17476387.
- ^ Харрис, Гленн А .; Galhena, Asiri S .; Фернандес, Факундо М. (15.06.2011). «Отбор проб окружающей среды / ионизационная масс-спектрометрия: приложения и современные тенденции». Аналитическая химия. 83 (12): 4508–4538. Дои:10.1021 / ac200918u. ISSN 0003-2700. PMID 21495690.
- ^ а б Ifa, Demian R .; Джексон, Аянна У .; Палья, Джузеппе; Повара, Р. Грэм (2009-08-01). «Судебно-медицинские применения масс-спектрометрии с ионизацией окружающей среды». Аналитическая и биоаналитическая химия. 394 (8): 1995–2008. Дои:10.1007 / s00216-009-2659-2. ISSN 1618-2642. PMID 19241065.
- ^ а б Паршинцев, Евгений; Вайккинен, Ану; Липпонен, Катриина; Вркослав, Владимир; Цвачка, Йозеф; Костиайнен, Ристо; Котихо, Тапио; Хартонен, Кари; Риеккола, Марья-Лийса (15.07.2015). «Десорбционная фотоионизационная масс-спектрометрия высокого разрешения при атмосферном давлении: дополнительный подход к химическому анализу атмосферных аэрозолей». Быстрые коммуникации в масс-спектрометрии. 29 (13): 1233–1241. Дои:10.1002 / rcm.7219. ISSN 1097-0231. PMID 26395607.
- ^ Вентер, Андре; Нефлю, Марсела; Грэм Кукс, Р. (1 апреля 2008 г.). «Десорбционная ионизационная масс-спектрометрия с окружающей средой». Тенденции TrAC в аналитической химии. 27 (4): 284–290. Дои:10.1016 / j.trac.2008.01.010.
- ^ Дин, Сюэлу; Дуань, Исян (01.07.2015). «Плазменные методы масс-спектрометрии окружающей среды: текущее состояние и перспективы на будущее». Обзоры масс-спектрометрии. 34 (4): 449–473. Bibcode:2015MSRv ... 34..449D. Дои:10.1002 / mas.21415. ISSN 1098-2787. PMID 24338668.
- ^ Д., Лин, К. (1993-01-01). Обзор фундаментальных процессов и приложений атомов и ионов. World Scientific Publ. ISBN 978-9810215378. OCLC 832685134.
- ^ а б Робб, Дэймон Б.; Blades, Майкл В. (2008-10-03). «Современные технологии фотоионизации при атмосферном давлении для ЖХ / МС». Analytica Chimica Acta. Масс-спектрометрии. 627 (1): 34–49. Дои:10.1016 / j.aca.2008.05.077. PMID 18790126.
- ^ Ван Беркель, Гэри Дж .; Пасилис, Софи П .; Овчинникова, Ольга (01.09.2008). «Установленные и новые методы отбора проб с поверхности / ионизации при атмосферном давлении для масс-спектрометрии». Журнал масс-спектрометрии. 43 (9): 1161–1180. Bibcode:2008JMSp ... 43,1161В. Дои:10.1002 / jms.1440. ISSN 1096-9888. PMID 18671242.
- ^ Луосуярви, Лаура; Лаакконен, Улла-Майя; Костиайнен, Ристо; Котихо, Тапио; Кауппила, Тийна Дж. (15 мая 2009 г.). «Анализ конфискованных наркотиков на уличном рынке с помощью десорбционной фотоионизации при атмосферном давлении и десорбционной ионизации электрораспылением в сочетании с масс-спектрометрией». Быстрые коммуникации в масс-спектрометрии. 23 (9): 1401–1404. Дои:10.1002 / rcm.4005. ISSN 1097-0231. PMID 19343705.
- ^ а б c d Луосуярви Л., Арвола В., Хаапала М., Пол Дж., Саарела В., Франссила С., Котихо Т., Костиайнен Р., Кауппила Т. Дж. (2008). «Десорбционные и ионизационные механизмы в десорбционной фотоионизации при атмосферном давлении». Анальный. Chem. 80 (19): 7460–7466. Дои:10.1021 / ac801186x. PMID 18778037.
- ^ Харрис, Гленн А .; Нядонг, Леонард; Фернандес, Факундо М. (9 сентября 2008 г.). «Последние разработки в методах ионизации окружающей среды для аналитической масс-спектрометрии». Аналитик. 133 (10): 1297–301. Bibcode:2008Ana ... 133.1297H. Дои:10.1039 / b806810k. ISSN 1364-5528. PMID 18810277.
- ^ а б c d е ж Вайккинен, Ану; Ханнула, Джуха; Кийски, Ииро; Костиайнен, Ристо; Кауппила, Тийна Дж. (2015-04-15). «Передаточный режим десорбции при фотоионизации атмосферного давления». Быстрые коммуникации в масс-спектрометрии. 29 (7): 585–592. Дои:10.1002 / RCM.7139. ISSN 1097-0231. PMID 26212275.
- ^ а б c Рейшек, Ян; Вркослав, Владимир; Вайккинен, Ану; Хаапала, Маркус; Kauppila, Tiina J .; Костиайнен, Ристо; Цвачка, Йозеф (20 декабря 2016 г.). «Тонкослойная хроматография / десорбция при атмосферном давлении, фотоионизационная орбитальная масс-спектрометрия липидов». Аналитическая химия. 88 (24): 12279–12286. Дои:10.1021 / acs.analchem.6b03465. ISSN 0003-2700. PMID 28193018.
- ^ а б Ф., Пул, Колин (01.01.2015). Инструментальная тонкослойная хроматография. Эльзевир. ISBN 9780124172234. OCLC 897437460.
- ^ Хан, Иехуа; Левкин, Павел; Абариентос, Ирэн; Лю, Хувэй; Свец, Франтишек; Фреше, Жан М. Дж. (15 марта 2010 г.). «Монолитный супергидрофобный полимерный слой с виртуальным каналом с фотопринтером для разделения пептидов с использованием двухмерной тонкослойной хроматографии-десорбционной масс-спектрометрии с ионизацией электрораспылением». Аналитическая химия. 82 (6): 2520–2528. Дои:10.1021 / ac100010h. ISSN 0003-2700. ЧВК 2921584. PMID 20151661.
- ^ а б Нядонг, Леонард; Маполело, Ммилили М .; Хендриксон, Кристофер Л .; Роджерс, Райан П .; Маршалл, Алан Г. (18 ноября 2014 г.). «Геометрия пропускания, лазерная десорбция, фотохимическая ионизация, атмосферное давление, масс-спектрометрия для анализа сложных органических смесей». Аналитическая химия. 86 (22): 11151–11158. Дои:10.1021 / ac502138p. ISSN 0003-2700. PMID 25347814.
- ^ а б Нядонг, Леонард; Маккенна, Эми М .; Хендриксон, Кристофер Л .; Роджерс, Райан П .; Маршалл, Алан Г. (01.03.2011). "Лазерно-индуцированная акустическая десорбция при атмосферном давлении, химическая ионизация с преобразованием Фурье ионно-циклотронно-резонансная масс-спектрометрия для анализа сложных смесей". Аналитическая химия. 83 (5): 1616–1623. Дои:10.1021 / ac102543s. ISSN 0003-2700. PMID 21306132.
- ^ а б Чо, Юнджу; Джин, Чан Ми; Витт, Матиас; Birdwell, Джастин Э .; На, Чон-Геол; Ро, Нам-Сун; Ким, Сонхван (18 апреля 2013 г.). «Сравнение лазерной десорбционной ионизации и фотоионизации атмосферного давления в сочетании с масс-спектрометрией с циклотронным резонансом с преобразованием Фурье для характеристики сланцевых масел на молекулярном уровне». Энергия и топливо. 27 (4): 1830–1837. Дои:10.1021 / ef3015662. ISSN 0887-0624.
- ^ Подгорски, Дэвид С .; Хамдан, Раша; Маккенна, Эми М .; Нядонг, Леонард; Роджерс, Райан П .; Маршалл, Алан Дж .; Купер, Уильям Т. (07.02.2012). «Характеристика пирогенного черного углерода с помощью десорбции при атмосферном давлении, фотоионизационной масс-спектрометрии с преобразованием Фурье с ионным циклотронным резонансом». Аналитическая химия. 84 (3): 1281–1287. Дои:10.1021 / ac202166x. ISSN 0003-2700. PMID 22242739.
- ^ Suni, Niina M .; Линдфорс, Пиа; Лайне, Олли; Эстман, Пекка; Оянперя, Илкка; Котихо, Тапио; Kauppila, Tiina J .; Костиайнен, Ристо (05.08.2011). «Матричный эффект при анализе злоупотребления наркотическими средствами из мочи с помощью десорбционной фотоионизационно-масс-спектрометрии атмосферного давления (DAPPI-MS) и десорбционной электрораспылительной ионизационно-масс-спектрометрии (DESI-MS)». Analytica Chimica Acta. 699 (1): 73–80. Дои:10.1016 / j.aca.2011.05.004. PMID 21704760.
- ^ Рясанен, Риикка-Марджаана; Двиведи, Прабха; Fernández, Facundo M .; Кауппила, Тийна Дж. (15.11.2014). «Десорбционная фотоионизация при атмосферном давлении и прямой анализ в реальном времени в сочетании с масс-спектрометрией подвижности ионов бегущей волны». Быстрые коммуникации в масс-спектрометрии. 28 (21): 2325–2336. Дои:10.1002 / rcm.7028. ISSN 1097-0231. PMID 25279746.
- ^ Kauppila, Tiina J .; Syage, Jack A .; Бентер, Торстен (01.05.2015). «Последние разработки в фотоионизационно-масс-спектрометрии атмосферного давления». Обзоры масс-спектрометрии. 36 (3): 423–449. Bibcode:2017MSRv ... 36..423K. Дои:10.1002 / mas.21477. ISSN 1098-2787. PMID 25988849.
- ^ Луосуярви, Лаура; Канерва, Санна; Саарела, Вилле; Франссила, Сами; Костиайнен, Ристо; Котихо, Тапио; Кауппила, Тийна Дж. (15.05.2010). «Анализ окружающей среды и пищевых продуктов десорбционной фотоионизационно-масс-спектрометрией атмосферного давления». Быстрые коммуникации в масс-спектрометрии. 24 (9): 1343–1350. Дои:10.1002 / RCM.4524. ISSN 1097-0231. PMID 20391607.
- ^ Ifa, Demian R .; Ву, Чуньпин; Оуян, Чжэн; Повара, Р. Грэм (22 марта 2010 г.). «Десорбционная ионизация электрораспылением и другие методы ионизации окружающей среды: текущий прогресс и предварительный просмотр». Аналитик. 135 (4): 669–81. Bibcode:2010Ана ... 135..669I. Дои:10.1039 / b925257f. ISSN 1364-5528. PMID 20309441.