Desorption atmospheric pressure photoionization

Desorpsjon fotoionisering av atmosfæretrykk skjematisk

Desorption atmospheric pressure photoionization (DAPPI) er en omgivende ioniseringsteknikk for massespektrometri som bruker varm løsningsmiddeldamp for desorpsjon i forbindelse med fotoionisering. Omgivende ioniseringsteknikker tillater direkte analyse av prøver uten forbehandling.[1] Den direkte analyseteknikken, slik som DAPPI, eliminerer ekstraksjonstrinnene sett i de fleste utradisjonelle prøver. DAPPI kan brukes til å analysere større prøver, for eksempel tabletter, pulver, harpiks, planter og vev. Det første trinnet i denne teknikken bruker en stråle med varm løsningsmiddeldamp.[2] Varmestrålen desorberer prøven termisk fra en overflate.[2] Den fordampede prøven ioniseres deretter av ultrafiolett vakuum og deretter samplet i et massespektrometer.[1] DAPPI kan oppdage et utvalg av både polare og ikke-polare forbindelser, men er mest følsom når man analyserer nøytrale eller ikke-polare forbindelser.[3] Denne teknikken gir også en selektiv og myk ionisering for høyt konjugerte forbindelser.[4]

Historie

[rediger | rediger kilde]

Historien om DAPPI er relativt ny, men kan spores tilbake gjennom utvikling av omgivende ioniseringsteknikker fra 1970-tallet.[5] DAPPI er en kombinasjon av populære teknikker, for eksempel, atmosfærisk trykk fotoionisiering (APPI) og overflatedesorpsjonsteknikker.[1] Fotoioniseringsteknikkene ble først utviklet på slutten av 1970-tallet og begynte å bli brukt i atmosfæriske trykkeksperimenter på midten av 1980-tallet.[6] Tidlig utvikling i desorpsjonen av åpen overflate og fri matrise eksprimenter ble først rapportert i litteraturen i 1999 i et eksperiment med desorpsjon/ionisering på silisium (DIOS).[7] DAPPI erstattet teknikker som desorpsjon elektrosprayionisering (DESI) og direkte analyse i sanntid (DART). Denne generasjonen av teknikker er den siste utviklingen sett i det 21. århundre. DESI ble oppdaget i 2004 ved Purdue University,[8] mens DART ble oppdaget i 2005 av Laramee og Cody.[9] DAPPI ble utviklet like etter, i 2007 ved Universitetet i Helsingfors, Finland.[1] Utviklingen av DAPPI utvidet deteksjonsområdet for ikke-polære forbindelser og la til en ny dimensjon av termisk desorpsjon av direkte analyseprøver.[1]

Prinsipp for drift

[rediger | rediger kilde]

Den første operasjonen som skjer under desorpsjon ved atmosfærisk fotoionisering er desorpsjon. Desorpsjon av prøven initieres av en varm stråle med løsningsmiddeldamp som er målrettet mot prøven med en forstøvermikrochip.[10] Nebulisatormikrobrikken er en glassenhet bundet sammen av pyrex-wafers med strømningskanaler innebygd fra en dyse ved kanten av brikken.[11] Mikrochipet blir oppvarmet til 250-350⁰C for å fordampe det innløsende løsningsmidlet og skape dopantmolekyler.[12] Dopantmolekyler tilsettes for å hjelpe til med ionisering av prøven.[13] Noen av de vanlige løsningsmidlene inkluderer: nitrogen, toluen, aceton og anisol.[14] Desorpsjonsprosessen kan skje med to mekanismer: termisk desorpsjon eller momentumoverføring/væskespray.[10] Termisk desorpsjon bruker varme for å fordampe prøven og øke overflatetemperaturen til underlaget.[15] Når substratets overflatetemperatur økes, desto høyere er følsomheten til instrumentet.[10] Mens man studerte substrattemperaturen, ble det sett at løsningsmidlet ikke hadde en merkbar effekt på den endelige temperaturen eller varmehastigheten til substratet.[10] Momentumoverføring eller desoprering av væskespray er basert på løsningsmiddelinteraksjonen med prøven, og forårsaker frigjøring av spesifikke ioner.[16] Momentumoverføringen forplantes ved kollisjon av løsningsmidlet med prøven sammen med overføring av ioner med prøven.[17] Overføringen av positive ioner, som protoner og ladningsoverføringer, sees med løsningsmidlene: toluen og anisol.[10] Toluen går gjennom en ladningsutvekslingsmekanisme med prøven, mens aceton fremmer en protonoverføringsmekanisme med prøven.[13] En stråle på 10 eV-fotoner som avgis av en UV-lampe er rettet mot de nylig desorberte molekylene, samt dopemolekylene.[18] Fotoionisering skjer da, som slår ut molekylets elektron og produserer et ion.[18] Denne teknikken alene er ikke veldig effektiv for forskjellige varianter av molekyler, spesielt de som ikke lett protoneres eller deprotoneres.[19] For å fullstendig ionisere prøver, må dopantmolekyler hjelpe. Det gassformige løsningsmidlet kan også gjennomgå fotoionisering og fungere som et mellomprodukt for ionisering av prøvemolekylene. Når dopantioner er dannet, kan protonoverføring skje med prøven, og skape flere prøveioner.[1] Ionene blir deretter sendt til masseanalysatoren for analyse.[1]

Ioniseringsmekanismer

[rediger | rediger kilde]

Den viktigste desorpsjonsmekanismen i DAPPI er termisk desorpsjon på grunn av hurtig oppvarming av overflaten.[20] Derfor fungerer DAPPI bare bra på overflater med lav varmeledningsevne.[21] Ioniseringsmekanismen avhenger av analytt og løsemiddel som brukes. For eksempel kan følgende analyt (M) -ioner dannes: [M + H]+, [M - H]−, M+•, M−•.[21]

Denne mekanismen viser løsningsmidlet (S) og analytten (M) i desorpsjon atmosfærisk trykk fotoionisering som går gjennom både positiv ion og negativ ionreaksjon.

Referanser

[rediger | rediger kilde]
  1. ^ a b c d e f g Haapala, Markus; Pól, Jaroslav; Saarela, Ville; Arvola, Ville; Kotiaho, Tapio; Ketola, Raimo A.; Franssila, Sami; Kauppila, Tiina J.; Kostiainen, Risto (1. oktober 2007). «Desorption Atmospheric Pressure Photoionization». Analytical Chemistry. 20 (på engelsk). 79: 7867–7872. ISSN 0003-2700. doi:10.1021/ac071152g. Besøkt 23. mai 2021. 
  2. ^ a b Huang, Min-Zong; Cheng, Sy-Chi; Cho, Yi-Tzu; Shiea, Jentaie (September 2011). «Ambient ionization mass spectrometry: A tutorial». Analytica Chimica Acta. 1 (på engelsk). 702: 1–15. doi:10.1016/j.aca.2011.06.017. Besøkt 23. mai 2021. 
  3. ^ Kauppila, Tiina J.; Arvola, Ville; Haapala, Markus; Pól, Jaroslav; Aalberg, Laura; Saarela, Ville; Franssila, Sami; Kotiaho, Tapio; Kostiainen, Risto (15. april 2008). «Direct analysis of illicit drugs by desorption atmospheric pressure photoionization». Rapid Communications in Mass Spectrometry. 7 (på engelsk). 22: 979–985. doi:10.1002/rcm.3461. Besøkt 23. mai 2021. 
  4. ^ Weston, Daniel J. (2010). «Ambient ionization mass spectrometry: current understanding of mechanistic theory; analytical performance and application areas». The Analyst. 4 (på engelsk). 135: 661. ISSN 0003-2654. doi:10.1039/b925579f. Besøkt 23. mai 2021. 
  5. ^ Vestal, Marvin L. (Februar 2001). «Methods of Ion Generation». Chemical Reviews. 2 (på engelsk). 101: 361–376. ISSN 0009-2665. doi:10.1021/cr990104w. Besøkt 23. mai 2021. 
  6. ^ Raffaelli, Andrea; Saba, Alessandro (September 2003). «Atmospheric pressure photoionization mass spectrometry». Mass Spectrometry Reviews. 5 (på engelsk). 22: 318–331. ISSN 0277-7037. doi:10.1002/mas.10060. Besøkt 23. mai 2021. 
  7. ^ Wei, Jing; Buriak, Jillian M.; Siuzdak, Gary (Mai 1999). «Desorption–ionization mass spectrometry on porous silicon». Nature. 6733 (på engelsk). 399: 243–246. ISSN 0028-0836. doi:10.1038/20400. Besøkt 23. mai 2021. 
  8. ^ Takats, Z. (15. oktober 2004). «Mass Spectrometry Sampling Under Ambient Conditions with Desorption Electrospray Ionization». Science. 5695 (på engelsk). 306: 471–473. ISSN 0036-8075. doi:10.1126/science.1104404. Besøkt 23. mai 2021. 
  9. ^ Domin, Marek; Cody, Robert, red. (2014). Ambient Ionization Mass Spectrometry:. New Developments in Mass Spectrometry. Cambridge: Royal Society of Chemistry. ISBN 978-1-84973-926-9. doi:10.1039/9781782628026. 
  10. ^ a b c d e Chen, Huanwen; Gamez, Gerardo; Zenobi, Renato (November 2009). «What can we learn from ambient ionization techniques?». Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 11 (på engelsk). 20: 1947–1963. ISSN 1044-0305. doi:10.1016/j.jasms.2009.07.025. Besøkt 23. mai 2021. 
  11. ^ Saarela, Ville; Haapala, Markus; Kostiainen, Risto; Kotiaho, Tapio; Franssila, Sami (2007). «Glass microfabricated nebulizer chip for mass spectrometry». Lab on a Chip. 5 (på engelsk). 7: 644. ISSN 1473-0197. doi:10.1039/b700101k. Besøkt 23. mai 2021. 
  12. ^ Harris, Glenn A.; Galhena, Asiri S.; Fernández, Facundo M. (15. juni 2011). «Ambient Sampling/Ionization Mass Spectrometry: Applications and Current Trends». Analytical Chemistry. 12 (på engelsk). 83: 4508–4538. ISSN 0003-2700. doi:10.1021/ac200918u. Besøkt 23. mai 2021. 
  13. ^ a b Ifa, Demian R.; Jackson, Ayanna U.; Paglia, Giuseppe; Cooks, R. Graham (2009). «Forensic applications of ambient ionization mass spectrometry». Analytical and Bioanalytical Chemistry. 8 (på engelsk). 394: 1995–2008. ISSN 1618-2642. doi:10.1007/s00216-009-2659-2. Besøkt 23. mai 2021. 
  14. ^ Parshintsev, Jevgeni; Vaikkinen, Anu; Lipponen, Katriina; Vrkoslav, Vladimir; Cvačka, Josef; Kostiainen, Risto; Kotiaho, Tapio; Hartonen, Kari; Riekkola, Marja-Liisa (15. juli 2015). «Desorption atmospheric pressure photoionization high-resolution mass spectrometry: a complementary approach for the chemical analysis of atmospheric aerosols: DAPPI-HRMS for analysis of atmospheric aerosols». Rapid Communications in Mass Spectrometry. 13 (på engelsk). 29: 1233–1241. doi:10.1002/rcm.7219. Besøkt 23. mai 2021. 
  15. ^ Venter, Andre; Nefliu, Marcela; Graham Cooks, R. (April 2008). «Ambient desorption ionization mass spectrometry». TrAC Trends in Analytical Chemistry. 4 (på engelsk). 27: 284–290. doi:10.1016/j.trac.2008.01.010. Besøkt 23. mai 2021. 
  16. ^ Ding, Xuelu; Duan, Yixiang (Juni 2015). «Plasma-based ambient mass spectrometry techniques: The current status and future prospective: PLASMA-BASED AMBIENT MASS SPECTROMETRY TECHNIQUES». Mass Spectrometry Reviews. 4 (på engelsk). 34: 449–473. doi:10.1002/mas.21415. Besøkt 23. mai 2021. 
  17. ^ Lin, C. D. (1993). Review of fundamental processes and applications of atoms and ions. Singapore: World Scientific. ISBN 981-02-1537-1. OCLC 30323353. 
  18. ^ a b Robb, Damon B.; Blades, Michael W. (Oktober 2008). «State-of-the-art in atmospheric pressure photoionization for LC/MS». Analytica Chimica Acta. 1 (på engelsk). 627: 34–49. doi:10.1016/j.aca.2008.05.077. Besøkt 23. mai 2021. 
  19. ^ Van Berkel, Gary J.; Pasilis, Sofie P.; Ovchinnikova, Olga (September 2008). «Established and emerging atmospheric pressure surface sampling/ionization techniques for mass spectrometry». Journal of Mass Spectrometry. 9 (på engelsk). 43: 1161–1180. doi:10.1002/jms.1440. Besøkt 23. mai 2021. 
  20. ^ Luosujärvi, Laura; Laakkonen, Ulla-Maija; Kostiainen, Risto; Kotiaho, Tapio; Kauppila, Tiina J. (15. mai 2009). «Analysis of street market confiscated drugs by desorption atmospheric pressure photoionization and desorption electrospray ionization coupled with mass spectrometry: Letter to the Editor». Rapid Communications in Mass Spectrometry. 9 (på engelsk). 23: 1401–1404. doi:10.1002/rcm.4005. Besøkt 23. mai 2021. 
  21. ^ a b Luosujärvi, Laura; Arvola, Ville; Haapala, Markus; Saarela, Ville; Franssila, Sami; Kotiaho, Tapio; Kostiainen, Risto; Kauppila, Tiina J. (1. oktober 2008). «Desorption and Ionization Mechanisms in Desorption Atmospheric Pressure Photoionization». Analytical Chemistry. 19 (på engelsk). 80: 7460–7466. ISSN 0003-2700. doi:10.1021/ac801186x. Besøkt 23. mai 2021. 
Autoritetsdata