Масс-спектрометрия с проточной трубкой с отобранными ионами - Selected-ion flow-tube mass spectrometry - Wikipedia

Изображение профиля SIFT-MS 3.

Масс-спектрометрия с проточной трубкой с отобранными ионами (SIFT-MS) - количественный масс-спектрометрии метод анализа газовых примесей, который включает химическая ионизация следов летучих соединений выбранными положительными ионами-предшественниками в течение четко определенного периода времени вдоль расходомерной трубки.[1] Абсолютные концентрации микропримесей, присутствующих в воздухе, дыхании или свободном пространстве жидких проб в бутылках, могут быть рассчитаны в реальном времени на основе соотношения сигналов предшественника и ионного сигнала продукта без необходимости в Базовые приготовления или же калибровка со стандартными смесями. В Предел обнаружения имеющихся в продаже инструментов SIFT-MS расширяется до однозначного pptv классифицировать.

Этот прибор является продолжением выбранной технологии ионно-расходомерной трубки SIFT, которая была впервые описана в 1976 году Адамсом и Смитом.[2] Это метод быстрой проточной трубки / ионного роя для реакции положительных или отрицательных ионов с атомами и молекулами в действительно термализованных условиях в широком диапазоне температур. Он широко использовался для изучения ионно-молекулярного кинетика реакции. Его применение к ионосферный и химия межзвездных ионов более чем 20-летний период имел решающее значение для продвижения и понимания этих тем.

SIFT-MS изначально был разработан для использования на людях. анализ дыхания, и показал большие перспективы в качестве неинвазивного инструмента для физиологического мониторинга и лечения заболеваний. диагноз. С тех пор он показал потенциал для использования в самых разных областях, особенно в Науки о жизни, Такие как сельское хозяйство и животноводство, экологические исследования и пищевые технологии.

SIFT-MS был популяризирован как технология, которую продают и продают Syft Technologies базируется в Крайстчерче, Новая Зеландия.

Приборы

В выбранном масс-спектрометре с ионной расходомерной трубкой, SIFT-MS, ионы генерируются в микроволновая плазма источник ионов, обычно из смеси лабораторного воздуха и водяного пара. Из образовавшейся плазмы один ионный вид выбирается с помощью квадруполь массовый фильтр, действующий как «ионы-предшественники» (также часто называемые первичными ионами или ионами-реагентами в SIFT-MS и других процессах, включающих химическую ионизацию). В анализах SIFT-MS H3О+, НЕТ+ и O2+ используются в качестве ионов-предшественников, и они были выбраны потому, что, как известно, они не вступают в значительную реакцию с основными компонентами воздуха (азот, кислород и т. д.), но могут реагировать со многими газами очень низкого уровня (следовыми примерами).

Выбранные ионы-предшественники вводятся в текущий газ-носитель (обычно гелий при давлении 1 Торр) через Отверстие Вентури (Диаметр ~ 1 мм), где они движутся по реакционной расходомерной трубке на конвекция. Одновременно с этим нейтральные молекулы аналита в паровой пробе попадают в расходомерную трубку через нагретую пробоотборную трубку, где они встречаются с ионами-предшественниками и могут подвергаться химической ионизации, в зависимости от их химических свойств, таких как протонное сродство или же энергия ионизации.

Вновь образованные «ионы продукта» поступают в камеру масс-спектрометра, которая содержит второй квадрупольный масс-фильтр и электронный умножитель детектора, которые используются для разделения ионов по их отношения массы к заряду (м / з) и измерить скорость счета ионов в желаемом м / з классифицировать.

Анализ

Концентрации индивидуальных соединений могут быть получены в основном с использованием скорости счета ионов-предшественников и продуктов, а также коэффициенты скорости реакции, к. Экзотермический реакции переноса протона с H3О+ предполагается, что они движутся со скоростью столкновений (см. Теория столкновений ), коэффициент, при котором, kc, вычисляется с использованием метода, описанного Су и Чеснавичем,[3] предоставление поляризуемость и дипольный момент известны для молекулы реагента. НЕТ+ и O2+ реакции протекают при kc реже, и, таким образом, скорости реакции молекулы реагента с этими ионами-предшественниками часто должны быть получены экспериментально путем сравнения снижения скорости счета каждого из NO+ и O2+ ионы-предшественники к ионам H3О+ по мере увеличения потока молекул реагентов.[4] Ионы продукта и коэффициенты скорости были получены таким образом для более 200 летучих соединений, которые можно найти в научной литературе.[5]

Прибор можно запрограммировать либо на сканирование в диапазоне масс для получения масс-спектра (полное сканирование, FS, режим), либо на быстрое переключение только между м / з интересующие значения (множественный ионный мониторинг, MIM, режим). Из-за различных химических свойств вышеупомянутых ионов-предшественников (H3О+, НЕТ+, а O2+) для образца пара могут быть получены различные спектры в режиме FS, которые могут дать различную информацию, относящуюся к составу образца. Используя эту информацию, часто можно идентифицировать присутствующие следовые количества соединений. С другой стороны, в режиме MIM обычно используется гораздо более длительное время пребывания на каждом ионе, и в результате возможна точная количественная оценка частей на миллиард (ppb) уровень.[4]

SIFT-MS использует чрезвычайно мягкий процесс ионизации, который значительно упрощает получаемые спектры и тем самым облегчает анализ сложных смесей газов, таких как дыхание человека. Другой метод очень мягкой ионизации: вторичная ионизация электрораспылением (SESI-MS).[6][7] Например, даже масс-спектрометрия с реакцией переноса протона (PTR-MS), еще одна технология мягкой ионизации, в которой используется H3О+ реагент-ион, как было показано, дает значительно большую фрагментацию иона продукта, чем SIFT-MS.[8]

Еще одна ключевая особенность SIFT-MS - квадруполь массы выше по потоку, который позволяет использовать несколько ионов-предшественников. Возможность использования трех ионов-предшественников, H3О+, НЕТ+ и O2+, получение трех различных спектров чрезвычайно ценно, поскольку позволяет оператору анализировать гораздо более широкий спектр соединений. Примером этого является метан, который нельзя проанализировать с помощью H3О+ в качестве иона-предшественника (поскольку он имеет сродство к протону 543,5 кДж / моль, что несколько меньше, чем у H2O), но может быть проанализирован с помощью O2+.[9] Кроме того, параллельное использование трех ионов-предшественников может позволить оператору различать два или более соединений, которые реагируют с образованием ионов с одинаковым отношением массы к заряду в определенных спектрах. Например, диметилсульфид (C2ЧАС6S, 62 а.е.м.) принимает протон, когда он реагирует с H3О+ для создания C2ЧАС7S+ ионы продукта, которые появляются на м / з 63 в результирующем спектре. Это может конфликтовать с другими ионами продукта, такими как продукт ассоциации в результате реакции с диоксидом углерода, H3О+CO2, а моногидрат протонированного иона ацетальдегида C2ЧАС5О+(ЧАС2O), которые также появляются на м / з 63, и поэтому в некоторых образцах его нельзя идентифицировать. Однако диметилсульфид реагирует с NO+ путем переноса заряда, чтобы произвести ион C2ЧАС6S+, который появляется на м / з 62 в результирующих спектрах, тогда как диоксид углерода не реагирует с NO+, а ацетальдегид отдает ион гидрида, давая единственный ион продукта при м / з 43, С2ЧАС3О+, и поэтому диметилсульфид можно легко различить.

За последние годы достижения в технологии SIFT-MS значительно повысили чувствительность этих устройств, так что теперь пределы обнаружения простираются до уровня однозначных единиц.[10]

Рекомендации

  1. ^ "SIFT-MS Масс-спектрометрия с проточной трубкой отобранных ионов". Выбранная сеть пользователей масс-спектрометрии с ионными проточными трубками.
  2. ^ «Выбранная ионная расходомерная трубка (SIFT); метод изучения ионно-нейтральных реакций» Adams N.G., Smith D .; Международный журнал масс-спектрометрии и ионной физики 21 (1976), стр. 349-359.
  3. ^ «Параметризация константы скорости столкновения ион-полярных молекул с помощью траекторных расчетов» Су Т., Чеснавич В.Дж .; Журнал химической физики 76 (1982), стр. 5183-5186.
  4. ^ а б «Масс-спектрометрия с использованием расходомерной трубки с выбранными ионами (SIFT-MS) для анализа следовых газов в реальном времени» Smith D., Španěl P .; Обзоры масс-спектрометрии 24 (2005), с. 661–700.
  5. ^ "Указатель литературы по кинетике бимолекулярных газофазных катион-молекулярных реакций" Аничич В.Г .; JPL-Publication-03-19 Пасадена, Калифорния, США http://hdl.handle.net/2014/7981
  6. ^ Мартинес-Лозано, П.; Зингаро, L; Finiguerra, A; Кристони, S (2011-03-01). «Вторичная ионизационно-масс-спектрометрия электрораспылением: исследование дыхания в контрольной группе». Журнал исследования дыхания. 5 (1): 016002. Bibcode:2011JBR ..... 5a6002M. Дои:10.1088/1752-7155/5/1/016002. ISSN  1752-7155. PMID  21383424.
  7. ^ Видаль-де-Мигель, Гильермо; Эрреро, Ана (июнь 2012 г.). «Вторичная ионизация сложных паровых смесей электрораспылением. Теоретический и экспериментальный подход». Журнал Американского общества масс-спектрометрии. 23 (6): 1085–1096. Bibcode:2012JASMS..23.1085V. Дои:10.1007 / s13361-012-0369-z. ISSN  1044-0305. PMID  22528202.
  8. ^ К. Бур, С. ван Рут, К. Делаханти, Анализ летучих ароматических соединений с помощью масс-спектрометрии с реакцией переноса протона: модели фрагментации и различение изобарных и изомерных соединений, Int. J. Mass Spectrom., 221, 1-7 (2002)
  9. ^ «Количественное определение метана во влажном воздухе и выдыхаемом воздухе с использованием масс-спектрометрии с выбранной ионно-расходомерной трубкой» Дряхина К., Смит Д., Шпанел П.; Rapid Communications in Mass Spectrometry 24 (2010) pp1296–1304.
  10. ^ Б.Дж. Принс, Д. Миллиган, М.Дж. Макьюэн, Применение масс-спектрометрии с выбранной ионной расходомерной трубкой для мониторинга атмосферы в реальном времени, Rapid Communications in Mass Spectrometry, 24, 1763-1769 (2010)
  • «Выбранная ионная расходомерная трубка (SIFT); метод изучения ионно-нейтральных реакций» Adams N.G., Smith D .; Международный журнал масс-спектрометрии и ионной физики 21 (1976), стр. 349–359.
  • «Параметризация константы скорости столкновения ион-полярных молекул с помощью траекторных расчетов» Су Т., Чеснавич В.Дж .; Журнал химической физики 76 (1982) стр. 5183–5186.
  • «Масс-спектрометрия с использованием расходомерной трубки с выбранным ионным потоком (SIFT-MS) для анализа следовых газов в режиме реального времени» Smith D., Španěl P .; Обзоры масс-спектрометрии 24 (2005), стр. 661–700.
  • «Количественное определение метана во влажном воздухе и выдыхаемом воздухе с использованием масс-спектрометрии с выбранной ионно-расходомерной трубкой» Дряхина К., Смит Д., Шпанел П.; Быстрые коммуникации в масс-спектрометрии 24 (2010) стр. 1296–1304.