Термоспрей - Thermospray

Схема источника термораспылительной ионизации

Термоспрей представляет собой источник мягкой ионизации, с помощью которого поток растворителя жидкой пробы проходит через очень тонкий нагретый столб, превращаясь в аэрозоль из мелких капель жидкости. Как форма ионизации атмосферного давления в масс-спектрометрии эти капли затем ионизируются через слаботочный разрядный электрод для создания плазмы ионов растворителя. Затем репеллер направляет эти заряженные частицы через скиммер и зону ускорения, чтобы ввести аэрозольный образец в масс-спектрометр. Это особенно полезно в жидкостная хроматография-масс-спектрометрия (ЖХ-МС).[1][2][3][4][5]

С технической точки зрения, термораспыление - это контролируемое частичное испарение жидкости, когда она течет через нагретую капиллярную трубку. Распыление осуществляется путем прокачки жидкой пробы при умеренно высоком давлении через капиллярную трубку с электротермическим нагревом.[6] Когда на текущий поток пробы подается достаточная мощность, образуется частично испаренная смесь, состоящая из некоторой части испаренной пробы и некоторой оставшейся жидкой пробы. На выходе из нагретого капилляра быстро расширяющийся пар образца преобразует оставшийся поток жидкости в аэрозоль. Образующийся пар действует как распыляющий «газ» и способствует разделению потока жидкости на капли,[4] в процессе, аналогичном пневматическое распыление.[7] Таким образом, концептуально это можно рассматривать как пневматический процесс, в котором расширяющийся пар растворителя используется в качестве газа-распылителя. Раствор выходит из трубки в виде сверхзвуковой струи или распыления очень мелких капель в парах растворителя. Качественно аэрозоли кажутся плотными с умеренно узким гранулометрическим составом.

История

Метод термораспылительной ионизации был впервые представлен патентом, подтвержденным еще в 1983 г., и более подробно описанным в патенте, опубликованном 8 марта 1988 г.[8]. Изобретатели Марвин Л. Вестал и Кэлвин Р. Блэкли предложили источник ионного пара для масс-спектрометрии жидкостей в рамках гранта США от Департамент здравоохранения, образования и социального обеспечения. В предлагаемом методе подробно описаны устройство связи между жидкостными хроматографическими колонками и различные методы обнаружения газовых проб; например, масс-спектрометрия, захват электронов, атомная адсорбция и т. д. В патенте 1988 г. - UA4730111A представлены четыре различных представления испарителя с термораспылением. Нелетучие, ионные и термолабильные растворенные вещества были исследованы с помощью различных систем управления испарителями для достижения частичного испарения.

Схема первого изображения испарителя с термораспылением
Схема второго изображения испарителя с термораспылением
Схема третьего изображения испарителя с термораспылением
Схема четвертого изображения испарителя с термораспылением

Первое представление

Блок испарителя из меди нагревается электрически с помощью двух картриджных нагревателей мощностью 100 Вт, а капилляр из нержавеющей стали позволяет вводить пробу и, следовательно, частично испарять. Капилляр и блок испарителя спаяны вместе для обеспечения стабильного теплового контакта. Образовавшаяся сверхзвуковая струя затем проходит через источник ионов для введения в квадрупольный масс-спектрометр.

Второе представление

Конструкция второго представления в основном такая же, как и первого, однако датчики температуры и давления были реализованы таким образом, что они могли контролировать мощность для получения как постоянной температуры, так и давления для идеальных рабочих условий. Эта конструкция идеально подходит для on-line LC-MS с химической ионизацией и прямой десорбцией.

Третье представление

Учитывая неконтролируемый расход или изменяющийся состав растворителя, другое представление было разработано таким образом, что другой источник нагрева и система управления допускали бы частичное испарение. Были объединены два разных метода нагрева, поскольку один обеспечивает более быстрое время отклика, а другой - более медленный. Эта комбинация позволяет третьему представлению испарителя справляться с колебаниями скорости потока, поступающего из колонки LC.

Четвертое представление

Четвертая версия испарителя с термораспылением нагревает капиллярную трубку только прямым омическим постоянным / переменным током (Джоуль) отопление. Термопара, находящаяся в тепловом контакте с выходом из капилляра, используется для предотвращения разрушительного теплового разгона, вызванного перегревом. Патент 1988 года признал это изображение идеальным.

Приложения для масс-спектрометрии

Схема термораспылительного зонда и источника ионов, используемых в методе EPA 8321B, в котором использовалась высокоэффективная жидкостная хроматография-термораспыление-масс-спектрометрия (HPLC-TS-MS)[9].

В качестве метода прямого отбора проб термораспыление способно мягко ионизировать различные типы аналитов, так что результирующий спектр показывает несколько фрагментов молекулярного иона и сопутствующих компонентов буферного газа. Отсутствие фрагментации обычно препятствует получению структурной информации.[10], однако термораспыление по-прежнему позволяет получать количественные результаты и ценится за набор жизнеспособных аналитов.[11]. Когда термораспыление сочетается с Высокоэффективная жидкостная хроматография масс-спектрометрия (TSP-HPLC-MS) результат является высокочувствительным методом, способным к более низким пределам обнаружения, чем другие методы HPLC-MS[12].

Процессы ионизации

Ионизация с термораспылением может происходить тремя способами. Первый - прямая десорбция аналита, где испарение Использование более летучего растворителя позволяет менее летучим ионам жидкой пробы войти в газовую фазу. Второй тип ионизации - это кислотно-щелочной перенос, при котором ионы растворителя обменивают протон с ионными компонентами буфера. Эта форма ионизации чаще всего используется с Высокоэффективная жидкостная хроматография с обращенной фазой (ОФ-ВЭЖХ). Третий процесс, посредством которого может происходить ионизация, называется ионизацией плазменным распылением, где электронная ионизация применяется к потоку растворителя в условиях окружающей среды для создания источника плазмы. Тогда этот источник плазмы химически ионизирует ионы реагента растворителя. (Также называется операцией включения накала)

Жизнеспособные аналиты

С помощью термораспыления можно анализировать различные соединения, включая пептиды, динуклеотиды, простагландины, соли четвертичного аммония, пестициды, лекарства, красители и загрязнители окружающей среды. [10]

ТиппримерИзображение
ПептидыБета-пептидБета-пептиды.png
ДинуклеотидыНикотинамид аденин динуклеотидNADPH.png
ПростагландиныПростагландинПростагландин D2.svg
Двухкомпонентные аммониевые солиКатион четвертичного аммонияКатион четвертичного аммония.svg
ПестицидыПестицидГлифосат изопропиламиновая соль.png
НаркотикиПрепарат, средство, медикамент

Ибупрофен

Ибупрофен-Энантиомер Strukturformeln.png
КрасителиФлуоресцеинФлуоресцеин-структура.png
Загрязняющие окружающую среду веществаДихлордифенилтрихлорэтанП, п'-дихлордифенилтрихлорэтан.svg

Недавние исследования

В последнее время термораспыление также использовалось для производства полупроводниковых нанокристаллов.[13], анализ желчных кислот[14], идентификация красителей[15], и определение молекулярной массы белков по многозарядным ионам[16].

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Blakley, C.R .; Кармоди, Дж. Дж .; Вестал, М. Л. (1980). «Жидкостный хроматограф-масс-спектрометр для анализа нелетучих проб». Аналитическая химия. 52 (11): 1636–1641. Дои:10.1021 / ac50061a025. ISSN  0003-2700.
  2. ^ Арпино, Патрик (1992). «Комбинированная жидкостная хроматография, масс-спектрометрия. Часть III. Применение термораспыления». Обзоры масс-спектрометрии. 11 (1): 3–40. Дои:10.1002 / mas.1280110103. ISSN  0277-7037.
  3. ^ Гелпи Э (1995). «Биомедицинские и биохимические применения жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии». Журнал хроматографии А. 703 (1–2): 59–80. Дои:10.1016 / 0021-9673 (94) 01287-О. PMID  7599744.
  4. ^ а б Вестал, Марвин Л. (1990). «[5] Жидкостная хроматография-масс-спектрометрия». Масс-спектрометрии. Методы в энзимологии. 193. С. 107–130. Дои:10.1016 / 0076-6879 (90) 93413-Ф. ISBN  9780121820947. ISSN  0076-6879.
  5. ^ Blakley, C.R .; Вестал, М. Л. (1983). «Интерфейс термораспыления для жидкостной хроматографии / масс-спектрометрии». Аналитическая химия. 55 (4): 750–754. Дои:10.1021 / ac00255a036. ISSN  0003-2700.
  6. ^ Коропчак, Джон А .; Вебер, Марьян; Браунер, Ричард Ф. (1992). «Введение в атомную спектрометрию образца термораспыления». Критические обзоры в аналитической химии. 23 (3): 113–141. Дои:10.1080/10408349208050851. ISSN  1040-8347.
  7. ^ Boumans, P.W.J.M .; Барнетт, Нил В. "Эмиссионная спектроскопия с индуктивно связанной плазмой, часть 1: методология, приборы и производительность". Analytica Chimica.
  8. ^ Источник паров ионов для масс-спектрометрии жидкостей, 1986-02-24, получено 2018-04-05
  9. ^ EPA, ORD, США. «Метод EPA 8321B (SW-846): нелетучие соединения, экстрагируемые растворителем с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии-термораспылительной масс-спектрометрии (HPLC-TS-MS) или ультрафиолетового (УФ) обнаружения | US EPA». Агентство по охране окружающей среды США. Получено 2018-04-05.
  10. ^ а б Дасс, Чхабил (2007). Основы современной масс-спектрометрии. Хобокен, штат Нью-Джерси: Wiley-Interscience. ISBN  978-0471682295. OCLC  71189726.
  11. ^ Арпино, Патрик (1 ноября 1990 г.). «Комбинированная жидкостная хроматография, масс-спектрометрия. Часть II. Приемы и механизмы термораспыления». Обзоры масс-спектрометрии. 9 (6): 631–669. Дои:10.1002 / mas.1280090603. ISSN  1098-2787.
  12. ^ Войкснер, Роберт Д .; Хейни, Кэрол А. (2002). «Оптимизация и применение высокоэффективной жидкостной хроматографии / масс-спектрометрии с термораспылением». Аналитическая химия. 57 (6): 991–996. Дои:10.1021 / ac00283a007.
  13. ^ Амирав, Сирень; Лифшиц, Эфрат (2008). «Термораспыление: метод получения высококачественных полупроводниковых нанокристаллов». Журнал физической химии C. 112 (34): 13105–13113. Дои:10.1021 / jp801651g. ISSN  1932-7447.
  14. ^ Сетчелл, К. Д .; Вестал, К. Х. (1989-09-01). «Термораспылительная ионизационная жидкостная хроматография-масс-спектрометрия: новый и высокоспецифический метод анализа желчных кислот». Журнал липидных исследований. 30 (9): 1459–1469. ISSN  0022-2275. PMID  2600546.
  15. ^ Бетовски, Леон Д .; Баллард, Джон М. (2002). «Идентификация красителей методами термораспылительной ионизации и масс-спектрометрии / масс-спектрометрии». Аналитическая химия. 56 (13): 2604–2607. Дои:10.1021 / ac00277a078.
  16. ^ Штрауб, Кеннет; Чан, Кельвин (01.07.1990). «Определение молекулярной массы белков из многозарядных ионов с использованием масс-спектрометрии с термораспылительной ионизацией». Быстрые коммуникации в масс-спектрометрии. 4 (7): 267–271. Дои:10.1002 / RCM.1290040710. ISSN  1097-0231.