Ionizace elektrosprejem sondy - Probe electrospray ionization

Ionizace elektrosprejem sondy (PESI) je elektrosprej -na základě ionizace okolí technika, která je spojena s hmotnostní spektrometrie pro analýzu vzorků.^[1][2] Na rozdíl od tradičních iontových zdrojů s hmotnostní spektrometrií, které musí být udržovány ve vakuu, umožňují techniky ionizace prostředí ionizaci vzorků za podmínek prostředí, což umožňuje vysoce výkonnou analýzu vzorků v jejich přirozeném stavu, často s minimální nebo žádnou předběžnou úpravou vzorku.^[3] Zdroj iontů PESI jednoduše sestává z jehly, na kterou se po odebrání vzorku aplikuje vysoké napětí a iniciuje elektrosprej přímo z pevné jehly.

Dějiny

Elektrosprejová ionizace sondy je technika hmotnostní spektrometrie s ionizací okolí vyvinutá profesorem Kenzem Hiraokou a kol. na University of Yamanashi, Japonsko.^[4] Tato technika byla vyvinuta k řešení některých problémů spojených s tradičními ionizace elektrosprejem (ESI), včetně ucpání kapiláry a kontaminace, a zároveň poskytuje prostředky pro rychlou a přímou analýzu vzorků. Od své počáteční koncepce byly vyvinuty různé modifikované formy zdroje iontů PESI a systém PESI-MS byl komercializován společností vyrábějící nástroje Shimadzu.

Princip činnosti

Zdroj iontů PESI se skládá z pevné jehly nebo drátu, který funguje jako vzorkovací sonda i zářič elektrospreje.^[5] Jehla se pohybuje nahoru a dolů podél svislé osy, což je proces, který může být automatizovaný nebo manuální. Když jehla spuštěna do fáze vzorkování, špička jehly se krátce dotkne povrchu typického kapalného vzorku. Během této fáze se jehla udržuje na potenciálu země. Jehla se poté zvedne do úrovně vstupu hmotnostního spektrometru, kde se aplikuje vysoké napětí 2 až 3 kV. Elektrosprej je indukován na špičce jehly a produkuje ionty analytu, které jsou natahovány do hmotnostního spektrometru pro analýzu. Předpokládá se, že mechanismus, kterým jsou ionty vytvářeny, je identický s tradiční elektrosprejovou ionizací. Výsledkem je, že v pozitivním iontovém režimu jsou analyty často pozorovány jako protonované, sodované a potencované ionty, v závislosti na typu vzorku a analytu.

Schéma sondy elektrosprejové ionizace (PESI)

Ačkoli množství vzorku zachyceného jehlou je do značné míry závislé na viskozitě vzorku, odhaduje se, že se obvykle používá jen několik pikolitrů roztoku vzorku.^[6]

Z tohoto důvodu lze techniku ​​použít na malé velikosti vzorků, zvláště ideální, když jsou k dispozici omezená množství vzorků. Protože takové malé množství vzorku je během ionizačního procesu zachyceno a zcela vyčerpáno, jsou problémy s kontaminací výrazně sníženy. Proces vzorkování a ionizace navíc trvá jen několik sekund, takže PESI-MS je vhodný pro vysoce výkonnou analýzu.

Sekvenční ionizace

Zajímavým jevem pozorovaným u ionizace elektrosprejem sondy je sekvenční a vyčerpávající ionizace analytů s různými povrchovými aktivitami. Během vývoje PESI bylo zjištěno, že analyty mohou být postupně ionizovány v celém elektrospreji, což umožňuje časovou separaci složek ve vzorku.^[7] V normálním ESI je roztok vzorku obvykle kontinuálně dodáván kapilárou a nabité kapičky obsahují všechny složky vzorku, přičemž více povrchově aktivních analytů je neustále přednostně ionizováno. V PESI jsou povrchově aktivní analyty také přednostně ionizovány. Jelikož však na špičce jehly existuje konečná kapička, po vyčerpání povrchově aktivních analytů lze zbývající složky v kapce ionizovat a pozorovat. To může mít za následek produkci výrazně odlišných hmotnostních spekter z jediného vzorku při použití vysokého napětí pouze na několik sekund.

Tento efekt nabízí zvláštní výhodu při analýze analytů trpících účinky potlačení iontů. Přítomnost povrchově aktivních analytů nebo nabitých přísad rozpouštědla může vést k potlačené ionizaci sledovaných analytů, což má za následek nízkou citlivost nebo úplnou nepřítomnost analytu.^[7] Účinky potlačení iontů lze minimalizovat snížením složitosti vzorku, například pomocí technik extrakce vzorků, jako je extrakce na pevné fázi nebo separací sledovaných analytů pomocí chromatografické separace. Tyto kroky přípravy vzorku však mohou být pracné, časově náročné a nákladné. PESI umožňuje snížení potlačení iontů bez nutnosti předúpravy vzorku. Oddělením ionizace různých analytů mohou být složky způsobující potlačení iontů vyčerpány před povolením ionizace sledovaných složek. To bylo prokázáno v řadě scénářů, včetně analýzy surové moči, s koncentrovanými složkami, jako je například ionizace kreatininu, následovaná výskytem dříve nezjištěných metabolitů.^[8]

Obvodový průtok PESI

Vzhledem k tomu, že jehla PESI je použitelná pouze pro kapalné nebo prostupné pevné vzorky, nelze ji použít pro analýzu většiny suchých pevných materiálů. Aby bylo možné toto omezení obejít, byla vyvinuta elektrosprejová ionizace (sfPESI) plášťovou průtokovou sondou, modifikace tradiční techniky PESI. Zdroj iontů sfPESI se skládá z pevné jehly umístěné v plastovém pouzdře (obvykle špičce s gelovým nábojem) naplněném malým množstvím rozpouštědla. Jehla vyčnívá ze spodní části pouzdra přibližně o 0,1 mm, kde je držena malá kapička rozpouštědla. Na základě^{[je zapotřebí objasnění ]} Na základě se sonda krátce dotkne povrchu vzorku, kde se mezi sondou a vzorkem vytvoří konvexní rozpouštědlový meniskus, který zvlhčí vzorek a umožní extrakci analytu.^[9] Chemii rozpouštědla lze upravit tak, aby vyvolala extrakci konkrétních sledovaných analytů. Po aplikaci na vzorek se sonda sfPESI poté zvedne na úroveň s vstupem hmotnostního spektrometru, přičemž se solubilizované analyty drží v kapičce na špičce jehly a aplikuje se vysoké napětí. sfPESI nabízí stejné výhody jako standardní PESI, včetně sekvenčního a vyčerpávajícího ionizačního jevu a umožňuje přímou analýzu suchých vzorků.

Aplikace

Ukázalo se, že PESI-MS je zvláště účinný při metabolické analýze biologických materiálů, který byl aplikován na analýzu rakovinné a nerakovinné tkáně prsu,^[10] stejně jako mozková a jaterní tkáň odstraněná z myší.^[11][12] Je zajímavé, že PESI-MS byl nedávno použit pro přímou analýzu živých zvířat pro metabolické profilování v reálném čase.^[13][14] Vzhledem k úzkému průměru jehly PESI a krátké době zavedení vzorku je PESI přiměřeně neinvazivní. Výsledkem je, že tato technika byla použita k odběru vzorků z orgánů živých anestetizovaných zvířat, konkrétně k analýze metabolitů v mozku, slezině, játrech a ledvinách živé myši. Kromě toho byl PESI-MS aplikován na místní analýzu potravinářských výrobků za účelem kontroly kvality, na detekci herbicidů v tělních tekutinách k prokázání expozice a nakonec na detekci nelegálních drog v tělních tekutinách k označení užívání drog. Několik skupin také využilo malou velikost sondy PESI k dosažení analýzy jednotlivých buněk, což ukazuje schopnost rychlé detekce metabolitů na buněčné a subcelulární úrovni.^[15][16][17]

PESI modifikace známá jako plášťový tok PESI byla použita k analýze různých pevných vzorků v jejich přirozeném stavu, včetně farmaceutických tablet,^[9] nelegální drogy,^[5] potraviny a zemědělské produkty,^[18] a pesticidy.^[19] Kromě toho byl sfPESI využíván v oblasti forenzní vědy pro analýzu a identifikaci čerstvých a sušených tělních tekutin forenzního zájmu.^[8] V této práci byl sfPESI také spojen s tandemovou hmotnostní spektrometrií (MS / MS), což dokazuje schopnost iontové fragmentace pro identifikaci neznámých složek.

Viz také

• Okolní ionizace
• Desorpční ionizace elektrosprejem
• Elektrosprejová ionizace

Reference