в масс - спектрометрии , ионная воронка представляет собой устройство используется для фокусировки пучка ионов с использованием ряда сложенных кольцевых электродов с уменьшением внутреннего диаметра. К сетям прикладывается комбинированная радиочастота и фиксированный электрический потенциал . [1] [2] В масс-спектрометрии с ионизацией электрораспылением (ESI-MS) ионы создаются при атмосферном давлении, но затем анализируются при более низких давлениях. Ионы могут быть потеряны, когда они перемещаются из областей с более высоким давлением в области с более низким давлением из-за процесса передачи, вызванного феноменом, называемым джоулевым расширением.или «расширение свободной струи». Эти ионные облака расширяются наружу, что ограничивает количество ионов, которые достигают детектора, поэтому анализируется меньшее количество ионов. Ионная воронка перефокусирует и эффективно передает ионы из областей высокого давления в зоны низкого давления. [3]
История
Первая ионная воронка была создана в 1997 году в лаборатории молекулярных наук об окружающей среде Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории исследователями из лаборатории Ричарда Д. Смита . Ионная воронка была реализована для замены скиммера с ограниченным пропусканием ионов для более эффективного захвата ионов в источнике ESI. [4] Многие характеристики ионной воронки приписываются многослойному кольцевому ионопроводу, однако диски ионной воронки различаются по диаметру вдоль ее длинной оси. В основании ионной воронки есть часть, в которой ряд цилиндрических кольцевых электродов имеет уменьшающийся диаметр, что позволяет пространственно диспергировать ионное облако, попадающее в ионную воронку. [5] Это позволяет эффективно переносить ионное облако через отверстие, ограничивающее проводимость, на выходе, поскольку ионное облако становится сфокусированным до гораздо меньшего радиального размера. Электрическое поле постоянного тока служит для проталкивания ионов через воронку. Для положительных ионов передняя пластина воронки имеет наиболее положительное постоянное напряжение, а последующие пластины имеют постепенно уменьшающиеся составляющие постоянного тока, обеспечивая дополнительный контроль. Электрические поля РЧ и постоянного тока накладываются совместно с псевдопотенциалом, создаваемым чередующимися полярностями РЧ на соседних электродах. Этот «псевдопотенциал» радиально ограничивает ионы и вызывает нестабильность в ионах с более низким m / z (отношением массы к заряду), в то время как ионы с более высоким m / z фокусируются в центре воронки. [6] Первоначальная конструкция ионной воронки, используемая в исследовательской лаборатории Смита, оказалась неэффективной для сбора ионов с низким значением m / z . Моделирование предполагает, что уменьшение расстояния между линзами так, чтобы они были меньше диаметра наименьшего кольцевого электрода, могло бы быть правдоподобным решением этой проблемы. [7] Другой проблемой конструкции является то, что воронка чувствительна к шуму из-за быстрых нейтралей и заряженных капель на многих поверхностях раздела атмосферы во время начальной фазы вакуума. Модификации увеличивают эффективность и соотношение сигнал / шум ионной воронки.
Некоторые из первых ионных воронок пытались контролировать поток газа, поскольку давление в ионно-вакуумной камере не было однородным из-за газодинамических эффектов. Давление на выходе из воронки было оценено в 2–3 раза выше, чем давление по манометру. Более высокое давление потребовало большей откачки в вакуумных камерах, расположенных ниже по потоку, чтобы компенсировать больший впрыск газа. Несоответствие между измеренным давлением и давлением на выходе из воронки было вызвано тем, что значительная часть сверхзвуковой газовой струи из инжектора продолжалась за диском Маха или ударным алмазом в начале воронки и продолжалась до конца. . Наиболее эффективное разрешение достигается при использовании разрушителя струи, который состоит из латунного диска диаметром 9 мм, подвешенного перпендикулярно потоку газа в центре ионной воронки. [5]
Приложения
Масс-спектрометрии
Ионные воронки часто используются в устройствах масс-спектроскопии для сбора ионов из источника ионизации. Предыдущие устройства без ионной воронки часто теряли ионы при переходе от источника ионизации к детектору масс-спектрометра. Эта потеря произошла из-за увеличения числа столкновений ионов с другими молекулами газа, присутствующими в атмосфере. Введение ионной воронки значительно снизило количество ионов, теряемых во время экспериментов, направляя ионы к желаемому месту назначения [8], а за счет изменения количества входных отверстий также может повысить чувствительность измерений, проводимых масс-спектрометром. Несколько входов позволяют использовать несколько эмиттеров электрораспыления, уменьшая поток через каждый отдельный эмиттер. Это создает множество высокоэффективных электрораспылений при низких скоростях потока. [5] Несколько входов также улучшают чувствительность, поскольку линейно расположенный 19 излучатель электрораспыления соединен с 19 входами, работающими при 18 Торр, что дает девятикратное увеличение по сравнению с одним входом. [5]
Камера реакции переноса протона
В масс-спектрометрии реакции переноса протона традиционно используются дрейфовые трубки в качестве ионных ловушек. Однако радиочастотные ионные воронки представляют собой привлекательную альтернативу, поскольку они значительно улучшают специфическую чувствительность соединения. Это связано с увеличением эффективного времени реакции и фокусировкой ионов. Для ионных воронок и дрейфовых трубок требуются одинаковые диапазоны давления, поэтому реализовать эту технологию нетрудно. Было показано, что ионные воронки способствуют пропусканию ионов с высокими m / z. [9]
Анализ дыхания
Анализ дыхания - это удобный и неинвазивный способ обнаружения химических веществ в системе организма, таких как содержание алкоголя, для определения интоксикации, отслеживания уровней анестетиков в организме во время хирургических процедур и выявления веществ, повышающих производительность, в организме спортсменов. Однако обычные методы неэффективны при низких концентрациях. Ионизацией электрораспылением интерфейс помогает ионной воронки , используемой в линейной ловушке квадрупольного Фурье-ионного циклотронного резонанса масс - спектрометра было показано , значительно увеличивает чувствительность с высоким разрешением. [10]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Ким, Тэман; Толмачев, Алексей В .; Харкевич, Ричард; Прайор, Дэвид К .; Андерсон, Гордон; Udseth, Harold R .; Смит, Ричард Д .; Бейли, Томас Н .; Раков, Сергей; Футрелл, Джин Х. (2000). «Разработка и реализация новой электродинамической ионной воронки». Аналитическая химия . 72 (10): 2247–2255. DOI : 10.1021 / ac991412x . ISSN 0003-2700 . PMID 10845370 .
- ^ Келли, Райан Т .; Толмачев, Алексей В .; Пейдж, Джейсон С .; Тан, Кэци; Смит, Ричард Д. (2009). «Ионная воронка: теория, реализации и приложения» . Обзоры масс-спектрометрии . 29 (2): 294–312. DOI : 10.1002 / mas.20232 . ISSN 0277-7037 . PMC 2824015 . PMID 19391099 .
- ^ «Ионная воронка | Mass Spec Pro» . www.massspecpro.com . Проверено 3 декабря 2018 .
- ^ Джулиан, Райан Р .; Mabbett, Sarah R .; Джарролд, Мартин Ф. (01.10.2005). «Ионные воронки для масс: эксперименты и моделирование с упрощенной ионной воронкой» . Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 16 (10): 1708–1712. DOI : 10.1016 / j.jasms.2005.06.012 . ISSN 1044-0305 . PMID 16095911 .
- ^ а б в г Келли, Райан Т .; Толмачев, Алексей В .; Пейдж, Джейсон С .; Тан, Кэци; Смит, Ричард Д. (2010). «Ионная воронка: теория, реализации и приложения» . Обзоры масс-спектрометрии . 29 (2): 294–312. DOI : 10.1002 / mas.20232 . ISSN 0277-7037 . PMC 2824015 . PMID 19391099 .
- ^ Shaffer, Scott A .; Тан, Кэци; Андерсон, Гордон А .; Прайор, Дэвид К .; Udseth, Harold R .; Смит, Ричард Д. (1997-10-30). «Новая ионная воронка для фокусировки ионов при повышенном давлении с использованием масс-спектрометрии с ионизацией электрораспылением». Быстрые коммуникации в масс-спектрометрии . 11 (16): 1813–1817. DOI : 10.1002 / (sici) 1097-0231 (19971030) 11:16 <1813 :: aid-rcm87> 3.0.co; 2-д . ISSN 1097-0231 .
- ^ Shaffer, Scott A .; Прайор, Дэвид К .; Андерсон, Гордон А .; Udseth, Harold R .; Смит, Ричард Д. (1998-10-29). «Интерфейс ионной воронки для улучшения фокусировки и чувствительности ионов с использованием масс-спектрометрии с ионизацией электрораспылением». Аналитическая химия . 70 (19): 4111–4119. DOI : 10.1021 / ac9802170 . ISSN 0003-2700 . PMID 9784749 .
- ^ Смит, Ричард Д .; Шаффер, Скотт А. Метод и устройство для направления ионов и других заряженных частиц, генерируемых при давлении, близком к атмосферному, в область под вакуумом. Патент США. US6107628A. 3 июня 1998 г.
- ^ Браун П., Кристеску С., Маллок С., Райх Д., Ламонт-Смит С., Харрен Ф. (2017). "Реализация и характеристика ионного проводника RF-ионной воронки в качестве камеры реакции переноса протона" (PDF) . Международный журнал масс-спектрометрии . 414 : 31–38. Bibcode : 2017IJMSp.414 ... 31В . DOI : 10.1016 / j.ijms.2017.01.001 . hdl : 2066/174572 .
- ^ Мейер Л., Берхтольд С., Шмид С., Зеноби Р. (2012). «Анализ дыхания с высоким разрешением по массе с использованием вторичной масс-спектрометрии с ионизацией электрораспылением с использованием ионной воронки». Журнал масс-спектрометрии . 47 (12): 1571–1575. Bibcode : 2012JMSp ... 47.1571M . DOI : 10.1002 / jms.3118 . PMID 23280745 .