Elektrosprey iyonizasyon - Electrospray ionization
Elektrosprey iyonizasyon ( ESI ), bir aerosol oluşturmak için bir sıvıya yüksek voltajın uygulandığı bir elektrosprey kullanarak iyon üretmek için kütle spektrometrisinde kullanılan bir tekniktir . Makromoleküllerden iyon üretiminde özellikle yararlıdır çünkü bu moleküllerin iyonize olduklarında parçalanma eğiliminin üstesinden gelir. ESI, çoklu yüklü iyonlar üretebildiğinden (örneğin matris destekli lazer desorpsiyon/iyonizasyon (MALDI)) diğer iyonizasyon işlemlerinden farklıdır ve proteinlerde gözlemlenen kDa-MDa büyüklük sıralarını karşılamak için analizörün kütle aralığını etkin bir şekilde genişletir ve bunların ilişkili polipeptit fragmanları.
ESI kullanan kütle spektrometrisi, elektrosprey iyonizasyon kütle spektrometrisi (ESI-MS) veya daha az yaygın olarak elektrosprey kütle spektrometrisi (ES-MS) olarak adlandırılır. ESI, çok az parçalanma olduğu için sözde 'yumuşak iyonizasyon' tekniğidir. Bu, moleküler iyonun (veya daha doğrusu bir sahte moleküler iyonun) hemen hemen her zaman gözlemlenmesi anlamında avantajlı olabilir, ancak elde edilen basit kütle spektrumundan çok az yapısal bilgi elde edilebilir. Bu dezavantaj, ESI'nin tandem kütle spektrometrisi (ESI-MS/MS) ile birleştirilmesiyle aşılabilir . ESI'nin bir diğer önemli avantajı, çözüm fazı bilgilerinin gaz fazında tutulabilmesidir.
Elektrosprey iyonizasyon tekniği ilk biyolojik makromoleküllerin analizi için elektrosprey iyonizasyon geliştirilmesi nitelenmesi ile ödüllendirildi 1984 yılında Masamichi Yamashita ve John Fenn tarafından bildirildi Nobel Kimya Ödülü için John Bennett Fenn orijinal araçların 2002 One Dr. Fenn tarafından kullanılan , Philadelphia, Pennsylvania'daki Bilim Tarihi Enstitüsü'nde sergileniyor .
Tarih
.jpg)
1882'de Lord Rayleigh , bir sıvı damlacığının ince sıvı jetleri fırlatmadan önce taşıyabileceği maksimum yük miktarını teorik olarak tahmin etti. Bu artık Rayleigh limiti olarak bilinir.
1914'te John Zeleny , cam kılcal damarların ucundaki sıvı damlacıklarının davranışı üzerine bir çalışma yayınladı ve farklı elektrosprey modları için kanıtlar sundu. Wilson ve Taylor ve Nolan 1920'lerde elektrospreyi ve 1931'de Macky'yi araştırdı. Elektrosprey konisi (şimdi Taylor konisi olarak bilinir ) Sir Geoffrey Ingram Taylor tarafından tanımlandı .
Elektrosprey iyonizasyonunun kütle spektrometrisi ile ilk kullanımı 1968'de Malcolm Dole tarafından rapor edildi . John Bennett Fenn, 1980'lerin sonlarında elektrosprey iyonizasyon kütle spektrometrisinin geliştirilmesi için 2002 Nobel Kimya Ödülü'ne layık görüldü .
iyonlaşma mekanizması
İlgili analitleri içeren sıvı , elektrosprey ile ince bir aerosol içine dağıtılır . İyon oluşumu geniş solvent buharlaşmasını (desolvasyon olarak da adlandırılır) içerdiğinden, elektrosprey iyonizasyon için tipik solventler, suyun uçucu organik bileşiklerle (örneğin metanol asetonitril) karıştırılmasıyla hazırlanır. İlk damlacık boyutunu azaltmak için, iletkenliği artıran bileşikler (örneğin asetik asit) geleneksel olarak çözeltiye eklenir. Bu türler ayrıca iyonizasyon sürecini kolaylaştırmak için bir proton kaynağı sağlamak üzere hareket eder. Büyük akışlı elektrospreyler , ESI kaynağının yüksek sıcaklığına ek olarak nitrojen veya karbon dioksit gibi ısıtılmış bir soy gazın nebulizasyonundan yararlanabilir . Aerosol, yüklü damlacıklardan daha fazla çözücü buharlaşmasına yardımcı olmak için ısıtılabilen yaklaşık 3000 V'luk bir potansiyel farkı taşıyan bir kılcal damar yoluyla bir kütle spektrometresinin ilk vakum aşamasına örneklenir . Çözücü, Rayleigh sınırına ulaştığında kararsız hale gelene kadar yüklü bir damlacıktan buharlaşır . Bu noktada, damlacık boyutu giderek küçülen benzer yüklerin elektrostatik itmesi damlacığı bir arada tutan yüzey geriliminden daha güçlü hale geldiğinden, damlacık deforme olur. Bu noktada damlacık Coulomb fisyonuna uğrar, bu sayede orijinal damlacık "patlar" ve daha küçük, daha kararlı damlacıklar oluşturur. Yeni damlacıklar desolvasyona ve ardından Coulomb fisyonlarına maruz kalır. Fisyon sırasında, damlacık kütlesinin küçük bir yüzdesini (%1.0-2.3) ve yükünün nispeten büyük bir yüzdesini (%10-18) kaybeder.
Gaz fazı iyonlarının nihai üretimini açıklayan iki ana teori vardır: iyon buharlaşma modeli (IEM) ve yük kalıntısı modeli (CRM). IEM, damlacık belirli bir yarıçapa ulaştığında, damlacık yüzeyindeki alan kuvvetinin, solvatlanmış iyonların alan desorpsiyonuna yardımcı olmak için yeterince büyük hale geldiğini öne sürer . CRM, elektrosprey damlacıklarının buharlaşma ve fisyon döngülerinden geçtiğini ve sonunda ortalama olarak bir veya daha az analit iyonu içeren soy damlacıklarına yol açtığını öne sürüyor. Geri kalan çözücü molekülleri buharlaştıktan sonra gaz fazı iyonları oluşur ve damlacığın taşıdığı yükleri analite bırakır.
Çok sayıda kanıt, doğrudan veya dolaylı olarak, küçük iyonların ( küçük moleküllerden ) iyon buharlaşma mekanizması yoluyla gaz fazına salındığını, daha büyük iyonların (örneğin katlanmış proteinlerden) yüklü kalıntı mekanizmasıyla oluştuğunu göstermektedir.
Birleşik yüklü kalıntı alanı emisyonunu çağıran üçüncü bir model önerilmiştir. Düzensiz polimerler (katlanmamış proteinler) için zincir fırlatma modeli (CEM) adı verilen başka bir model önerilmiştir.
Kütle spektrometrisi ile gözlemlenen iyonlar, bir hidrojen katyonunun eklenmesiyle oluşturulan ve [ M + H] + ile gösterilen yarı moleküler iyonlar veya sodyum iyonu, [ M + Na] + gibi başka bir katyonun veya bir hidrojen çekirdeğinin çıkarılmasıyla oluşturulan yarı moleküler iyonlar olabilir. , [ M - H] - . [ M + n H] n + gibi çok yüklü iyonlar sıklıkla gözlenir. Büyük makromoleküller için , karakteristik bir yük durumu zarfıyla sonuçlanan birçok yük durumu olabilir. Bütün bunlar çift elektronlu iyon türleridir: diğer bazı iyonizasyon kaynaklarının aksine elektronlar (tek başına) eklenmez veya çıkarılmaz. Analitler bazen elektrokimyasal süreçlerde yer alırlar ve bu da kütle spektrumunda karşılık gelen tepe noktalarının kaymasına yol açar . Bu etki, elektrosprey kullanılarak bakır, gümüş ve altın gibi asil metallerin doğrudan iyonizasyonunda gösterilmiştir.
ESI'de küçük moleküller için gaz fazı iyonlarının üretilmesinin verimliliği, bileşiğin yapısına, kullanılan çözücüye ve enstrümantal parametrelere bağlı olarak değişir. İyonizasyon verimliliğindeki farklılıklar 1 milyon kattan fazladır.
Varyantlar
Düşük akış hızlarında çalıştırılan elektrospreyler, daha iyi iyonizasyon verimliliği sağlayan çok daha küçük başlangıç damlacıkları üretir . 1993'te Gale ve Richard D. Smith , daha düşük akış hızları kullanılarak ve 200 nL/dk'ya kadar önemli hassasiyet artışlarının elde edilebileceğini bildirdi. 1994 yılında, iki araştırma grubu, düşük akış hızlarında çalışan elektrospreyler için mikro-elektrosprey (mikrosprey) adını verdi. Emmett ve Caprioli , elektrosprey 300-800 nL/dk'da çalıştırıldığında HPLC-MS analizleri için gelişmiş performans gösterdi. Wilm ve Mann, ~ 25 nL/dk'lık bir kılcal akışın, cam kılcal damarları birkaç mikrometreye çekerek üretilen emitörlerin ucunda bir elektrospreyi sürdürebileceğini gösterdi. Sonuncusu 1996'da nano-elektrosprey (nanosprey) olarak yeniden adlandırıldı. Şu anda nanosprey adı, yalnızca kendinden beslenen elektrospreyler için değil, düşük akış hızlarında pompalarla beslenen elektrospreyler için de kullanılmaktadır. Elektrosprey, mikrosprey ve nano-elektrosprey için iyi tanımlanmış bir akış hızı aralığı olmamasına rağmen, "iyon salınımından önce damlacık bölünmesi sırasında analit bölümündeki değişiklikler" incelenmiştir. Bu yazıda, diğer üç grup tarafından elde edilen sonuçları karşılaştırıyorlar. ve ardından farklı akış hızlarında sinyal yoğunluğu oranını [Ba 2+ + Ba + ]/[BaBr + ] ölçün .
Soğuk püskürtme iyonizasyonu, numuneyi içeren çözeltinin küçük bir soğuk kılcal damardan (10-80 °C) bir elektrik alanına zorlanarak soğuk yüklü damlacıklardan oluşan ince bir sis oluşturduğu bir elektrosprey şeklidir. Bu yöntemin uygulamaları, düzenli elektrosprey iyonizasyonu kullanılarak çalışılamayan kırılgan moleküllerin ve konuk-konak etkileşimlerinin analizini içerir.
Elektrosprey iyonizasyonu ayrıca 25 torr kadar düşük basınçlarda da başarılmıştır ve Richard D. Smith ve arkadaşları tarafından geliştirilen iki aşamalı bir iyon hunisi arayüzüne dayanan nanoelektrosprey (SPIN) ile alt ortam basıncı iyonizasyonu olarak adlandırılmıştır . SPIN uygulaması, iyonları kütle spektrometresinin düşük basınç bölgesine hapsetmeye ve aktarmaya yardımcı olan iyon hunilerinin kullanılması nedeniyle artan hassasiyet sağladı. Nanoelektrosprey yayıcı, yaklaşık 1-3 mikrometre küçük bir açıklığa sahip ince bir kılcal damardan yapılmıştır. Yeterli iletkenlik için bu kapiler genellikle iletken malzeme, örneğin altın ile püskürtme ile kaplanır. Nanoelektrosprey iyonizasyonu, bir numunenin yalnızca birkaç mikrolitresini tüketir ve daha küçük damlacıklar oluşturur. Düşük basınçta çalıştırma, daha küçük elektrosprey damlacık boyutunun etkili desolvasyon ve iyon oluşumunun elde edilmesini sağladığı düşük akış hızları için özellikle etkiliydi. Sonuç olarak, araştırmacılar daha sonra iyonların sıvı fazdan gaz fazına iyonlar olarak ve çift iyon hunisi arayüzü yoluyla kütle spektrometresine aktarılması için toplamda %50'nin üzerinde bir genel iyonizasyon kullanım verimliliğinin elde edildiğini gösterebildiler.
ortam iyonizasyonu
İçinde , ortam iyonizasyon , iyon oluşumu dışında meydana kütle spektrometresi Örnek hazırlanmadan. Elektrosprey, bir dizi ortam iyon kaynağında iyon oluşumu için kullanılır.
Desorpsiyon elektrosprey iyonizasyonu (DESI), bir çözücü elektrospreyinin bir numuneye yönlendirildiği bir ortam iyonizasyon tekniğidir. Elektrosprey, numuneye bir voltaj uygulanarak yüzeye çekilir. Örnek bileşikler, yüksek yüklü iyonlar oluşturmak üzere buharlaşan yüksek yüklü damlacıklar olarak tekrar aerosol haline getirilen çözücüye ekstrakte edilir. İyonizasyondan sonra, iyonlar kütle spektrometresinin atmosferik basınç arayüzüne girer. DESI, çok az numune hazırlama ile atmosferik basınçta numunelerin ortam iyonizasyonuna izin verir.
Ekstraktif elektrosprey iyonizasyonu , biri elektrosprey tarafından oluşturulan iki birleştirilmiş sprey kullanan, sprey tipi bir ortam iyonizasyon yöntemidir.
Lazer tabanlı elektrosprey tabanlı ortam iyonizasyonu, bir numuneden malzemeyi ayırmak veya kesmek için darbeli bir lazerin kullanıldığı ve malzeme tüyünün iyon oluşturmak için bir elektrosprey ile etkileşime girdiği iki aşamalı bir işlemdir. Ortam iyonizasyonu için numune materyali elektrosprey yakınındaki bir hedef üzerinde biriktirilir. Lazer, yüzeyden ve yüksek yüklü iyonlar üreten elektrosprey içine püskürtülen numuneden malzemeyi desorbe eder veya keser. Örnekler, elektrosprey lazer desorpsiyon iyonizasyonu , matris destekli lazer desorpsiyon elektrosprey iyonizasyonu ve lazer ablasyon elektrosprey iyonizasyonudur .
Elektrostatik püskürtme iyonizasyonu (ESTASI), düz veya gözenekli bir yüzey üzerinde veya bir mikro kanal içinde bulunan numunelerin analizini içeriyordu. Analit içeren bir damlacık, darbeli bir yüksek voltajın uygulandığı bir numune alanına bırakılır. Elektrostatik basınç, yüzey geriliminden daha büyük olduğunda, damlacıklar ve iyonlar püskürtülür.
İkincil elektrosprey iyonizasyon (SESI), şarj iyonlarının bir elektrosprey vasıtasıyla üretildiği bir sprey tipi, ortam iyonizasyon yöntemidir. Bu iyonlar daha sonra onlarla çarpıştıklarında gaz fazındaki buhar moleküllerini şarj eder.
Olarak kağıt sprey iyonizasyonu , örnek bir kağıt parçası tatbik edilir, çözücü madde ilave edilir ve bir yüksek gerilim iyon oluşturma kağıdına uygulanır.
Uygulamalar
Elektrosprey protein katlanmasını incelemek için kullanılır .
Sıvı kromatografisi-kütle spektrometrisi
Elektrosprey iyonizasyon, sıvı kromatografisini kütle spektrometrisi (LC-MS) ile birleştirmek için tercih edilen iyon kaynağıdır . Analiz, LC kolonundan çıkan sıvıyı doğrudan bir elektrosprey ile besleyerek çevrimiçi olarak veya daha sonra klasik bir nanoelektrosprey kütle spektrometresi kurulumunda analiz edilecek fraksiyonları toplayarak çevrimdışı olarak gerçekleştirilebilir. Proteinler için ESI-MS'deki sayısız çalışma parametresi arasında, elektrosprey voltajı ESI LC/MS gradyan elüsyonunda dikkate alınması gereken önemli bir parametre olarak tanımlanmıştır. Elektrosprey-LCMS spektrumları ve/veya nanoESI-MS spektrumları üzerinde çeşitli solvent bileşimlerinin (TFA veya amonyum asetat veya aşırı şarj reaktifleri veya türevlendirme grupları gibi) veya püskürtme koşullarının etkisi. çalıştım.
Kapiler elektroforez-kütle spektrometrisi (CE-MS)
Kapiler elektroforez-kütle spektrometrisi, Richard D. Smith ve Pacific Northwest National Laboratory'deki çalışma arkadaşları tarafından geliştirilen ve patenti alınan bir ESI arayüzü ile sağlandı ve çok küçük biyolojik ve kimyasal bileşik karışımlarının analizi için geniş bir kullanıma sahip olduğu gösterildi ve hatta tek bir biyolojik hücreye
Kovalent olmayan gaz fazı etkileşimleri
Elektrosprey iyonizasyonu, kovalent olmayan gaz fazı etkileşimlerinin incelenmesinde de kullanılır . Elektrosprey prosesinin, kovalent olmayan etkileşimi bozmadan sıvı faz kovalent olmayan kompleksleri gaz fazına aktarabildiği düşünülmektedir. ESI-MS veya nanoESI-MS ile ligand substrat kompleksleri incelenirken spesifik olmayan etkileşimler gibi problemler tanımlanmıştır. Bunun ilginç bir örneği, enzimler ve enzim inhibitörleri olan ilaçlar arasındaki etkileşimleri incelemektir . STAT6 ve inhibitörler arasındaki rekabet çalışmaları, potansiyel yeni ilaç adaylarını taramanın bir yolu olarak ESI'yi kullanmıştır.
Ayrıca bakınız
Referanslar
daha fazla okuma
- Cole, Richard (1997). Elektrosprey iyonizasyon kütle spektrometrisi: temeller, enstrümantasyon ve uygulamalar . New York: Wiley. ISBN'si 978-0-471-14564-6.
- Brüt, Michael; Pramanik, Birendra N.; Ganguly, AK (2002). Uygulamalı elektrosprey kütle spektrometrisi . New York, NY: Marcel Dekker. ISBN'si 978-0-8247-0618-0.
- Snyder, A. Peter (1996). Elektrosprey iyonizasyon kütle spektrometrisinin biyokimyasal ve biyoteknolojik uygulamaları . Columbus, OH: Amerikan Kimya Derneği. ISBN'si 978-0-8412-3378-2.
- Alexandrov, ML; LN Gall; NV Krasnov; VI Nikolaev; VA Pavlenko; VA Shkurov (Temmuz 1984). Экстракция ионов из растворов при атмосферном давлении – Метод масс-спектрометрического анализа бичосор[Atmosferik basınçta çözeltilerden iyonların ekstraksiyonu - Biyoorganik maddelerin kütle spektrometrik analizi için bir yöntem]. Doklady Akademii Nauk SSSR (Rusça). 277 (2): 379-383.
- Alexandrov, ML; LN Gall; NV Krasnov; VI Nikolaev; VA Pavlenko; VA Shkurov (2008) [Temmuz 1984]. "Biyoorganik bileşiklerin kütle spektrometrik analizi için bir yöntem olarak atmosfer basıncı altında çözeltilerden iyonların ekstraksiyonu". Kütle Spektrometrisinde Hızlı İletişim . 22 (3): 267–270. Bibcode : 2008RCMS...2..267A . doi : 10.1002/rcm.3113 . PMID 18181250 .
Dış bağlantılar
- Elektrosprey İyonizasyon Astarı Ulusal Yüksek Manyetik Alan Laboratuvarı
- ABD Ulusal Tıp Kütüphanesi'nde Elektrosprey+İyonizasyon+Kütle+Spektrometrisi Tıbbi Konu Başlıkları (MeSH)