Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Изображение профиля SIFT-MS 3.

Масс-спектрометрия с отобранными ионами с проточной трубкой (SIFT-MS) - это метод количественной масс-спектрометрии для анализа следовых газов, который включает химическую ионизацию следовых летучих соединений выбранными положительными ионами-предшественниками в течение четко определенного периода времени вдоль расходомерной трубки. [1] Абсолютные концентрации микропримесей, присутствующих в воздухе, дыхании или свободном пространстве жидких проб в бутылках, могут быть рассчитаны в реальном времени на основе соотношения сигналов предшественника и ионного сигнала продукта без необходимости подготовки проб или калибровки со стандартными смесями. Предел обнаружения коммерчески доступных Просеять-MS инструментов распространяется на одной цифры PPTV классифицировать.

Этот прибор является продолжением выбранной технологии ионно-расходомерной трубки SIFT, которая была впервые описана в 1976 году Адамсом и Смитом. [2] Это метод быстрой проточной трубки / ионного роя для реакции положительных или отрицательных ионов с атомами и молекулами в действительно термализованных условиях в широком диапазоне температур. Он широко используется для изучения кинетики ион-молекулярных реакций . Его применение к химии ионосферных и межзвездных ионов в течение 20-летнего периода имело решающее значение для продвижения и понимания этих тем.

SIFT-MS был первоначально разработан для использования в анализе дыхания человека и показал большие перспективы в качестве неинвазивного инструмента для физиологического мониторинга и диагностики заболеваний . С тех пор он показал потенциал для использования в самых разных областях, особенно в науках о жизни , таких как сельское хозяйство и животноводство , исследования окружающей среды и пищевые технологии .

SIFT-MS был популяризирован как технология, которую продает и продает компания Syft Technologies, базирующаяся в Крайстчерче, Новая Зеландия.

Инструменты [ править ]

В выбранном масс-спектрометре с ионной расходомерной трубкой, SIFT-MS, ионы генерируются в микроволновом плазменном источнике ионов, обычно из смеси лабораторного воздуха и водяного пара. Из образовавшейся плазмы с помощью квадрупольного фильтра масс выбирается один вид ионов, который действует как «ионы-предшественники» (также часто называемые первичными ионами или ионами-реагентами в SIFT-MS и других процессах, включающих химическую ионизацию). В анализах SIFT-MS в качестве ионов-предшественников используются H 3 O + , NO + и O 2 + , и они были выбраны потому, что известно, что они не вступают в значительную реакцию с основными компонентами воздуха (азот, кислород и т. Д.). , но может реагировать со многими газами очень низкого уровня (следовыми).

Выбранные ионы-предшественники вводятся в поток газа-носителя (обычно гелий при давлении 1 Торр) через отверстие Вентури (диаметр ~ 1 мм), где они перемещаются по реакционной расходомерной трубке за счет конвекции . Одновременно с этим нейтральные молекулы аналита из паров пробы попадают в расходомерную трубку через нагретую пробоотборную трубку, где они встречаются с ионами-предшественниками и могут подвергаться химической ионизации, в зависимости от их химических свойств, таких как их сродство к протонам или энергия ионизации .

Вновь образованные «ионы продукта» поступают в камеру масс-спектрометра, которая содержит второй квадрупольный массовый фильтр и детектор электронного умножителя , которые используются для разделения ионов по их отношениям массы к заряду ( m / z ) и измерения скорости счета ионов в желаемом диапазоне m / z .

Анализ [ править ]

Концентрации отдельных соединений могут быть получены в значительной степени с использованием скорости счета ионов-предшественников и продуктов, а также коэффициентов скорости реакции k. Предполагается, что экзотермические реакции переноса протона с H 3 O + протекают со скоростью столкновений (см. Теорию столкновений ), коэффициент для которой k c вычисляется с использованием метода, описанного Су и Чеснавичем [3], обеспечивающим поляризуемость и дипольность момент известны для молекулы реагента. Реакции NO + и O 2 + протекают при k cреже, и, таким образом, скорости реакции молекулы реагента с этими ионами-предшественниками часто должны определяться экспериментально, сравнивая снижение скорости счета каждого из ионов-предшественников NO + и O 2 + со снижением скорости счета H 3 O + как поток пробы молекул реагентов увеличивается. [4] Ионы продукта и коэффициенты скорости были получены таким образом для более 200 летучих соединений, которые можно найти в научной литературе. [5]

Прибор можно запрограммировать либо на сканирование в диапазоне масс для получения масс-спектра (полное сканирование, FS, режим), либо на быстрое переключение только между интересующими значениями m / z (множественный ионный мониторинг, режим MIM). Из-за различных химических свойств вышеупомянутых ионов-предшественников (H 3 O + , NO + и O 2 +), для образца пара могут быть получены различные спектры в режиме FS, которые могут дать различную информацию, относящуюся к составу образца. Используя эту информацию, часто можно идентифицировать присутствующие следовые количества соединений. С другой стороны, в режиме MIM обычно используется гораздо более длительное время нахождения на каждом ионе, и в результате возможна точная количественная оценка до уровня частей на миллиард (ppb). [4]

SIFT-MS использует процесс чрезвычайно мягкой ионизации, который значительно упрощает получаемые спектры и тем самым облегчает анализ сложных смесей газов, таких как дыхание человека. Другой метод очень мягкой ионизации - вторичная ионизация электрораспылением (SESI-MS). [6] [7] Например, было показано , что даже масс-спектрометрия с реакцией переноса протона (PTR-MS), еще одна технология мягкой ионизации, в которой используется ион-реагент H 3 O + , дает значительно большую фрагментацию иона продукта, чем SIFT- РС. [8]

Еще одна ключевая особенность SIFT-MS - квадруполь массы выше по потоку, который позволяет использовать несколько ионов-предшественников. Возможность использовать три иона-предшественника, H 3 O + , NO + и O 2 + , для получения трех различных спектров чрезвычайно ценна, поскольку позволяет оператору анализировать гораздо более широкий спектр соединений. Примером этого является метан, который не может быть проанализирован с использованием H 3 O + в качестве иона-предшественника (поскольку он имеет протонное сродство 543,5 кДж / моль, что несколько меньше, чем у H 2 O), но может быть проанализирован с использованием O 2. + . [9]Кроме того, параллельное использование трех ионов-предшественников может позволить оператору различать два или более соединений, которые реагируют с образованием ионов с одинаковым отношением массы к заряду в определенных спектрах. Например, диметилсульфид (C 2 H 6 S, 62 а.е.м.) принимает протон, когда он реагирует с H 3 O + с образованием ионов продукта C 2 H 7 S +, которые появляются при m / z 63 в результирующем спектре. Это может конфликтовать с другими ионами продукта, такими как продукт ассоциации из реакции с диоксидом углерода, H 3 O + CO 2 , и единый гидрат протонированного иона ацетальдегида, C2 H 5 O + (H 2 O), которые также присутствуют при m / z 63 и поэтому могут быть неидентифицируемыми в некоторых образцах. Однако диметилсульфид реагирует с NO + за счет переноса заряда с образованием иона C 2 H 6 S + , который появляется при m / z 62 в результирующих спектрах, тогда как диоксид углерода не реагирует с NO + , а ацетальдегид отдает ион гидрида, дает единственный продукт-ион с m / z 43, C 2 H 3 O + , и поэтому диметилсульфид можно легко различить.

За последние годы достижения в технологии SIFT-MS значительно повысили чувствительность этих устройств, так что пределы обнаружения теперь простираются до уровня однозначных ppt. [10]

Ссылки [ править ]

  1. ^ «SIFT-MS Масс-спектрометрия с проточной трубкой для отобранных ионов» . Выбранная сеть пользователей масс-спектрометрии с ионными проточными трубками.
  2. ^ "Выбранная ионная расходомерная трубка (SIFT); Методика изучения ионно-нейтральных реакций" Adams NG, Smith D .; Международный журнал масс-спектрометрии и ионной физики 21 (1976), стр. 349-359.
  3. ^ "Параметризация константы скорости столкновения ион-полярных молекул с помощью траекторных расчетов" Су Т., Чеснавич В.Дж .; Журнал химической физики 76 (1982), стр. 5183-5186.
  4. ^ a b «Масс-спектрометрия с использованием расходомерной трубки с выбранным ионным потоком (SIFT-MS) для анализа следовых газов в реальном времени» Smith D., Španěl P .; Обзоры масс-спектрометрии 24 (2005), с. 661–700.
  5. ^ "Указатель литературы по кинетике бимолекулярных газофазных катион-молекулярных реакций" Аничич В.Г .; JPL-Publication-03-19 Пасадена, Калифорния, США http://hdl.handle.net/2014/7981
  6. ^ Мартинес-Лозано, P; Зингаро, L; Finiguerra, A; Кристони, S (01.03.2011). «Вторичная электрораспылительная ионизация-масс-спектрометрия: исследование дыхания в контрольной группе» . Журнал исследования дыхания . 5 (1): 016002. Bibcode : 2011JBR ..... 5a6002M . DOI : 10.1088 / 1752-7155 / 5/1/016002 . ISSN 1752-7155 . PMID 21383424 .  
  7. ↑ Видаль-де-Мигель, Гильермо; Эрреро, Ана (июнь 2012 г.). «Вторичная ионизация сложных паровых смесей электрораспылением. Теоретический и экспериментальный подход» . Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 23 (6): 1085–1096. Bibcode : 2012JASMS..23.1085V . DOI : 10.1007 / s13361-012-0369-Z . ISSN 1044-0305 . PMID 22528202 .  
  8. ^ К. Бур, С. ван Рут, К. Делаханти, Анализ летучих ароматизирующих соединений с помощью масс-спектрометрии реакции переноса протона: модели фрагментации и различение изобарных и изомерных соединений, Int. J. Mass Spectrom., 221, 1-7 (2002)
  9. ^ «Количественное определение метана во влажном воздухе и выдыхаемом воздухе с использованием выбранной масс-спектрометрии с ионно-расходомерной трубкой» Дряхина К., Смит Д., Шпанел П .; Rapid Communications in Mass Spectrometry 24 (2010) pp1296–1304.
  10. ^ BJ Prince, DB Milligan, MJ McEwan, Применение выбранной масс-спектрометрии с ионной расходомерной трубкой для мониторинга атмосферы в реальном времени, Rapid Communications in Mass Spectrometry, 24, 1763-1769 (2010)
  • «Выбранная ионная расходомерная трубка (SIFT); Методика изучения ионно-нейтральных реакций» Adams NG, Smith D .; Международный журнал масс-спектрометрии и ионной физики, 21 (1976), стр. 349–359.
  • «Параметризация константы скорости столкновения ион-полярных молекул с помощью траекторных расчетов» Су Т., Чеснавич В.Дж .; Журнал химической физики 76 (1982) стр. 5183–5186.
  • «Масс-спектрометрия с отобранной ионной расходомерной трубкой (SIFT-MS) для анализа следовых газов в реальном времени» Smith D., Španěl P .; Обзоры масс-спектрометрии 24 (2005), стр. 661–700.
  • «Количественное определение метана во влажном воздухе и выдыхаемом воздухе с использованием масс-спектрометрии с выбранной ионно-расходомерной трубкой» Дряхина К., Смит Д., Шпанел П.; Быстрые коммуникации в масс-спектрометрии 24 (2010) стр. 1296–1304.