Ионизация окружающей среды

редактировать

Диаграмма ионизации окружающей среды в масс-спектрометрии с указанием десорбции / экстракции (распыление, тепло, лазер), дополнительная постионизация (электрораспыление, химическая ионизация, плазма), образование ионов и проникновение в вакуум масс-спектрометра.

Ионизация окружающей среды - это форма ионизации, при которой ионы образуются в источник ионов вне масс-спектрометра без подготовки или разделения образцов. Ионы могут быть образованы путем экстракции в заряженные капли электрораспыления, термической десорбции и ионизации с помощью химической ионизации или лазерной десорбции или абляции и последующей -ионизируются перед попаданием в масс-спектрометр.

Содержание

1 Экстракция твердое тело-жидкость
2 Плазменные методы
3 Лазерная помощь
4 Двухступенчатая нелазерная
5 Паро- ион, реакция переноса заряда
6 Таблица методов
7 Таблица имеющихся в продаже источников ионизации из окружающей среды
8 Ссылки

Твердо-жидкостная экстракция

Схема источника ионов для твердожидкостной экстракции DESI: первичный заряженные капли ударяются о поверхность образца, и молекулы извлекаются в жидкость. Вторично заряженные капли, удаленные с поверхности, образуют чистые ионы по мере испарения растворителя.

Экстракция твердой жидкостью на основе ионизации окружающей среды основана на использовании заряженного спрея, например, электроспрей для создания жидкой пленки на поверхность образца. Молекулы на поверхности экстрагируются в растворитель. Действие первичных капель, ударяющихся о поверхность, создает вторичные капли, которые являются источником ионов для масс-спектрометра.

Десорбционная ионизация электрораспылением (DESI) является одним из исходных источников ионизации в окружающей среде и использует источник электроспрей для создания заряженных капель, которые направляются на твердый образец. Заряженные капли захватывают образец за счет взаимодействия с поверхностью и затем образуют высокозарядные ионы, которые можно отбирать в масс-спектрометр.

Десорбционная фотоионизация при атмосферном давлении (DAPPI) - это метод ионизации твердой и жидкой экстракции при окружающей среде, который позволяет проводить прямой анализ образцов, осажденных на поверхности, с помощью струи горячего пара растворителя и ультрафиолетового света. Горячая струя термически десорбирует образец с поверхности, а испарившийся образец ионизируется вакуумным ультрафиолетом и, следовательно, отбирается в масс-спектрометр.

Методы, основанные на плазме

Плазменная ионизация окружающей среды основана на электрическом разряде в текущем газе, который производит метастабильные атомы и молекулы и реактивные ионы. Для десорбции летучих веществ из образца часто используется тепло. Ионы образуются путем химической ионизации в газовой фазе.

Один из предложенных механизмов включает ионизацию Пеннинга кластеров окружающей воды в гелиевом разряде:

He ∗ + [(H 2 O) n H] ⟶ [ (H 2 O) n - 1 H] + + OH ⋅ + e - {\ displaystyle {\ ce {He ^ {\ ast} {} + [(H2O) _ {\ mathit {n}} H] ->{ } [(H2O) _ {{\ mathit {n}} - 1} H] + {} + OH ^ {.} {} + E ^ {-}}}}

{\ce {He^{\ast }{}+[(H2O)_{\mathit {n}}H]->{} [(H2O) _ {{\ mathit {n}} - 1} H] + {} + OH ^ {.} {} + e ^ {-}}}

Протонированные водные кластеры могут затем протонировать молекулы образца с помощью

[(H 2 O) n H] + + M ⟶ [M + H] + + n H 2 O {\ displaystyle {\ ce {[(H2O) _ {\ mathit {n}} H] + {} + M ->{} [M {} + H] + {} + {\ mathit {n}} H2O}}}

{\ce {[(H2O)_{\mathit {n}}H]+{}+M->{} [M {} + H] + {} + {\ mathit {n}} H2O}}

Для этого пути ионизации, газовая кислотность протонированных водных кластеров и основность в газовой фазе молекулы аналита имеют решающее значение. Однако, поскольку особенно мелкие протонированные кластеры воды с n = 1,2,3... проявляют очень высокую кислотность в газовой фазе, даже соединения с довольно низкой основностью в газовой фазе легко ионизируются переносом протона, давая [M + H] квазимолекулярные ионы.

Помимо протонированных кластеров воды, другие положительно заряженные ионы-реагенты, такие как NO, O 2, NO 2 и CO 2, может образоваться в области послесвечения. Эти дополнительные ионы-реагенты способны ионизировать соединения посредством процессов переноса заряда и, таким образом, предлагают альтернативные пути ионизации помимо переноса протонов, что приводит к более широкому диапазону подходящих аналитов. Тем не менее, эти механизмы ионизации могут также приводить к образованию аддуктов и окислению исходных аналитических соединений.

Хотя большинство приложений сосредоточено на обнаружении положительных ионов, измерения в отрицательном режиме предназначены для большей части плазмы. также возможны источники ионов на основе. В этом случае ионы реагентов, такие как O 2, могут депротонировать молекулы аналита с образованием квазимолекулярных ионов [M – H] или образовывать аддукты с такими частицами, как NO 3, давая [M + NO 3 ] ионы. Измерения в режиме отрицательных ионов особенно удобны, когда молекулы анализируемого вещества обладают высокой кислотностью в газовой фазе, как, например, в случае для карбоновых кислот.

Источник метастабильных ионов прямого анализа в реальном времени (DART) для плазменной ионизации окружающей среды.

Одним из наиболее часто используемых плазменных методов ионизации окружающей среды, вероятно, является Прямой анализ в реальном времени (DART), поскольку он коммерчески доступен. DART - это источник ионов атмосферного давления , который работает, подвергая образец воздействию газового потока (обычно гелия или азота), содержащего долгоживущие электронно или возбужденные нейтральные атомы, колебательно возбужденные молекулы (или «метастабильные вещества» ). Возбужденные состояния образуются в тлеющем разряде в камере, через которую протекает газ.

Лазерный источник

ионный источник для масс-спектрометрии окружающей среды, использующий комбинацию лазерная десорбция и электроспрей. Мишень для образца находится слева.

Ионизация окружающей среды с помощью лазера - это двухэтапный процесс, в котором импульсный лазер используется для десорбции или удаления материала из образца, а шлейф материала взаимодействует с электрораспылением или плазмой для создания ионы. Были использованы лазеры с ультрафиолетовой и инфракрасной длинами волн и шириной импульса от наносекунд до фемтосекунд. Хотя MALDI при атмосферном давлении выполняется в условиях окружающей среды, обычно он не считается методом масс-спектрометрии при окружающей среде.

Лазерная абляция была впервые объединена с масс-спектрометрией в 1980-х годах для анализа металлов с использованием лазерной абляции с индуктивно связанной плазменная масс-спектрометрия (LA-ICPMS). Лазер удаляет материал образца, который вводится в ИСП для создания атомарных ионов.

Инфракрасная лазерная десорбция может быть объединена с химической ионизацией при атмосферном давлении с использованием лазерной десорбции химической ионизации при атмосферном давлении (LD-APCI). Для ионизации окружающей среды с помощью распылителя образец материала наносится на мишень рядом с распылителем. Лазер десорбирует или удаляет материал из образца, который выбрасывается с поверхности и попадает в спрей, который может быть спреем APCI с коронным разрядом или электрораспылением. Ионизация окружающей среды с помощью электрораспылительной лазерной десорбции / ионизации (ELDI) может осуществляться с помощью ультрафиолетовых и инфракрасных лазеров для десорбции материала в шлейф электрораспыления. Аналогичные подходы к лазерной десорбции / абляции в электроспрей: лазерная десорбционная ионизация электрораспылением с помощью матрицы (MALDESI), лазерная абляция ионизация электрораспылением (LAESI), лазерная десорбционная ионизация электрораспылением (LADESI), лазерная десорбционная ионизация электрораспылением (LDESI), масс-спектрометрия с лазерной абляцией (LAMS) и лазерная десорбционная постионизация распылением (LDSPI). Термин лазерная масс-спектрометрия с электрораспылением использовался для обозначения использования фемтосекундного лазера для абляции. Лазерная абляция в электроспрее производит сильно заряженные ионы, подобные тем, которые наблюдаются при прямом электроспрее.

Альтернативным методом ионизации после лазерной десорбции является плазма. УФ-лазерная абляция может быть объединена с проточной плазмой послесвечения для масс-спектрометрической визуализации малых молекул. и ИК-десорбция была объединена с источником метастабильных ионов.

Схема ионизации электрораспылением зонда

Двухэтапный нелазерный

В двухэтапных нелазерных методах удаление материала из образца и стадии ионизации - отдельные.

Ионизация электрораспылением зонда (PESI) - это модифицированная версия традиционной ионизации электрораспылением, в которой капилляр для переноса раствора пробы заменен сплошной иглой с острым концом. По сравнению с обычной ионизацией электрораспылением, PESI отличается высокой солеустойчивостью, прямым отбором проб и низким расходом проб. PESI - это не непрерывный процесс; игла для отбора проб и распыления перемещается вверх и вниз с частотой 3–5 Гц.

Пар-ион, реакция переноса заряда

Аналиты находятся в паровой фазе. Это включает дыхание, запахи, летучие органические соединения и другие молекулы с низкой летучестью, которые, благодаря постоянному повышению чувствительности, обнаруживаются в паровой фазе, несмотря на их низкое давление пара. Ионы аналита образуются в результате газофазных химических реакций, при которых заряжающие агенты сталкиваются с молекулами аналита и переносят их заряд. В Вторичной ионизации электрораспылением (SESI) нано-электрораспыление, работающее при высокой температуре, производит нанокапли, которые очень быстро испаряются, образуя ионы и протонированные кластеры воды, которые ионизируют нужные пары. SESI обычно используется для анализа следовых концентраций паров, позволяя обнаруживать низколетучие частицы в газовой фазе с молекулярными массами до 700 Да.

Таблица методов

В таблице ниже методы ионизации окружающей среды классифицируются по категориям «экстракция» (процессы твердой или жидкой экстракции, за которыми динамически следует распыление или химическая ионизация), «плазменная». (термическая или химическая десорбция с химической ионизацией), «двухступенчатая» (десорбция или абляция с последующей ионизацией), «лазерная» (лазерная десорбция или абляция с последующей ионизацией), «акустическая» (акустическая десорбция с последующей ионизацией), многомодовая (включая два из вышеперечисленных режимов), другой (методы, не попадающие в другие категории).

Акроним	Метод	Классификация
AFAI	Воздушный поток Ионизация с помощью	Экстракция
AFADESI	Десорбция с помощью воздушного потока Ионизация электрораспылением	Экстракция
APGDDI	Десорбционная ионизация тлеющим разрядом при атмосферном давлении	Плазма
APPIS	пироэлектрический ионный источник при атмосферном давлении
APTDCI	Термодесорбция при атмосферном давлении по химической ионизации	Двухступенчатый
APTDI	Термодесорбция / ионизация при атмосферном давлении	Плазма
ASAP	Зонд для анализа твердых частиц при атмосферном давлении	Плазма
BADCI	Прямая химическая ионизация с бета-электронами	Двухступенчатая
CALDI	Лазерная десорбция / ионизация с помощью заряда	Лазер
DAPCI	Десорбция, химическая ионизация при атмосферном давлении	Плазма
DAPPI	Десорбция, фотоионизация при атмосферном давлении	Экстракция
DART	Прямой анализ в реальном времени	Плазма
DBDI	Ионизация диэлектрическим барьерным разрядом	Плазма
DCBI	Десорбционная ионизация пучком коронного разряда	Плазма
DCI	Десорбция, химическая ионизация	Плазма
DEFFI	Десорбционная электро- фокусировка потока ионизация	Экстракция
DEMI	Десорбционный электроспрей / метастабильная ионизация	Многомодовый
DESI	Десорбционный электроспрей ионизация	Экстракция
DeSSI	Десорбционная ионизация звуковым распылением	Экстракция
DICE	Десорбционная ионизация посредством перезарядки	Экстракция
DIP-APCI	Зонд с прямым входом - химическая ионизация при атмосферном давлении	Двухступенчатый
DPESI	Ионизация электрораспылением с прямым зондом
EADESI	Электродесорбционная ионизация электрораспылением	Экстракция
EASI	Простая ионизация звуковым распылением в окружающей среде	Экстракция
EESI	Экстракционная ионизация электрораспылением	Двухступенчатый
ELDI	Ионизация с лазерной десорбцией электрораспылением	Лазер
ESA-Py	Пиролизная ионизация с помощью электрораспыления	Спрей
ESTASI	Электростатическая ионизация распылением	Экстракция
FAPA	Послесвечение при атмосферном давлении	Плазма
FIDI	Поле -индуцированная капельная ионизация
HALDI	Высоковольтная лазерная десорбционная ионизация	Лазер
HAPGDI	Гелий a ионизация тлеющим разрядом атмосферного давления	Плазма
IR-LAMICI	Инфракрасная лазерная абляция, вызванная метастабильными химическими ионами	Лазер
JeDI	Струя десорбция ионизация электрораспылением	экстракция
LADESI	лазерная десорбция ионизация электрораспылением	лазер
LAESI	лазерная абляция ионизация электрораспылением	лазер
LA-FAPA	Лазерная абляция в потоке послесвечения атмосферного давления	Лазер
LA-ICP	Лазерная абляция с индуктивно связанной плазмой	Лазер
LD -APCI	Лазерная десорбция химическая ионизация при атмосферном давлении	Лазер
LDTD	Лазерная диодная термодесорбция	Лазер
LDESI	Лазерная десорбция с ионизацией электрораспылением	Лазер
LDSPI	Лазерная десорбция с распылением после ионизации	Лазер
LEMS	Лазерная масс-спектрометрия с электрораспылением	Лазер
LESA	Анализ поверхности жидкостной экстракции	Экстракция
LIAD-ESI	Лазерная акустическая десорбция-ионизация электрораспылением	Акустический
LMJ-SSP	Пробоотборник жидких микропереходов с поверхности	Экстракция
LPTD	Термодесорбция с помощью явления Лейденфроста	Двухступенчатая
LS-APGD	Отбор проб жидкости - тлеющий разряд атмосферного давления	Плазма
LSI	Ионизация лазерным распылением	Другое
LTP	Низкотемпературная плазма	Плазма
MAII	Ионизация на входе с помощью матрицы	Другое
MALDESI	Матричная лазерная десорбция с ионизацией электрораспылением	Лазер
MFGDP	Микрофабрикация плазмы тлеющего разряда	Плазма
MIPDI	Плазменная десорбционная ионизация, индуцированная микроволновым излучением	Плазма
нано-DESI	Наноспрей-десорбция и ионизация электрораспылением	Экстракция
ND-EESI	Нейтральная десорбция экстрактивная ионизация электрораспылением	Двухступенчатая
PADI	Десорбционная ионизация с помощью плазмы	Плазма
Paint Spr ay *	Краска-спрей	Экстракция
PALDI	Плазменная лазерная десорбционная ионизация	Лазер
PAMLDI	Плазменная многоволновая лазерная десорбционная ионизация	Лазер
PASIT	Отбор проб из окружающей среды / ионизация / пропускание на основе плазмы	Экстракция
PAUSI	Ионизация ультразвуковым распылением с использованием бумаги
PESI	Ионизация электрораспылением зонда	Двухступенчатая
PS	Бумажная аэрозоль
PTC-ESI	Ионизация электрораспылением колонки наконечника пипетки	Экстракция
RADIO	Радиочастотная акустическая десорбция и ионизация	Acoustic
RASTIR	Дистанционный отбор проб анализируемого вещества и реле ионизации
REIMS	Масс-спектрометрия с быстрой испарительной ионизацией	Другое
RoPPI	Ионизация роботизированного плазменного зонда	Двухступенчатая
SACI	Поверхность активированная химическая ионизация
SAII	Ионизация на входе с помощью растворителя	Другое
SAWN	Распыление поверхностных акустических волн на	Acoustic
SESI	Вторичная ионизация электрораспылением	Пар-ион, перенос заряда
SPA-nanoESI	Ионизация наноэлектрораспылением с помощью твердотельного зонда	Двухэтапный
SPAMS	Аэрозольная масс-спектрометрия с отдельными частицами	Другое
SSI	Ионизация губчатым распылением
SSP	Зонд для отбора проб с поверхности	Извлечение
SwiFerr	Переключаемый сегнетоэлектрический плазменный ионизатор	Другое
TDAMS	Масс-спектрометрия окружающей среды на основе термодесорбции	Спрей
TM-DESI	Режим передачи десорбция ионизация электрораспылением	Экстракция
TS	Сенсорный спрей	Двухступенчатый
UASI	Распылительная ионизация с помощью ультразвука	Acoustic
V-EASI	Легкая окружающая ионизация звуковым распылением по Вентури	Экстракция
BS	Ионизация распылением кистью	Двухступенчатая
FS	Ионизация распылением волокон	Экстракция

(*) Не акроним.

Таблица имеющихся в продаже источников ионизации окружающей среды


Метод	Торговая марка	Компания	Веб-сайт
Окружающая среда Фотоионизация под давлением (APPI)	MasCom GC- (APPI)	MasCom Technologies GmbH	https://www.mascom-bremen.de/
Прямой анализ в реальном времени (DART)	DART	IonSense Inc, Saugus, MA	https://www.ionsense.com/
Десорбционная ионизация электрораспылением (DESI)	DESI2D	Prosolia Inc, Индианаполис, IN	https://prosolia.com/
Анализ поверхности жидкой экстракцией (LESA)	TriVersaNanoMate	Advion, Ithaca, Нью-Йорк	https://advion.com/
Вторичная ионизация электрораспылением (SESI)	SUPER SESI	Fossil Ion Technology, Испания	https: // www. fossiliontech.com/

Ссылки