Бомбардировка быстрыми атомами

Схема ионного источника бомбардировки быстрыми атомами для масс-спектрометра.

Fast бомбардировка атомами (FAB ) - это метод ионизации, используемый в масс-спектрометрии, в котором пучок атомы высокой энергии ударяются о поверхность, создавая ионы. Он был разработан Майклом Барбером в Манчестерском университете в 1980 году. Когда вместо атомов используется пучок высокоэнергетических ионов (как в масс-спектрометрии вторичных ионов ), метод известен как масс-спектрометрия вторичных ионов (LSIMS ). В FAB и LSIMS анализируемый материал смешивается с нелетучей химической защитной средой, называемой матрицей, и подвергается бомбардировке в вакууме с высокой энергией (от 4000 до 10000 электрон-вольт ) пучок атомов. Атомы обычно происходят из инертного газа, такого как аргон или ксенон. Обычные матрицы включают глицерин, тиоглицерин, 3-нитробензиловый спирт (3-NBA), 18-краун-6 эфир, 2-нитрофенилоктиловый эфир, сульфолан, диэтаноламин и триэтаноламин. Этот метод аналогичен масс-спектрометрии вторичных ионов и масс-спектрометрии с плазменной десорбцией.

• 1 Механизм ионизации
• 2 Матрицы и введение образца
• 3 Бомбардировка быстрыми атомами в непрерывном потоке
• 4 Области применения
• 5 Неорганический анализ
• 6 Ссылки

Схема процесса бомбардировки быстрыми атомами.

FAB - это метод ионизации с относительно низкой фрагментацией (мягкой), обеспечивающий в основном неповрежденный протонированные молекулы, обозначенные 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. Для LSIMS, Цезий, ионы Cs составляют первичный пучок, а для FAB первичный пучок состоит из атомов Xe или Ar. 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. Хотя точный механизм ионизации образцов не был полностью раскрыт, природа его механизма ионизации аналогична лазерной десорбции / ионизации с использованием матрицы (MALDI) и химической ионизации.

Как было сказано 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, нанесенные образцу за счет поглощения удара первичного луча, и удерживать молекулы образца в агрегации. Жидкая матрица, как и любая другая матрица, наиболее важно обеспечивает среду, которая способствует ионизации образца. Наиболее широко используемой 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.

In c ontinuous f low f ast a tom b ombardment (CF-FAB), образец вводится в вводимый зонд масс-спектрометра через капилляр малого диаметра. (CF) -FAB был разработан, чтобы минимизировать проблему низкой чувствительности обнаружения, которая вызвана избытком фона матрицы, что приводит к высокому соотношению матрицы к образцу. Когда для диспергирования жидкости на зонде используется металлическая фритта, этот метод известен как фритта FAB. Образцы могут быть введены путем впрыска потока, микродиализа или сочетания с жидкостной хроматографией. Скорость потока обычно составляет от 1 до 20 мкл / мин. CF-FAB имеет более высокую чувствительность по сравнению со статическим FAB

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

Первым примером практического применения этого FAB было выяснение аминокислотная последовательность олигопептида эфрапептина D. Он содержит множество очень необычных аминокислотных остатков. 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, leu = лейцин, iva = изовалин, gly = глицин. Это мощный ингибитор активности митохондриальной АТФазы. 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, такими как квадрупольный масс-анализатор, жидкостная хроматография – масс-спектрометрия и др.

В 1983 году была опубликована статья, описывающая использование масс-спектрометрии с бомбардировкой быстрыми атомами (FAB-MS) для анализа изотопов кальция. Глицерин не использовался; Образцы в водном растворе наносили на мишень для образца и сушили перед анализом. Эффективным методом была масс-спектрометрия вторичных ионов с использованием нейтрального первичного пучка. Это приветствовалось исследователями-биомедицинами, изучающими питание и метаболизм основных минералов, но не имеющих доступа к неорганическим масс-спектрометрическим приборам, таким как термоионизационная масс-спектрометрия или индуктивно-связанная плазма. масс-спектрометрия (ICP-MS). Напротив, масс-спектрометры FAB широко используются в биомедицинских исследовательских учреждениях. Многие лаборатории приняли этот метод, используя FAB-MS для измерения изотопных соотношений в исследованиях изотопным индикатором кальция, железа, магния и цинка. 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. Системы сбора сигналов иногда модифицировались для выполнения скачка пиков вместо сканирования и для обнаружения с помощью счета ионов. Хотя удовлетворительная точность и достоверность были достигнуты с помощью FAB-MS, этот метод был трудоемким с очень низкой пропускной способностью образца, отчасти из-за отсутствия опций автоматического отбора образцов. 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 показали улучшенную доступность и эффективность анализа изотопного отношения.