Курсовая работа: Масс-спектрометрический метод анализа
Ионизация электроспрея – метод, который обычно применяется для пептидов, белков, углеводов, малых олигонуклеотидов, синтетических полимеров и липидов. ESI производит газообразные заряженные молекулы прямо из жидкого раствора. Ионизация происходит при создании тонкого спрея сильно заряженных капель в присутствии электрического поля. Образец раствора распыляется из области с сильным электрическим полем на конце металлической форсунки, поддерживаемой при потенциале между 700 и 5000 В. Форсунка (или игла), к которой приложен потенциал, служит для распыления раствора в тонкий спрей заряженных капель. Использование сухого газа, нагревания или оба этих способов применяется к заряженным каплям при атмосферном давлении для испарения из них растворителя. С уменьшением размера капель возрастает плотность заряда на их поверхности. Взаимное кулоновское отталкивание между одинаковыми зарядами на этой поверхности становится настолько велико, что превосходит силы поверхностного натяжения и ионы вырываются из капли через «конус Тейлора» - рис. 1.5 . Другая возможность состоит в том, что капля взорвётся, высвобождая ионы. В любом случае свободные ионы направляются в канал через электростатические «линзы», направляясь в вакуум масс-анализатора. Так как ESI включает в себя непрерывную подачу раствора, он применим для использования совместно с ВЭЖХ или капиллярным электрофорезом.[4]
 |
????????? ???????????? ???????????????? ??????????? ???????? ?????????? ????? ???????, ?? ????? ?????? ???????? ??????????? ? ???? ??? ??????????? ?????????? ??????????? ??????? ???????. ??? ?????? ???????, ?.?. ????-??????????? ???????? ????????? ????? ? ?????? (m / z ) ? ??????? ???????????? ??????? ?????? ????????? ????????? ????? ??????? ???????? ??? ?????? ??????????? ? ???????????? ????? ?????????? ????. ? ???????, ?????????, ????????? ??? ???? ????-????????????? ? ?????????????, ????????? ?????????? ?????????? ???????????? ?????, ??????????? ??? ??????????? ?????????????? ????? ????????????? ????????. Рис. 1.6 ? 1.7 ?????????? ????????? ?????????? ????????? ???? ????????? ??????, ??? ?????? ??? ? ????-???????? ????? ???? ????????? ? ?????????? ?????????? ??????????? ????????????? ????. ???????????? ??????? ????? ?????? ?????? ???????????? ? ????????? ????-?????????????. ???? ?? ??????????? ??????? ? ???, ??? ????? ???????????? ?? ?????????? ?????? ????????????? ????? ?? ?????????????? ???????????????, ??? ?? ?????????????.
Многократная зарядка: белок с массой 10000 дальтон и его теоретический масс-спектр с зарядами до +5 показаны на рис. 1.8 . Масса белка остаётся такой же в то время, как отношение m / z меняется в зависимости от числа зарядов на белке. Ионизация белка есть обычно результат протонирования, что не только добавляет заряд, но также увеличивает массу белка на число добавленных протонов. Это действие на m / z применимо одинаково для любого механизма ионизации молекулы, образовавшего положительно или отрицательно заряженный молекулярный ион, включая присоединение или отрыв несущих заряд частиц, отличных от протона (например, Na+ и Cs+ ). Многократные положительные заряды наблюдаются для белков, в то время как для олигонуклеотидов типично образование отрицательных зарядов (с ESI).
 |
???? ????-???????????? ???????????? ???????? ???????????, ??????? ???????????? ???????????? ???, ?????????, ??? ????????? ?????????? ??? ?????????? ??? ???????????-?????????? ????? ???????. ????????? 1.1 ? 1.5 ? рис. 1.9 ???????????? ??????? ??????????, ??? ?? ?????????, ??? ???? p1 ? p2 ???????? ????????? ? ??????????? ????? ???????, ??? ???????????? ?????????? ?????? ???????.
| p = m/z p1 = (Mr + z1)/z1 p2 = {Mr + (z1 - 1)}/(z1 - 1) | (1.1) (1.2) (1.3) |
|
p – пик в масс-спектре
z – полный заряд | p1 – значение m/z для p1 p2 – значение m/z для p2 z1 – заряд для пика p1 |
|
Уравнения 1.2. и 1.3. могут быть решены для двух неизвестных, Mr и z1. Для пиков в масс-спектре миоглобина, показанном на рис. 1.9 , p1=1542, p2=1696. | |
| 1542 z1 = Mr + z1 1696 (z1 - 1) = Mr + (z1 - 1) Решив два уравнения, находим: Mr= 16,951 Da для z1 = 11 | (1.4) (1.5) |
Растворители для электроспрея
Многие растворители могут быть использованы в ESI и выбираются в зависимости от растворимости исследуемых соединений, летучести растворителя и способности растворителя к отдаче протона. Обычно, основными являются протонные растворители, такие, как, метанол, 50/50 метанол/вода или 50/50 ацетонитрил/вода, в то время как апротонные сорастоврители, такие, как 10% ДМСО в воде, а также изопропиловый спирт, используются, чтобы улучшить растворимость для некоторых соединений. Хотя 100% вода и используется в ESI, её относительно низкое давление пара является определяющим фактором чувствительности; лучшая чувствительность получается при добавлении летучего органического растворителя. Некоторые соединения требуют использования чистого хлороформа с добавлением 0.1% муравьиной кислоты для обеспечения ионизации. Такой подход, хоть и менее чувствительный, может быть эффективен для соединений, не растворимых другим образом.[5]
Буферы, такие, как Na+ , K+ , фосфат и соли представляют проблему для ESI из-за снижения давления пара капель, ведущего к ослаблению сигнала из-за увеличения поверхностного натяжения капель, ведущего к уменьшению летучести. Поэтому летучие буферы, такие, как ацетат аммония, могут быть использованы более эффективно.[6]
| Таблица 1.3. Преимущества и недостатки ионизации электроспрея ( ESI ) | ||||
|
Устройство прибора ионизации электроспрея
Неосевая конфигурация ESI, которая сейчас используется во многих приборах для введения ионов в анализатор (как показано на рис. 1.10 ), показала себя очень эффективной при использовании с большим потоком жидкости. Основное преимущество такой конфигурации состоит в том, что скорость потока может быть увеличена без засорения или закупоривания входного отверстия. Неосевое распыление важно, потому что вход в анализатор более не насыщается растворителем, тем самым предохраняя капли от попадания во входное отверстие и его загрязнения. Наоборот, только ионы направляются ко входу. Это делает ESI ещё более совместимым с ЖХ при скоростях до мл/мин.
Ионизация наноэлектроспрея ( nanoESI)
 |
???????????? ??????? ??????, ??????? ????????? ??????? ? ??????, ???????? ?????????????????, ?????????? ? ??????????????????. ????? ?????? ????????? ???????? ????????? ESI, ? ??????? ???? ????? ??????? ?????
маленькой и расположена близко ко входу в масс-анализатор (рис. 1.11). Конечным результатом такой простой корректировки становится увеличение эффективности, которое включает уменьшение необходимого количества образца.
Скорости потока для nanoESIобычно составляют ль десятков до сотен нанолитров в минуту. Чтобы получить такие малые скорости потока, nanoESI использует источники из вытянутого и, в некоторых случаях, металлизированного стекла или плавленого кварца с малым входным отверстием (~ 5 мкм). Растворённый образец вносится в источник и к его концу прикладывается давление порядка 2 атм. Вытекание образца с очень малой скоростью позволяет достигать высокой чувствительности. Также, источники расположены очень близко ко входу в масс-анализатор, поэтому перенос ионов в масс-анализатор намного более эффективен. Например, анализ 5 mM раствора пептида при помощи nanoESI займёт одну минуту, употребив ~50 фемтомоль образца. Такой же эксперимент с обычным ESI за то же время израсходует 5 пикомоль, т.е. в 100 раз больше, чем nanoESI. К тому же, так как капли для nanoESI обычно меньше, чем для обычного ESI (рис. 1.11 .), необходимое для образования ионов испарение намного меньше. Следовательно, nanoESI менее чувствительно к солям и другим примесям, т.к. меньшее испарение означает, что примеси не будут концентрироваться так сильно, как при ESI.[7]
Химическая ионизация при атмосферном давлении (APCI)
APCI также стала важным способом ионизации, потому что она генерирует ионы непосредственно из раствора и способна к анализу относительно неполярных соединений. Так же, как и в электроспрее, поток жидкости для APCI (рис. 1.12 ) вытекает непосредственно в устройство ионизации.
Однако сходство здесь заканчивается. Капли не заряжаются и APCI устройство содержите нагретый испаритель, который обеспечивает быстрое разделение/испарение капель. Молекулы образца в паре проходят через зону ионно-молекулярной реакции при атмосферном давлении.
В APCI ионизация возникает из-за возбуждения/ионизации растворителя коронным разрядом. Т.к. ионы растворителя существуют при атмосферном давлении, химическая ионизация молекул аналита очень эффективна; при атмосферном давлении молекулы аналита сталкиваются с ионами реагента очень часто. Перенос протона (для реакций протонирования MH+ ) образует положительные ионы, а перенос электрона или отщепление протона ([M-H]- ) даёт отрицательные. Сглаживающее влияние сольватных оболочек на ионах реагента и высокое давление газа уменьшают фрагментацию во время ионизации и ведут к образованию практически только нетронутых молекулярных ионов. Многократная зарядка обычно не наблюдается, скорее всего, потому что процесс ионизации более энергичен, чем при ESI.[8]
Фотоионизация при атмосферном давлении (APPI)
Фотоионизация при атмосферном давлении (APPI) стала сейчас важным способом ионизации, потому что она генерирует ионы непосредственно из раствора с относительно малым фоновым сигналом и способна к анализу относительно неполярных соединений. Так же, как и APCI, поток жидкости для APPI (рис. 1.13 ) вводится прямо в устройство ионизации.