Jonizacja Związków w Roztworze: Definicja, Proces i Przebieg
- Szczegóły
Podstawowym warunkiem zastosowania spektrometrii mas jest posiadanie przez badane cząsteczki ładunku. Cząsteczka musi być jonem! Jeśli próbka zawiera cząsteczki obojętne należy nadać im ładunek poprzez jonizację.
Metody Jonizacji w Spektrometrii Masowej
Spektrometria masowa (ang. Mass Spectrometry, MS) to technika analityczna pozwalająca na dokładny pomiar stosunku masy do ładunku elektrycznego jonu, co, przy znanym ładunku jonu pozwala obliczyć masę z dokładnością do pojedynczych atomów.
Istotą mechanizmu jonizacji jest wprowadzenie stałego lub ciekłego analitu w stan gazowy, a następnie nadanie obojętnym cząsteczkom wymaganego ładunku. Jony tworzą się pod wpływem bombardowania substancji elektronami, atomami, jonami. Konieczne jest przeprowadzenie badanej substancji w stan pary. Jonizacja odbywa się w próżni.
Wszystkie metody oparte na LDI zalicza się do tzw. metod miękkiej jonizacji, co oznacza, że poddawane badaniu molekuły w głównej mierze przekształcane są w pojedynczo naładowane jony molekularne, a fragmentacji ulegają jedynie w niewielkim stopniu.
1. MALDI (Laserowa Desorpcja/Jonizacja Wspomagana Matrycą)
MALDI (ang. Laserowa desorpcja/jonizacja wspomagana matrycą jest najbardziej znaną i najczęściej stosowaną metodą do badania nielotnych, wielkocząsteczkowych, delikatnych cząsteczek biologicznych. Została ona opracowana pod koniec lat 80 z myślą o śledzeniu zawartości białek, peptydów, węglowodorów i nici DNA.
Przeczytaj także: Profesjonalna stylizacja włosów w domu
Klasyczna procedura MALDI rozpoczyna się od powlekania analitu roztworem matrycy. Mieszaninę sporządza się z dużym naddatkiem molowym związku matrycowego (stosunek 1:1000-1:100 000), aby mógł on efektywnie ochronić molekuły przed destruktywnym działaniem promieniowania.
Matryca silnie absorbuje wyemitowane promieniowanie i na skutek powstałej energii termicznej odparowuje z powierzchni razem z analizowaną substancją (desorpcja). W fazie gazowej dochodzi do dysocjacji matrycy i tworzenia się jonów (głównie H+, Na+, K+), które łączą się z cząsteczkami analitu i matrycy - zachodzi jonizacja. Naładowane cząsteczki są przyspieszane w polu elektrycznym i trafiają do detektora.
Do tradycyjnych związków matrycowych używanych w MALDI należą substancje organiczne posiadające wysoki współczynnik absorpcji UV, tj. krystaliczne pochodne kwasu benzoesowego (DHB) i cynamonowego (SA, CHCA) oraz jonowe kwasy i zasady. Doskonałe zdolności pochłaniania promieniowania są wynikiem posiadania przez matryce reszt chromoforowych.
Najczęściej obserwowanymi jonami na widmach MALDI są pojedynczo naładowane dodatnie ([M+H]+, [M+Na]+, [M+K]+) i ujemne jony molekularne [M-H]-, natomiast jony wielokrotnie naładowane typu [M+nH]n+ i [nM+H]+ są spotykane rzadziej. Szybkość zobojętnienia jest tym większa im wyższy jest początkowy ładunek jonu, dlatego też cząsteczki o pojedynczym ładunku są mniej podatne na ten proces i mają większe szanse przetrwania.
Analizowana substancja jest rozpuszczana w lotnym rozpuszczalniku, a następnie mieszana z roztworem matrycy (roztwór cząstek organicznych absorbujących promieniowanie laserowe). Mieszaninę nanosi się na płytkę ze stali nierdzewnej i pozwala odparować rozpuszczalnikowi w strumieniu powietrza. Po wysuszeniu próbkę wprowadza się do komory pomiarowej i usuwa powietrze. Następnie próbkę naświetla się impulsami lasera, co powoduje wzbudzenie matrycy.
Przeczytaj także: Wszystko o prostownicy z laserową jonizacją
Technika MALDI jest zaliczana do łagodnych sposobów jonizacji, pokrewnych jonizacji chemicznej. Metoda ta jest stosowana głównie do sekwencjonowania peptydów i określania masy cząsteczkowej białek. Zakres analizy to 500 - 1000000 Da. Najczęściej analizowane są średnio- i wysokocząsteczkowe substancje organiczne, peptydy, białka, polimery, kwasy nukleinowe. Postać wyników: najczęściej jonizacja +1, rzadziej +2, możliwość obserwacji niekowalencyjnych kompleksów.
2. SALDI (Surface Assisted Laser Desorption/Ionization)
W roku 1995 Sunner i Chen rozwinęli badania nad nieorganicznymi matrycami do analiz metodą LDI. Dostrzegli duży potencjał chemicznie obojętnych cząstek grafitu i wykorzystali je do identyfikacji peptydów i białek. Zapoczątkowali tym samym wdrożenie nanomateriałowych powierzchni w miejsce konwencjonalnych, kłopotliwych matryc organicznych.
Wzbudzenie powierzchni przebiega na zasadzie wytworzenia pary elektron-dziura (półprzewodniki) lub przez zajście powierzchniowego rezonansu plazmonowego, a efektywność zależy od jej budowy morfologicznej, stopnia porowatości oraz wielkości nanocząstek. Po dokonaniu transferu energii istnieje możliwość połączenia się analitu z protonem (jeżeli taki występuje na powierzchni materiału), po czym zjonizowany analit ulega desorpcji.
W przypadku, gdy nanowarstwa nie posiada związanych donorów protonowych cząsteczki substancji badanej uzyskują ładunek po przejściu w fazę gazową w wyniku kolizji z kationami metali. Oprócz czynników termicznych i stanów elektronowych na jakość procesu desorpcji i jonizacji wpływa także obecność rozpuszczalnika.
3. DIOS (Desorption/Ionization on Silicon)
Technika ta jest jedną z najczęściej stosowanych metod w identyfikacji peptydów, węglowodorów, kwasów i soli organicznych, związków metaloorganicznych. Stała się także ważnym narzędziem w wykrywaniu nielegalnych narkotyków, np.
Przeczytaj także: Pyły zawieszone, filtry i jonizacja w oczyszczaczach powietrza
Porowate płytki krzemowe uzyskuje się na drodze elektrochemicznego wytrawiania krystalicznego krzemu w alkoholowym roztworze kwasu fluorowodorowego. Dostosowanie kształtu, wielkości i głębokości porów jest istotnym zadaniem, gdyż wpływa na przebieg procesu. Optymalne wyniki uzyskuje się przy średnicy porów 50-100 nm i głębokości 400-700 nm.
Powstające w wyniku wytrawiania reszty Si-H czynią warstwę silnie hydrofobową i są dobrym źródłem protonów potrzebnych do jonizacji. Niekiedy powłokę poddaje się aktywacji poprzez zastąpienie grup silanowych resztami silanolowymi (Si-OH), które wspomagają jonizację.
Inne Metody Jonizacji
Pierwszym etapem jest jonizacja próbki w stanie ciekłym pod ciśnieniem atmosferycznym w silnym polu elektrycznym (napięcia rzędu 2000-5000 V). Na powierzchni cieczy opuszczającej kapilarę akumulują się ładunki. Kolejnym etapem jest odparowanie rozpuszczalnika.
Metoda FAB jest stosowana w przypadku jonów zawartych w nielotnych rozpuszczalnikach, takich jak gliceryna, alkohol m-nitrobenzymowy. Wiązka szybkich atomów (argonu, ksenonu) uzyskiwana jest z wykorzystaniem jonów (np. cezu). Przyspieszane jony trafiają do komory zderzeniowej, gdzie przekazują atomom pęd. Obojętne atomy uderzają w roztwór analizowanej substancji wyrzucając z roztworu jony i cząsteczki obojętne. Wyrzucane jony są kierowane do analizatora.
Obrazowanie Tkanek Zwierzęcych Przy Pomocy Spektrometrii Mas MSI
MSI (ang. Imaging Mass Spectrometry). Istotą obrazowania jest wizualizacja rozkładu przestrzennego związków pochodzenia biologicznego i syntetycznego w badanym materiale biologicznym.
Energia pochodząca z lasera powoduje przejście cząsteczek biologicznych w stan gazowy, gdzie ulegają jonizacji i rozdzielane są zgodnie z ich stosunkiem m/z w spektrometrze masowym. W wyniku stopniowego przemieszczania się lasera po tkance zbierane są widma masowe - uzyskuje się tysiące punktów pomiarowych w postaci plam, które zawierają sygnały analizowanych związków o różnej intensywności.
Metody LDI sprzężone ze spektrometrią mas z powodzeniem znajdują zastosowanie w badaniu budowy i występowania syntetycznych związków chemicznych i molekuł wchodzących w skład złożonych układów biologicznych tj. tkanki, krew, osocze, mocz.
Analizatory w Spektrometrii Masowej
Powstałe jony są wprowadzane do analizatora, gdzie pod wpływem impulsu elektrycznego ulegają przyspieszeniu i zaczynają przemieszczać się w kierunku detektora jonów połączonego z urządzeniem rejestrującym czas od impulsu przyspieszającego do momentu uderzenia określonego jonu w detektor. Czas przelotu jest przeliczany na stosunek [math]\nicefrac mz[/math].
tags: #jonizacja #związków #w #roztworze #definicja #proces
