Jonmobilitetsspektrometri – masspektrometri

Arbetsflöde för jonmobilitetsspektrometri-masspektrometri (IM-MS).

Jonmobilitetsspektrometri–masspektrometri ( IMS-MS ) är en analytisk kemimetod som separerar gasfasjoner baserat på deras interaktion med en kollisionsgas och deras massor. I det första steget separeras jonerna enligt deras rörlighet genom en buffertgas på en millisekunds tidsskala med hjälp av en jonmobilitetsspektrometer . De separerade jonerna införs sedan i en massanalysator i ett andra steg där deras mass-till-laddning-förhållanden kan bestämmas på en mikrosekunds tidsskala. Den effektiva separationen av analyter som uppnås med denna metod gör den allmänt användbar vid analys av komplexa prover såsom inom proteomik och metabolomik.

Historia

Earl W. McDaniel har kallats fadern till jonmobilitetsmasspektrometri. I början av 1960-talet kopplade han en drivcell för jonmobilitet med låg fält till en sektormasspektrometer.

Kombinationen av time-of-flight masspektrometri och jonmobilitetsspektrometri skapades 1963 på Bell Labs . 1963 publicerade McAfee och Edelson en IMS-TOF-kombination. 1967 publicerade McKnight, McAfee och Sipler en IMS-TOF-kombination. Deras instrument inkluderade en ortogonal TOF. 1969 Cohen et al. patent på ett IMS-QMS-system. QMS vid den tiden var en förbättring jämfört med TOFMS, eftersom TOFMS hade ett långsamt elektroniskt datainsamlingssystem vid den tiden. 1970 publicerade Young, Edelson och Falconer en IMS-TOF med ortogonal extraktion. De verkar ha använt samma system som McKnight et al. 1967, med små modifieringar. Deras arbete återgavs senare i Mason/McDaniels landmärkebok, som betraktas som "IMS-bibeln" av fackmän inom området.

1996 Guevremont et al. presenterade en poster på ASMS-konferensen om IMS-TOF. 1997 patenterade Tanner en fyrpol med axiella fält som kan användas som en driftcell för IMS-separation. Han nämner också kombinationen av dessa kvadrupoler med en ortogonal TOFMS. 1998 Clemmer en IMS-TOF-kombination, med en koaxiell IMS-TOF-inställning. 1999 utvecklade Clemmer en IMS-TOF med ett ortogonalt TOF-system. Detta arbete ledde till utvecklingen av ett jonmobilitets-kvadrupol-CID-TOFMS-instrument av Micromass i Storbritannien och ledde slutligen till att Micromass / Waters-företaget utvecklade världens första kommersiella jonmobilitets-masspektrometerinstrument 2006. Synapt, eftersom det kallas, innehåller en pre-jonmobilitetskvadrupol som möjliggör val av prekursorjoner före IMS-separation, vilket ytterligare förbättrar flexibiliteten hos jonmobilitet-masspektrometrikombinationerna. 2013 släppte Agilent Technologies den första kommersiella jonmobilitets-masspektrometern med driftrör med namnet 6560 med ett 80 cm drivrör. Jontrattar används för att förbättra jonöverföringseffektiviteten. Designen förbättrade således avsevärt känsligheten för jonmobilitet och möjliggjorde kommersialisering.

En variant av IMS-MS är differentiell jonmobilitetsspektrometri-masspektrometri (DIMS-MS), där gasfasjoner separeras baserat på deras jonmobilitet i olika styrkor av elektriska fält. Denna analysmetod utvecklas för närvarande av Gary Glish och Glish Group.

Instrumentation

IMS-MS är en kombination av en jonmobilitetsspektrometer och en masspektrometer , vilket diskuterades av professor Claire E. Eyers och kollegor i en nyligen genomförd recension.

En jonmobilitetsspektrometer för drifttid. I IM-MS är detektorn vanligtvis en masspektrometer under flygningen.

Provintroduktion och jonisering

Instrumentets första steg är en jonkälla där prover omvandlas till gasfasjoner. Många joniseringsmetoder liknande de som traditionellt används för masspektrometri har använts för IM-MS beroende på analytens fysiska tillstånd. Gasfasprov joniseras vanligtvis med radioaktiv jonisering, koronaurladdningjonisering och fotojoniseringstekniker . Elektrosprayjonisering är en vanlig metod för att jonisera prover i lösning. Fastfasanalyter joniseras med matrisassisterad laserdesorptionsjonisering (MALDI) för stora massamolekyler eller laserdesorptionsjonisering (LDI) för molekyler med mindre massor.

Separation av jonrörlighet

Det finns olika typer av jonmobilitetsspektrometrar och det finns olika typer av masspektrometrar. I princip är det möjligt att kombinera varje typ av den förra med vilken typ av den senare. Men i den verkliga världen kopplas olika typer av jonmobilitet med olika typer av masspektrometrar för att uppnå rimlig känslighet. De huvudsakliga typerna av jonmobilitetsspektrometrar som har kopplats till en masspektrometer för IM-MS-applikationer diskuteras nedan.

Driftrörjonmobilitetsspektrometri (DTIMS)

I DTIMS drivs joner genom ett rör vars längd kan variera från 5 cm till 300 cm med en elektrisk fältgradient. Mindre joner färdas snabbare genom drivröret än joner med större kollisionstvärsnitt. Således separeras joner baserat på deras drifttid genom röret. Driftrörjonrörlighet använder inte RF-spänning som kan värma joner, och den kan bevara jonernas struktur. Det rotationsmedelvärde kollisionstvärsnittet (CCS) som är en fysisk egenskap hos joner som reflekterar jonernas form kan mätas noggrant på drivrörets jonmobilitet. Upplösningsförmågan är hög (CCS-upplösning kan vara högre än 100). Driftrörjonrörlighet används ofta för strukturanalys. Den är vanligtvis kopplad till masspektrometer för flygtid (TOF).

Differentialmobilitetsspektrometri (DMS)

Även känd som fältasymmetrisk-vågform jonmobilitetsspektrometri (FAIMS) eller RF-DC jonmobilitetsspektrometri är en teknik där joner separeras genom applicering av en asymmetrisk högspänningsvågform vid radiofrekvens ( RF) kombinerad med en statisk ( DC) ) vågform applicerad mellan två elektroder. Beroende på förhållandet mellan högfälts- och lågfältsrörligheten hos jonen, kommer den att migrera mot den ena eller andra elektroden . Endast joner med specifik rörlighet kommer att passera genom enheten. Det är välkänt att det höga RF-fältet förvränger jonernas konformation, FAIMS är således en separationsteknik utan att reservera jonernas struktur och jonernas CCS kan inte mätas. Eftersom FAIMS är en massväljare (andra joner är uteslutna) är känsligheten i skanningsläget mycket lägre än den för jonrörligheten för driftröret (alla joner analyseras). Därför är FAIMS vanligtvis kopplat till en trippel kvadrupol masspektrometer som också är ett instrument av jonvalstyp.

Resande vågjonmobilitetsspektrometri (TWIMS)

I TWIMS separeras joner enligt deras rörlighet genom en vandringsvåg i en gasfylld cell. Både radiofrekvens (RF) och likström (DC) spänningar appliceras på en serie ringelektroder som kallas en staplad ringjonstyrning (SRIG) för att begränsa jonerna och skapa en vandringsvåg. Baserat på hastigheten och storleken på den resande vågen kan joner separeras. Mindre joner har högre rörlighet genom vågen på grund av färre kollisioner med gasmolekyler och lämnar cellen snabbare än joner med lägre rörlighet (större joner). I likhet med DTIMS kan CCS-värden för joner beräknas med TWIMS med hjälp av en kalibrering härledd med kända standarder. Ett kommersiellt exempel på TWIMS-MS instrumentering är Waters Corp Synapt G2-S instrument.

Massseparation

Det traditionella IM-MS-instrumentet använder en masspektrometer (TOF) som är kopplad till en IMS. TOF-MS har många fördelar inklusive den höga hastigheten för datainsamling och god känslighet. Eftersom masspektraldata samlas in på en mikrosekundsskala, samlas flera masspektra in för varje IMS-spektrum (inhämtat på en millisekunds tidsskala). Kvadrupolmasspektrometern har också kopplats till en IMS, men med en långsammare skanningshastighet. Andra masspektrometrar inklusive jonfällan, Fourier-transformjoncyklotronresonans (FT-ICR) eller masspektrometrar för magnetisk sektor har också kopplats till olika IMS för olika tillämpningar. Dessutom har hybridmasspektrometrar kopplats till mer än en jonmobilitetscell för tandem- eller IMS n -MS m- applikationer.

Ansökningar

IM-MS-tekniken kan användas för att analysera komplexa blandningar baserade på olika rörlighet i ett elektriskt fält. Gasfasjonstrukturen kan studeras med IM-MS genom mätning av CCS och jämförelse med CCS av standardprover eller CCS beräknad från molekylär modellering. Signal-brusförhållandet är uppenbarligen förbättrat eftersom bruset kan separeras fysiskt med signal i IM-MS. Dessutom kan isomerer separeras om deras former är olika. Toppkapaciteten för IM-MS är mycket större än MS så fler föreningar kan hittas och analyseras. Denna karaktär är mycket kritisk för -omics-studier som kräver att så många föreningar som möjligt analyseras i en enda körning. Det har använts vid detektering av kemiska stridsmedel, detektering av sprängämnen, i proteomik för analys av proteiner, peptider, läkemedelsliknande molekyler och nanopartiklar. Dessutom kan IM-MS användas för att övervaka isomera reaktionsintermediärer och undersöka deras kinetik. Nyligen har mikroskala FAIMS integrerats med elektrosprayjonisering MS och vätskekromatografi MS för att snabbt separera joner på millisekunder före massanalys. Användningen av mikroskala FAIMS i elektrosprayjonisering MS och vätskekromatografi MS kan avsevärt förbättra toppkapaciteten och signal-till-brus för en rad tillämpningar inklusive proteomik och farmaceutisk analys.

På senare tid har gasfasjonaktiveringsmetoder använts för att få nya insikter om komplexa strukturer. Collision induced unfolding (CIU) är en teknik där en jons inre energi ökas genom kollisioner med en buffertgas före IM-MS-analys. Utveckling av jonen observeras genom större CCS, och energin vid vilken utveckning sker motsvarar delvis icke-kovalenta interaktioner inom jonen. Denna teknik har använts för att differentiera polyubiquitinbindningar och intakta antikroppar.

Se även

Bibliografi

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Ion-mobility_spectrometry–mass_spectrometry&oldid=1125438598 "