快速、多功能环境表面分析plasma-assisted解吸电离质谱

弗兰克•J.M. Rutten *加西姆硕士Jamur和保罗·罗奇

学院药学和医学科学技术研究所,基尔大学、基尔ST5 5 bg,英国。电子邮件:(电子邮件保护)

DOI:https://doi.org/10.1255/sew.2015.a2
©2022年作者

介绍

表面起到至关重要的作用在一个广泛的应用,因此一直以来强烈的主题研究非常早期的化学分析。随着知识和制造能力,需要更加详细的表面分析信息快速增长。尤其是当振动光谱,取得了关键信息在广泛的环境中,这些技术的本质并限制信息。质谱分析,另一方面,能够产生精确的数据集,但历来更方便在实际的应用程序。

首次使用后,主要对无机和材料科学应用和阿尔弗雷德Benninghoven(德国)和大卫·布里格斯(英国)中主要的主角,液态金属离子枪和飞行时间分析器的进步使二次离子质谱(SIMS)成为一个强大的技术分析的有机材料。灵敏度方面的彻底改变了使用西姆斯在上世纪后期,允许研究人员从damage-prone有机材料获取详细的质谱没有显著改变表面化学进行调查。此外,表面质谱包含的信息可以从非常小的表面生成大分子领域,特别是集群主要离子源的引入,使得微米尺寸与一个巨大的丰富的信息,图像生成的形式为每个图像像素高质量范围和分辨光谱。这些发展开辟了全新的领域分析和飞行时间西姆斯(ToF-SIMS)已经非常成功地应用在一个看似无穷无尽的应用范围从医疗植入物天体化学和细胞生物学,艺术历史和考古。¹

而精致的研究和继续出版使用西姆斯,一个至关重要的限制要求样本是在真空环境。这需要真空样品敏感特别是准备否定任何不利影响。此外,样品处理量受到泵送时间和样本大小和几何仅限于适合真空室。因此有一个重要的另一个利基MS-based表面分析方法可以询问样品在周围的环境中。

Plasma-assisted解吸/电离质谱法,应用程序的例子

通过引入解吸附电喷雾电离质谱(DESI)环境表面分析的论文由厨师和集团(美国普渡大学)科学在2004年,²一个途径实现这一长期目标变得明显。本文正确地创造了许多惊喜,和同事,然后在英国诺丁汉大学的,我们希望利用这一点。在这个过程中,我们开发了一个方法使用一个低能量等离子铅笔之前为生物医学应用程序而设计的,从一系列的材料产生质谱。PADI Plasma-assisted解吸/电离质谱,如图1所示为最基本的设置,已经被用于调查一系列小分子药物的分析物³(图2显示分析平板电脑)聚合物。⁴女士在plasma-based环境技术开发以来(见,例如,参考5PADI),它使用一个低功率等离子体的特点是一个非常简单的和健壮的设计、样本几何相对不敏感,可以迅速产生诊断质谱从范围广泛的材料,下面突出显示的几个例子。

图1所示。PADI设置。前面的氦低温射频等离子体火焰水域ZQ质谱仪入口。在这个最基本的安排样品可以用镊子在火焰前举行示意图表示。

图2。PADI设置。等离子火焰与扑热息痛片和合成分析物离子运入水域ZQ单四极质谱仪通过1⁄8”不锈钢嗅探器管。

在我们最初的工作³我们调查范围内的非处方药品,发现诊断光谱可以在正面,容易生成负离子模式,包括半固态。一些天然产物也调查(见图3),我们能够清楚地认识到干烟叶尼古丁,蒜素,主要在刚割下的大蒜和硫代硫酸盐,更具挑战性,容易分解的lachrimator propanethial-S-oxide从刚割下的嫩洋葱,这不是简单的由传统的女士。

图3。PADI光谱的天然产品。关键:a)干烟叶;b)刚割下的大蒜丁香;c)刚割下的嫩洋葱。允许转载引用3。版权2007年美国化学学会。

在随后的详细研究在英国国家物理实验室,索尔特塔拉和他的同事们将德与PADI模仿皮肤上使用个人护理产品。发现快速五秒钟的PADI频谱是足够的识别可以分析更广泛的分子比德。而他们发现PADI等离子体可能造成损害,而脆弱的人类皮肤成纤维细胞的层,这是在剂量远高于所需的高质量的诊断光谱。⁶

当一个更高的力量提供射频(RF)等离子体针,电离作用来源相同,而不是“仅仅”解吸装置和小分子电离,可用于研究聚合物通过诊断电离生成的片段。麦凯和同事,在低温常压等离子体源的比较研究,发现PADI可以清楚地识别聚四氟乙烯(聚(四氟乙烯))(见图4)和PMMA(聚(甲基丙烯酸甲酯)),它的特点,同时释放碎片表明聚合物重复单元,产生更少的碎片,因此更清洁和更容易解释光谱相比其他等离子体源调查。⁷

图4。负离子PADI的聚四氟乙烯记录在热Orbitrap质谱仪(未公开的数据)。等离子体功率:10 W。主要图像显示100 - 1000 m / z,插入显示完整的测量范围100 - 2000 m / z。完整的强度范围内对应于3.55×103计数。一些诊断重复模式用符号:* C2O3 nF (CF2);†HNC2O6 nF (CF2);‡C2O4 nH (CF2)。

我们当前的工作有一个双重的焦点。的潜力,在实际意义上,看似简单的电离作用技术远未充分发展,进一步探索PADI的广泛适用性和其优势和局限性正在进行。各种等离子体参数系统适应建立这如何影响分析的一系列材料,包括更大的有机分子和生物材料。机制生成PADI光谱形成第二我们工作的重点。它已成为明显的温度效应可以有一个重要的影响分析物分子的解吸。等离子体中的不同活性物种如何影响更直接的意义上的解吸和离子是如何形成的不太清楚。进一步的调查是必要的,使更好的分析和解释,有时,复杂的光谱和PADI的潜力最大化。

结论

表面分析质谱《盗梦空间》以来,经历了变革环境质谱移除了要求在真空条件下样本调查。方法基于表面等离子互动特别承诺,包括PADI。同时参与的机制产生PADI光谱仍然需要揭开,PADI显示重要的承诺成为一个有价值的和通用的工具仪器表面可用阿森纳分析师。

确认

作者欣然承认阿斯利康的保罗·戴维和伊恩·辛克莱的支持正在进行的研究的应用PADI药物分析。大卫·巴雷特分析中心的生物科学学院的药房诺丁汉大学的善良得到了热Exactive仪器用于记录数据如图4所示。作者JMSJ承认伊拉克高等教育和科学研究的财政支持。

引用

1. J.C. Vickerman和d·布里格斯(Eds),ToF-SIMS:质谱分析的材料,第二版。IM出版物,奇切斯特,英国(2013)。http://bit.ly/20CbI3a
2. z Takats J.M.怀斯曼,b . Gologan R.G.厨师,“与解吸附电喷雾离子化质谱采样环境条件下”,科学306 (5695),471 - 473 (2004)。doi:http://dx.doi.org/10.1126/science.1104404
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