质谱电离

电离质谱的技术是什么?

质谱(MS)起着至关重要的作用在我们的生活的许多方面,从诊断疾病和反欺诈检测食品污染物。为了让一个样本被女士分析,然而,它必须首先被电离。有很多方法实现样品的电离根据样品类型、目标分析物和所需的工作流程。这些包括气相方法(电子电离(EI),化学电离(CI),直接实时分析(DART)和电感耦合等离子体(ICP)),解吸方法(基质辅助激光解吸电离(MALDI),快原子轰击(FAB),高温电离源、等离子体电离源和液态金属离子源(lmi)))和喷雾方法(电喷雾电离(ESI)和解吸附电喷雾电离(DESI))。在本文中,我们考虑一些常见的电离技术和样本类型最适合。

离子源-气相方法

许多最常见的技术用于电离如下所述。更多的细节可以在Siuzdak的审查。¹

电子电离(EI)

EI最早于1918年由法官²,可以被视为一个相当严厉的分子碎片和电离的方法。在EI,分析物的分子必须在汽相允许有效互动产生的高能电子在真空加热丝(就像一个白炽灯泡)。离子源产生的电子通常有70电动汽车的动能。如果只有10 - 12电动汽车的能量被吸收的分子,它把分子状态具有显著的能源超过其电离势导致电子的弹射(图1)。这使得分子的电离状态与净正电荷。然而,它可能仍然有多余的能量消散。可以完成这一目标的途径之一是通过分裂产生一个更稳定的化学键离子。因此,在有机和物理化学的知识,也可以推断分子化合物的结构通过这些信息碎片的过程。

图1: 一个电子电离离子源的原理图。信贷:Thilini Ukwaththage,复制Creative Commons Attribution-Share都4.0国际许可证。

EI时最常用的样本相对挥发性,低分子量。它们通常的形式介绍给电离源的废水气相色谱法(GC)系统或由加热挥发性固体样品原位在电离室。³

化学电离(CI)

EI相比,CI是一个非常软电离技术和不会导致广泛的分析物分子的分裂。事实上,一些分子物种(如醇、醚、胺、氨基酸)接受如此多的碎片在EI,没有山峰中观察到完整的分子产生的质谱。这些类型的分子,CI可能是首选的电离方法。

一般在CI,气体(甲烷、氨或异丁烷)引入一个EI电离室被分析物的浓度高于。载气与电子之间的相互作用会产生几个分子离子,随后将进一步与载气过剩反应(图2),形成不同的分子离子,这些离子会与分析物分子反应形成分析物分子离子通过不同的机制。⁴

图2: 化学电离质谱的原理图。来源:OviniW,复制Creative Commons Attribution-Share都4.0国际许可证。

作为这种低能电离机制导致大大减少碎片,由此产生的质谱通常是简单的解释与更少的山峰。此外,它会显示一个强大的、容易识别质子化了的分析物分子离子峰,允许简单的分子质量测定。然而,缺乏碎片限制的结构信息,可以确定被分析物分子。

实时直接分析(DART)

DART源是在2003年和2005年完全商业化开发的。⁵它的力量在于它能够分析不同形状和尺寸的材料不需要之前的样品制备。

在飞镖源(图3),创建一个从氮气或氦气等离子体是第一,生产离子、电子和激发态物种。气体流从等离子体室第二室离子从气体中删除。气体通过第三节的来源,它可以如果需要加热,艾滋病解吸的一些材料。⁵⁶气体出口源通过栅极有几个目的,增强信号,可以指向液体、固体或气相样品位于前面的入口质谱仪。激发态物种的相互作用负责分析物分子的电离。这发生的机制是复杂的,取决于多种因素。⁷

图3: 原理图的飞镖。来源:Rbcody,重新创建Creative Commons Attribution-Share都4.0国际许可证。

DART源发现广泛的应用由于其灵活性和能力分析在环境氛围。常见的用途包括测试非法毒品和取证以及分析的食物。^8,9

电感耦合等离子体(ICP)

ICP通常用于液体样品(可能是固体材料)来进行。在其最简单的形式下,ICP需要事先准备好液体包含分析物和泵通过创建的气溶胶喷雾器是引入一个氩气等离子体。当液体液滴进入高温等离子体(~ 5500 - 6500 K),它们转化为气态。在吸收更多的能量,他们最终会释放一个电子来形成一个,带正电的离子(图4)。

图4: 原理图的ICP来源。

ICP的电离能力几乎所有元素,包括最高的电离势。这种方法也给了自己一个非常好的使用其他分离技术的废水,如液相色谱(LC),GC,毛细管电泳(CE)和凝胶电泳(GE),所有这些可以孤立感兴趣的一个元素和转发他们的ICP系统电离和最终的质谱检测。更多细节电感耦合等离子体质谱法(icp)可以找到在这里。

离子源-解吸方法

基质辅助激光解吸电离(MALDI)

最早于1985年研制成功的谱方法¹⁰和已成为一个主要的“软”电离方法用于女士是特别有用的分析大或不稳定的分子,如蛋白质、多肽、寡核苷酸、聚合物和脂质。

这项技术使用了一个“矩阵”,添加多余的样品进行分析(图5)。矩阵需要以下属性:

• 必须能够分析物形成固溶体co-crystallize吗
• 能够转移或接受质子的分析物
• 是化学惰性
• 稳定的真空和溶于溶剂

图5: 原理图的谱技术来源。信贷:Mikaye,Creative Commons下复制Attribution-Share都3.0 Unported,2.5通用,2.0通用和1.0通用许可证。

常用的矩阵包括2 5-dihydroxybenzoic酸sinapinic酸,α-cyano-4-hydroxycinnamic酸和吡啶甲酸等等,不一而足。¹¹矩阵选择将取决于类型的分子检测。

一旦应用矩阵,然后由激光辐照样品。这不仅转移能量矩阵和蒸发的分析物分子没有碎片或分解,而且还提供了电离机制来产生一个积极的还是消极的带电离子。

快原子轰击(工厂)

工厂是另一个软电离机制一束加速的原子,典型的惰性气体,如氩气或氙,聚焦到样品进行分析。^12,13为了创建“快速”梁,原子必须首先被电离,这样他们可以加速应用程序的高电场和集中使用静电透镜。导演这束离子碰撞到一个细胞包含相同的惰性气体,会发生电荷交换反应,中和惰性气体离子。

图6: FAB电离的原理图。来源:Kkmurray,复制Creative Commons Attribution-Share都4.0国际许可证。

类似于谱技术,通常使用一个矩阵,甘油。在工厂的情况下,这是减少损坏样品,可能是由于原子的梁,以防止聚合分析物分子和(如MALDI)促进电离的分析物分子驱逐。同样,类似于MALDI,电离方法由质子化作用产生正离子和负离子去质子化。

高温电离源

最常见的一种高温电离源中遇到女士是Cs⁺女士经常用于二次离子,主要离子源实验。它是一个相对简单的源代码包含两个主要组件:水库,其中包含Cs的来源,和离子发生器,它是一个多孔钨熔块在高温(> 1000°C)提供热能使原子电离Cs。Cs碳酸盐岩的储层包含一个小球(铬酸也被使用)这是崇高的材料加热产生蒸汽的c原子。当这些原子达到高温熔块,它们电离正离子,可以提取并集中与静电离子光学元素。旧系统使用液体Cs作为源材料,但由于处理这种材料在固有的危险来源变化不再是通常用于实践。

等离子体电离源

双等离子管也常用生产梁女士的气态离子,特别是氧物种啊^{- - - - - -}和O₂⁺。双等离子管,阴极灯丝发射电子,纯氧是流血~ 10的压力⁵托。气体通过与电子和气体分子相互作用成为电离室,形成一个等离子体(图7)。然后加速等离子体通过一系列的至少两个高度紧张的电网,导致主梁的氧离子。然而,许多不同的氧离子物种将出现,所以这种类型的来源通常使用一个维也纳过滤器生产纯梁O^{- - - - - -}和O₂⁺。

图7: 双等离子管的原理图。信贷:埃文·梅森,复制下Creative Commons Attribution-Share都4.0国际许可证。

液态金属离子源(lmi)

产生的离子光束lmi的特点是最小的大小和亮度最高。他们尤其有利在高空间分辨率的成像女士是必需的——光束的光斑尺寸可以去5 nm将等同于密切的空间分辨率扫描离子质谱仪。要求这些来源是一种低熔点金属,和Ga是迄今为止最常用的。源本身看起来很像一个电子显微镜钨丝,但包含一个额外的Ga的水库。加热后,Ga将向下流动的表面灯丝的尖端应用提取高电场产生的高电压和灯丝的小齿顶圆角半径导致场电离的遗传算法从一个很小的点光源(提示)。

离子源-喷雾的方法

电喷雾电离(ESI)

应急服务国际公司是另一个软电离技术适用于大型分子和大分子的分析。^14,15样品交付到毛细管高压(几千伏)举行。这产生一个雾的带电液滴相同的极性。通过使用一个干燥气体或温度升高,带电液滴移动通过源和正逐渐缩小溶剂的蒸发,导致表面电荷密度增加。在某种程度上,液滴内部的电场强度将足够大的离子表面的液滴喷射到气相(参见图8)。

图8: ESI的电离源和描述机制的示意图。

解吸附电喷雾电离(DESI)

正如它的名字可能会显示,德西非常类似于ESI除了带电液滴最初形成的ESI源作为源和指向一个示例举行环境压力(这与飞镖)。反射或“溅”水滴从样本携带眠和电离随后分析物,可以直接进入质谱仪(图9)。电离机制可能很复杂。¹⁶

图9:德西离子源的原理图。来源:Anzhela016,复制Creative Commons Attribution-Share都3.0 Unported许可证。

你可以阅读更多关于女士的下一步过程遵循下面的链接文章质量分析器和离子检测器。

引用

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