Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Схема источника ионов с бомбардировкой быстрыми атомами для масс-спектрометра.

Бомбардировка быстрыми атомами ( FAB ) - это метод ионизации , используемый в масс-спектрометрии, при котором пучок атомов высокой энергии ударяется о поверхность для образования ионов . [1] [2] [3] Он был разработан Michael Barber в Университете Манчестера в 1980 году [4] Когда пучок ионов высоких энергетических используется вместо атомов (как в вторичной ионной масс - спектрометрии ), метод известна как жидкостная вторично-ионная масс-спектрометрия ( LSIMS ). [5] [6] [7]В FAB и LSIMS анализируемый материал смешивается с нелетучей химической защитной средой, называемой матрицей , и бомбардируется в вакууме пучком атомов высокой энергии (от 4000 до 10000 электрон-вольт ). 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 десорбции плазмы масс - спектрометрии .

Механизм ионизации [ править ]

Схема процесса бомбардировки быстрыми атомами.

FAB - это метод ионизации с относительно низкой фрагментацией (мягкой), который производит в основном интактные 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. [8] Для LSIMS, ионы цезия , Cs + составляют первичный пучок, а для FAB первичный пучок состоит из атомов Xe или Ar. [8]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 создают текущий поток атомов с высокой поступательной энергией. [8] Хотя точный механизм ионизации образцов не был полностью открыт, природа его механизма ионизации аналогична матричной лазерной десорбции / ионизации (MALDI) [9] [10] и химической ионизации .[11]

Матрицы и введение в образец [ править ]

Как указывалось ранее, в FAB образцы смешиваются с нелетучей средой ( матрицей ) для анализа. FAB использует жидкую матрицу, которая смешивается с образцом, чтобы обеспечить устойчивый ионный ток образца, уменьшить повреждения образца за счет поглощения удара первичного луча и удерживать молекулы образца в агрегации. [8] Жидкая матрица, как и любая другая матрица, наиболее важно обеспечивает среду, которая способствует ионизации образца. Наиболее распространенной матрицей для этого типа ионизации является глицерин.. Выбор подходящей матрицы для образца имеет решающее значение, поскольку матрица также может влиять на степень фрагментации ионов образца (аналита). Затем образец можно ввести для анализа FAB. Обычный метод введения смеси образец-матрица - через вводимый зонд. Смесь образца с матрицей загружается на мишень 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.

Бомбардировка быстрыми атомами в непрерывном потоке [ править ]

В с ontinuous е низки F AST в том б ombardment (CF-FAB), образец вводят в установочном зонд масс - спектрометре с помощью небольшого диаметра капилляра. [12] (CF) -FAB был разработан, чтобы минимизировать проблему низкой чувствительности обнаружения, которая вызвана избытком фона матрицы, что приводит к высокому отношению матрицы к образцу. [8] Когда металлическая фритта используется для диспергирования жидкости на зонде, этот метод известен как фритта FAB. [13] [14] Образцы можно вводить путем впрыска потока, микродиализа или сочетания с жидкостной хроматографией. [15]Скорость потока обычно составляет от 1 до 20 мкл / мин. [13] CF-FAB имеет более высокую чувствительность по сравнению со статическим FAB [16]

Приложения [ править ]

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

Первым примером практического применения этого FAB было выяснение аминокислотной последовательности олигопептида эфрапептина D. Он содержал множество очень необычных аминокислотных остатков. [17] Было показано, что последовательность следующая: N-ацетил-L-пип-AIB-L-пип-AIB-AIB-L-leu-бета-ала-гли-AIB-AIB-L-пип-AIB-гли- L-лей-L-iva-AIB-X. PIP = пипеколиновая кислота , AIB = альфа-амино-изомасляная кислота , leu = лейцин , iva = изовалин , gly = глицин . Это мощный ингибитор митохондриальнойАТФазная активность. Еще одно применение FAB включает его первоначальное использование для анализа образцов конденсированной фазы. FAB может быть использован 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, например с квадрупольным масс-анализатором , жидкостной хроматографией-масс-спектрометрией и т. Д.

Неорганический анализ [ править ]

В 1983 году была опубликована статья, описывающая использование масс-спектрометрии с бомбардировкой быстрыми атомами (FAB-MS) для анализа изотопов кальция. [18] Глицерин не использовался; образцы в водном растворе наносили на мишень для образцов и сушили перед анализом. Эффективным методом была вторичная ионная масс-спектрометрия с использованием нейтрального первичного пучка. Это приветствовалось исследователями-биомедиками, изучающими питание и метаболизм основных минералов, но не имеющих доступа к приборам для неорганической масс-спектрометрии, таким как масс-спектрометрия с термоионизацией или масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой(ИСП-МС). Напротив, масс-спектрометры FAB широко используются в биомедицинских исследовательских учреждениях. Многие лаборатории приняли этот метод, используя FAB-MS для измерения изотопных соотношений в исследованиях изотопных индикаторов кальция, железа, магния и цинка. [19] 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. [20] Системы сбора сигналов иногда модифицируются для выполнения скачка пиков вместо сканирования и для обнаружения с помощью счета ионов. [21]Хотя удовлетворительная точность и аккуратность были достигнуты с помощью FAB-MS, метод был трудоемким с очень низкой пропускной способностью отчасти из-за отсутствия опций автоматического отбора проб. [19] 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.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Моррис HR, Panico M, M Barber, Bordoli RS, Седжвик RD, Тайлер A (1981). «Бомбардировка быстрыми атомами: новый масс-спектрометрический метод анализа пептидной последовательности». Биохим. Биофиз. Res. Commun . 101 (2): 623–31. DOI : 10.1016 / 0006-291X (81) 91304-8 . PMID  7306100 .
  2. ^ Барбер, Майкл; Бордоли, Роберт С .; Эллиотт, Джерард Дж .; Седжвик, Р. Дональд; Тайлер, Эндрю Н. (1982). "Масс-спектрометрия с бомбардировкой быстрыми атомами". Аналитическая химия . 54 (4): 645A – 657A. DOI : 10.1021 / ac00241a817 . ISSN 0003-2700 . 
  3. ^ Barber M, Bordoli RS, Седжвик RD, Тайлер AN (1981). «Бомбардировка твердых тел быстрыми атомами (FAB): новый источник ионов для масс-спектрометрии». Журнал химического общества, химические коммуникации (7): 325–7. DOI : 10.1039 / C39810000325 .
  4. ^ Barber, M .; Бордоли, РС; Sedgwick, RD; Тайлер, А.Н. (сентябрь 1981 г.). «Бомбардировка твердых тел быстрыми атомами как источник ионов в масс-спектрометрии». Природа . 293 (5830): 270–275. DOI : 10.1038 / 293270a0 . ISSN 0028-0836 . 
  5. ^ Stoll, RG; Харван, диджей; Хасс, младший (1984). «Масс-спектрометрия жидких вторичных ионов с источником сфокусированных первичных ионов». Международный журнал масс-спектрометрии и ионных процессов . 61 (1): 71–79. Bibcode : 1984IJMSI..61 ... 71S . DOI : 10.1016 / 0168-1176 (84) 85118-6 . ISSN 0168-1176 . 
  6. ↑ Доминик М. Дезидерио (14 ноября 1990 г.). Масс-спектрометрия пептидов . CRC Press. С. 174–. ISBN 978-0-8493-6293-4.
  7. ^ De Pauw, E .; Agnello, A .; Дерва, Ф. (1991). «Жидкие матрицы для жидкой вторичной ионной масс-спектрометрии - бомбардировки быстрыми атомами: обновление». Обзоры масс-спектрометрии . 10 (4): 283–301. Bibcode : 1991MSRv ... 10..283D . DOI : 10.1002 / mas.1280100402 . ISSN 0277-7037 . 
  8. ^ a b c d e Chhabil., Dass (01.01.2007). Основы современной масс-спектрометрии . Wiley-Interscience. ISBN 9780471682295. OCLC  609942304 .
  9. ^ Пачута, Стивен Дж .; Повара, RG (1987). «Механизмы в молекулярной ВИМС». Химические обзоры . 87 (3): 647–669. DOI : 10.1021 / cr00079a009 . ISSN 0009-2665 . 
  10. ^ Томер KB (1989). «Развитие бомбардировки быстрыми атомами в сочетании с тандемной масс-спектрометрией для определения биомолекул» . Обзоры масс-спектрометрии . 8 (6): 445–82. Bibcode : 1989MSRv .... 8..445T . DOI : 10.1002 / mas.1280080602 .
  11. ^ Székely, Габриэлла; Эллисон, Джон (1997). «Если механизм ионизации при бомбардировке быстрыми атомами включает в себя ионно-молекулярные реакции, то что такое ионы-реагенты? Временная зависимость масс-спектров бомбардировки быстрыми атомами и параллели с химической ионизацией». Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 8 (4): 337–351. DOI : 10.1016 / S1044-0305 (97) 00003-2 . ISSN 1044-0305 . 
  12. ^ Caprioli, Ричард М. (1990). «Непрерывная масс-спектрометрия с бомбардировкой быстрыми атомами». Аналитическая химия . 62 (8): 477A – 485A. DOI : 10.1021 / ac00207a715 . ISSN 0003-2700 . PMID 2190496 .  
  13. ^ a b Юрген Х. Гросс (14 февраля 2011 г.). Масс-спектрометрия: Учебник . Физика сегодня . 58 . Springer Science & Business Media. С. 494–. Bibcode : 2005PhT .... 58f..59G . DOI : 10.1063 / 1.1996478 . ISBN 978-3-642-10709-2.
  14. ^ Caprioli, RM (1990). Масс-спектрометрия с непрерывной бомбардировкой быстрыми атомами . Нью-Йорк: Вили. ISBN 978-0-471-92863-8.
  15. ^ Abian, J. (1999). «Сочетание газовой и жидкостной хроматографии с масс-спектрометрией». Журнал масс-спектрометрии . 34 (3): 157–168. Bibcode : 1999JMSp ... 34..157A . DOI : 10.1002 / (SICI) 1096-9888 (199903) 34: 3 <157 :: AID-JMS804> 3.0.CO; 2-4 . ISSN 1076-5174 . 
  16. ^ Томер, КБ; Перкинс, младший; Паркер, CE; Детердинг, LJ (1991-12-01). «Коаксиальная непрерывная бомбардировка быстрыми атомами для высокомолекулярных пептидов: сравнение со статической бомбардировкой быстрыми атомами и ионизацией электрораспылением» . Биологическая масс-спектрометрия . 20 (12): 783–788. DOI : 10.1002 / bms.1200201207 . ISSN 1052-9306 . PMID 1812988 .  
  17. ^ Bullough, Д. Джексон CG, Хендерсон, PJF, Cottee, FH, Бичи, RB и Linnett, PE Биохимия International (1981) 4, 543-549
  18. ^ Смит, Дэвид (декабрь 1983 г.). «Определение стабильных изотопов кальция в биологических жидкостях методом масс-спектрометрии с бомбардировкой быстрыми атомами». Аналитическая химия . 55 : 2391–2393.
  19. ^ a b Иглз, Джон; Меллон, Фред (1996). «Глава 10: Масс-спектрометрия с бомбардировкой быстрыми атомами (FABMS)». В Меллоне, Фред; Сандстрем, Бритмари (ред.). Стабильные изотопы в питании человека: метаболизм неорганических питательных веществ . Лондон: Academic Press. С. 73–80. ISBN 0-12-490540-4.
  20. ^ Миллер, Лиланд; Хамбидж, Майкл; Феннесси, Пол (1991). «Изотопное фракционирование и гидридные помехи в анализе изотопов металлов с помощью вторичной ионной масс-спектрометрии, индуцированной быстрой атомной бомбардировкой». Журнал анализа микроэлементов . 8 : 179–197.
  21. ^ Кребс, Нэнси; Миллер, Лиланд; Нааке, Вернон; Лей, Сиан; Весткотт, Джейми; Феннесси, Пол; Хамбидж, Майкл (июнь 1995). «Использование стабильных изотопов для оценки метаболизма цинка». Биохимия питания . 6 : 292–301.