Бомбардировка быстрым атомом - Fast atom bombardment

Схема источника ионов с бомбардировкой быстрыми атомами для масс-спектрометра.

Бомбардировка быстрым атомом (FAB) является ионизация техника, используемая в масс-спектрометрии в котором луч высокой энергии атомы ударяет по поверхности, чтобы создать ионы.[1][2][3] Он был разработан Майкл Барбер на Манчестерский университет в 1980 г.[4] Когда вместо атомов используется пучок высокоэнергетических ионов (как в вторично-ионная масс-спектрометрия ) метод известен как жидкая вторичная ионная масс-спектрометрия (LSIMS).[5][6][7] В FAB и LSIMS анализируемый материал смешивается с нелетучей средой химической защиты, называемой матрица, и бомбардируется в вакууме с высокой энергией (от 4000 до 10000 электрон-вольт ) пучок атомов. Атомы обычно происходят из инертного газа, такого как аргон или ксенон. Общие матрицы включают глицерин, тиоглицерин, 3-нитробензиловый спирт (3-НБА), 18-крон-6 эфир 2-нитрофенилоктиловый эфир, сульфолан, диэтаноламин, и триэтаноламин. Эта техника похожа на вторично-ионная масс-спектрометрия и плазменная десорбционная масс-спектрометрия.

Механизм ионизации

Схема процесса бомбардировки быстрыми атомами.

FAB - это метод ионизации с относительно низкой фрагментацией (мягкой), который производит в основном неповрежденные протонированные молекулы обозначается как [M + H]+ и депротонированные молекулы, такие как [M - H]−. В редких случаях в спектре FAB также можно наблюдать радикальные катионы. FAB был разработан как улучшенная версия SIMS, которая позволила первичному лучу больше не вызывать повреждающие эффекты для образца. Основное различие между этими двумя методами - это различие в природе используемого первичного луча; ионы против атомов.[8] Для LSIMS, Цезий, Cs+ ионы составляют первичный пучок, а для FAB первичный пучок состоит из атомов Xe или Ar.[8] Атомы Xe используются, потому что они имеют тенденцию быть более чувствительными, чем атомы аргона, из-за их большей массы и большего количества движения. Чтобы молекулы ионизировались с помощью FAB, сначала медленно движущиеся атомы (Xe или Ar) ионизируются сталкивающимися электронами. Эти медленно движущиеся атомы затем ионизируются и ускоряются до определенного потенциала, где они превращаются в быстро движущиеся ионы, которые становятся нейтральными в плотном облаке избыточных атомов природного газа, которые образуют текущий поток атомов с высокой поступательной энергией.[8] Хотя точный механизм ионизации образцов полностью не открыт, природа его механизма ионизации аналогична матричная лазерная десорбция / ионизация (МАЛДИ)[9][10] и химическая ионизация.[11]

Матрицы и введение образца

Как указывалось ранее, в FAB образцы смешиваются с нелетучей средой (матрица ) для анализа. FAB использует жидкую матрицу, которая смешивается с образцом, чтобы обеспечить устойчивый ионный ток образца, уменьшить повреждения образца за счет поглощения удара первичного луча и удерживать молекулы образца в форме агрегации.[8] Жидкая матрица, как и любая другая матрица, наиболее важно обеспечивает среду, которая способствует ионизации образца. Наиболее распространенной матрицей для этого типа ионизации является глицерин. Выбор подходящей матрицы для пробы имеет решающее значение, поскольку матрица также может влиять на степень фрагментации ионов пробы (аналита). Затем образец можно ввести для анализа FAB. Обычный метод введения смеси образец-матрица - через вводимый зонд. Смесь образца и матрицы загружается на мишень для образца из нержавеющей стали на зонде, которая затем помещается в ионный источник через вакуумный затвор. Альтернативный метод введения образца - использование устройства, называемого непрерывной бомбардировкой быстрыми атомами (CF) -FAB.

Бомбардировка быстрыми атомами в непрерывном потоке

В cпостоянный жнизкий жаст аТом бомбардировка (CF-FAB), образец вводится в вводной зонд масс-спектрометра через капилляр малого диаметра.[12] (CF) -FAB был разработан, чтобы минимизировать проблему низкой чувствительности обнаружения, которая вызвана избытком фона матрицы, что приводит к высокому соотношению матрицы к образцу.[8] Когда для диспергирования жидкости на зонде используется металлическая фритта, этот метод известен как фритта FAB.[13][14] Образцы могут быть введены путем впрыска потока, микродиализа или сочетания с жидкостной хроматографией.[15] Скорость потока обычно составляет от 1 до 20 мкл / мин.[13] CF-FAB имеет более высокую чувствительность по сравнению со статическим FAB[16]

Приложения

ThermoQuest AvantGarde MS с квадрупольным детектором и источником FAB / EI.

Первым примером практического применения этого FAB было выяснение аминокислотной последовательности олигопептида эфрапептина D. Он содержал множество очень необычных аминокислотных остатков.[17] Было показано, что последовательность следующая: N-ацетил-L-пип-AIB-L-пип-AIB-AIB-L-leu-бета-ala-gly-AIB-AIB-L-пип-AIB-gly-L-leu. -L-iva-AIB-X. PIP = пипеколиновая кислота, AIB = альфа-амино-изомасляная кислота, лей = лейцин, iva = изовалин, gly = глицин. Это мощный ингибитор митохондриальный АТФазная активность. Другое применение FAB включает его первоначальное использование для анализа образцов конденсированной фазы. FAB можно использовать для измерения молекулярной массы образцов ниже 5000 Да, а также их структурных характеристик. FAB можно использовать в паре с различными масс-спектрометрами для анализа данных, например, с квадрупольный масс-анализатор, жидкостная хроматография – масс-спектрометрия, и больше.

Неорганический анализ

В 1983 году была опубликована статья, описывающая использование масс-спектрометрии с бомбардировкой быстрыми атомами (FAB-MS) для анализа изотопов кальция.[18] Глицерин не использовался; Образцы в водном растворе наносили на мишень для образца и сушили перед анализом. Техника была эффективной вторично-ионная масс-спектрометрия с использованием нейтрального первичного луча. Это было долгожданным событием для биомедицинских исследователей, изучающих питание и метаболизм основные минералы но не имея доступа к неорганическим масс-спектрометрическим приборам, таким как термоионизационная масс-спектрометрия или масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС). Напротив, масс-спектрометры FAB широко используются в биомедицинских исследовательских учреждениях. Многие лаборатории приняли этот метод, используя FAB-MS для измерения изотопных соотношений в изотопный индикатор исследования кальция, железа, магния и цинка.[19] Для анализа металлов потребовалась минимальная модификация масс-спектрометров, например, замена образцов из нержавеющей стали мишенями из чистого серебра для устранения фона от ионизации компонентов из нержавеющей стали.[20] Системы сбора сигналов иногда модифицировались для выполнения скачка пиков вместо сканирования и для обнаружения с помощью счета ионов.[21] Хотя удовлетворительная точность и аккуратность были достигнуты с помощью FAB-MS, этот метод был трудоемким с очень низкой пропускной способностью отчасти из-за отсутствия опций автоматического отбора проб.[19] К началу 2000-х годов это серьезное ограничение частоты отбора проб побудило пользователей FAB-MS для анализа изотопов минералов перейти на обычные неорганические масс-спектрометры, обычно ICP-MS, которые к тому времени также продемонстрировали улучшенную доступность и эффективность анализа изотопного отношения.

Рекомендации

  1. ^ Моррис Х. Р., Панико М., Барбер М., Бордоли Р. С., Седжвик Р. Д., Тайлер А. (1981). «Бомбардировка быстрыми атомами: новый масс-спектрометрический метод анализа пептидной последовательности». Biochem. Биофиз. Res. Сообщество. 101 (2): 623–31. Дои:10.1016 / 0006-291X (81) 91304-8. PMID  7306100.
  2. ^ Барбер, Майкл; Бордоли, Роберт С .; Эллиотт, Джерард Дж .; Седжвик, Р. Дональд; Тайлер, Эндрю Н. (1982). "Масс-спектрометрия с бомбардировкой быстрыми атомами". Аналитическая химия. 54 (4): 645A – 657A. Дои:10.1021 / ac00241a817. ISSN  0003-2700.
  3. ^ Барбер М., Бордоли Р.С., Седжвик Р.Д., Тайлер А.Н. (1981). «Бомбардировка твердых тел быстрыми атомами (F.A.B.): новый источник ионов для масс-спектрометрии». Журнал химического общества, химические коммуникации (7): 325–7. Дои:10.1039 / C39810000325.
  4. ^ Barber, M .; Bordoli, R. S .; Sedgwick, R.D .; Тайлер, А. Н. (сентябрь 1981 г.). «Бомбардировка твердых тел быстрыми атомами как источник ионов в масс-спектрометрии». Природа. 293 (5830): 270–275. Дои:10.1038 / 293270a0. ISSN  0028-0836.
  5. ^ Stoll, R.G .; Harvan, D.J .; Хасс, Дж. Р. (1984). «Масс-спектрометрия жидких вторичных ионов с источником сфокусированных первичных ионов». Международный журнал масс-спектрометрии и ионных процессов. 61 (1): 71–79. Bibcode:1984IJMSI..61 ... 71S. Дои:10.1016/0168-1176(84)85118-6. ISSN  0168-1176.
  6. ^ Доминик М. Дезидерио (14 ноября 1990 года). Масс-спектрометрия пептидов. CRC Press. С. 174–. ISBN  978-0-8493-6293-4.
  7. ^ De Pauw, E .; Agnello, A .; Дерва, Ф. (1991). «Жидкие матрицы для жидкой вторичной ионной масс-спектрометрии - бомбардировки быстрыми атомами: обновление». Обзоры масс-спектрометрии. 10 (4): 283–301. Bibcode:1991MSRv ... 10..283D. Дои:10.1002 / mas.1280100402. ISSN  0277-7037.
  8. ^ а б c d е Чхабил., Дасс (01.01.2007). Основы современной масс-спектрометрии. Wiley-Interscience. ISBN  9780471682295. OCLC  609942304.
  9. ^ Пачута, Стивен Дж .; Повара, Р. Г. (1987). «Механизмы в молекулярной ВИМС». Химические обзоры. 87 (3): 647–669. Дои:10.1021 / cr00079a009. ISSN  0009-2665.
  10. ^ Томер КБ (1989). «Развитие бомбардировки быстрыми атомами в сочетании с тандемной масс-спектрометрией для определения биомолекул». Обзоры масс-спектрометрии. 8 (6): 445–82. Bibcode:1989MSRv .... 8..445T. Дои:10.1002 / mas.1280080602.
  11. ^ Секели, Габриэлла; Эллисон, Джон (1997). «Если механизм ионизации при бомбардировке быстрыми атомами включает в себя ионно-молекулярные реакции, то каковы реагирующие ионы? Временная зависимость масс-спектров бомбардировки быстрыми атомами и параллели с химической ионизацией». Журнал Американского общества масс-спектрометрии. 8 (4): 337–351. Дои:10.1016 / S1044-0305 (97) 00003-2. ISSN  1044-0305.
  12. ^ Каприоли, Ричард М. (1990). «Непрерывная масс-спектрометрия с бомбардировкой быстрыми атомами». Аналитическая химия. 62 (8): 477A – 485A. Дои:10.1021 / ac00207a715. ISSN  0003-2700. PMID  2190496.
  13. ^ а б Юрген Х. Гросс (14 февраля 2011 г.). Масс-спектрометрия: Учебник.. Физика сегодня. 58. Springer Science & Business Media. С. 494–. Bibcode:2005ФТ .... 58ф..59Г. Дои:10.1063/1.1996478. ISBN  978-3-642-10709-2.
  14. ^ Каприоли, Р. М. (1990). Масс-спектрометрия с непрерывной бомбардировкой быстрыми атомами. Нью-Йорк: Вили. ISBN  978-0-471-92863-8.
  15. ^ Абиан, Дж. (1999). «Сочетание газовой и жидкостной хроматографии с масс-спектрометрией». Журнал масс-спектрометрии. 34 (3): 157–168. Bibcode:1999JMSp ... 34..157A. Дои:10.1002 / (SICI) 1096-9888 (199903) 34: 3 <157 :: AID-JMS804> 3.0.CO; 2-4. ISSN  1076-5174.
  16. ^ Томер, К. Б .; Perkins, J. R .; Parker, C.E .; Детердинг, Л. Дж. (1991-12-01). «Коаксиальная бомбардировка быстрыми атомами в непрерывном потоке для пептидов с более высоким молекулярным весом: сравнение со статической бомбардировкой быстрыми атомами и ионизацией электрораспылением». Биологическая масс-спектрометрия. 20 (12): 783–788. Дои:10.1002 / bms.1200201207. ISSN  1052-9306. PMID  1812988.
  17. ^ Буллоу, Д.А., Джексон К.Г., Хендерсон, П.Дж.Ф., Котти, Ф.Х., Бичи, Р. и Linnett, P.E. Международная биохимия (1981) 4, 543-549
  18. ^ Смит, Дэвид (декабрь 1983 г.). "Определение стабильных изотопов кальция в биологических жидкостях методом масс-спектрометрии с бомбардировкой быстрыми атомами". Аналитическая химия. 55: 2391–2393.
  19. ^ а б Иглз, Джон; Меллон, Фред (1996). «Глава 10: Масс-спектрометрия с бомбардировкой быстрыми атомами (FABMS)». В Меллоне, Фред; Сандстрем, Бритмари (ред.). Стабильные изотопы в питании человека: метаболизм неорганических питательных веществ. Лондон: Academic Press. С. 73–80. ISBN  0-12-490540-4.
  20. ^ Миллер, Лиланд; Хамбидж, Майкл; Феннесси, Пол (1991). «Изотопное фракционирование и гидридные помехи в анализе изотопов металлов с помощью вторичной ионной масс-спектрометрии, индуцированной быстрой атомной бомбардировкой». Журнал анализа микронутриентов. 8: 179–197.
  21. ^ Кребс, Нэнси; Миллер, Лиланд; Нааке, Вернон; Лей, Сиан; Весткотт, Джейми; Феннесси, Пол; Хамбидж, Майкл (июнь 1995). «Использование методов стабильных изотопов для оценки метаболизма цинка». Биохимия питания. 6: 292–301.