Sond elektrospray jonisering
Sondelektrosprayjonisering (PESI) är en elektrospraybaserad teknik för omgivande jonisering som är kopplad med masspektrometri för provanalys. Till skillnad från traditionella jonkällor med masspektrometri som måste hållas i ett vakuum, tillåter omgivande joniseringstekniker provjonisering under omgivande förhållanden, vilket möjliggör analys med hög genomströmning av prover i deras ursprungliga tillstånd, ofta med minimal eller ingen provförbehandling. PESI-jonkällan består helt enkelt av en nål till vilken en hög spänning appliceras efter provupptagning, vilket initierar elektrospray direkt från den solida nålen.
Historia
Sondelektrosprayjonisering är en masspektrometriteknik för omgivande jonisering som utvecklats av professor Kenzo Hiraoka et al. vid University of Yamanashi , Japan. Tekniken utvecklades för att ta itu med några av de problem som är förknippade med traditionell elektrosprayjonisering (ESI), inklusive igensättning av kapillären och kontaminering, samtidigt som den tillhandahåller ett sätt för snabb och direkt provanalys. Sedan dess första utformning har olika modifierade former av PESI-jonkällan utvecklats, och PESI-MS-systemet har kommersialiserats av instrumenttillverkningsföretaget Shimadzu .
Funktionsprincip
PESI-jonkällan består av en solid nål eller tråd som fungerar som både provtagningssond och elektrospraysändare. Nålen flyttas upp och ner längs en vertikal axel, en process som kan vara antingen automatiserad eller manuell. När nålen sänks till provtagningsstadiet, vidrör nålspetsen kort ytan på ett typiskt vätskeprov. Under detta skede hålls nålen vid jordpotential. Nålen höjs sedan för att vara i nivå med masspektrometerns inlopp där en högspänning på 2-3 kV appliceras. Elektrospray induceras vid spetsen av nålen och producerar analytjoner som dras in i masspektrometern för analys. Mekanismen genom vilken joner bildas tros vara identisk med traditionell elektrosprayjonisering. Som ett resultat av detta observeras analyter i positivt jonläge ofta som protonerade, sodierade och potentierade joner, beroende på prov och analyttyp.
.png)
Även om mängden prov som plockas upp av nålen är till stor del beroende av provets viskositet, har det uppskattats att bara några få pikoliter av provlösningen vanligtvis används.
På grund av detta kan tekniken tillämpas på små provstorlekar, särskilt idealiskt när begränsade provmängder är tillgängliga. Eftersom en så liten provmängd plockas upp och helt förbrukas under joniseringsprocessen, minskar problem med kontaminering avsevärt. Dessutom tar processen med provtagning och jonisering bara några sekunder, så PESI-MS är lämplig för analys med hög genomströmning.
Sekventiell jonisering
Ett intressant fenomen som observerats med sondelektrosprayjonisering är den sekventiella och uttömmande joniseringen av analyter med olika ytaktiviteter. Under utvecklingen av PESI upptäcktes det att analyter kunde joniseras sekventiellt genom hela elektrosprayen, vilket möjliggör en tidsmässig separation av komponenter i ett prov. I normal ESI tillförs provlösningen vanligtvis kontinuerligt genom en kapillär och de laddade dropparna innehåller alla provkomponenter, med mer ytaktiva analyter som ständigt företrädesvis joniseras. I PESI joniseras även ytaktiva analyter företrädesvis. Men eftersom en ändlig droppe finns på spetsen av nålen, efter utarmningen av ytaktiva analyter, kan de återstående komponenterna i droppen sedan joniseras och observeras. Detta kan resultera i produktion av distinkt olika masspektra från ett enda prov över applicering av högspänningen under bara några sekunder.
Denna effekt erbjuder en speciell fördel vid analys av analyter som lider av jonundertryckande effekter. Närvaron av ytaktiva analyter eller laddade lösningsmedelstillsatser kan resultera i undertryckt jonisering av analyter av intresse, vilket resulterar i låg känslighet eller fullständig frånvaro av analyten. Effekterna av jonundertryckning kan minimeras genom att reducera provets komplexitet, till exempel genom provextraktionstekniker såsom fastfasextraktion , eller genom separation av analyter av intresse med hjälp av kromatografisk separation. Emellertid kan dessa provberedningssteg vara arbetskrävande, tidskrävande och dyra. PESI möjliggör en minskning av jonundertryckning utan att provet behöver förbehandling. Genom att separera joniseringen av olika analyter kan komponenter som orsakar jonundertryckning uttömmas innan jonisering av komponenter av intresse möjliggörs. Detta har visats i ett antal scenarier, inklusive i analysen av rå urin, med koncentrerade komponenter som kreatininjonisering initialt, följt av uppkomsten av tidigare oupptäckta metaboliter.
Mantelflöde PESI
Eftersom PESI-nålen endast är tillämpbar på flytande eller penetrerande fasta prover, kan den inte användas för analys av de flesta torra fasta material. För att kringgå denna begränsning utvecklades elektrosprayjonisering (sfPESI), en modifiering av den traditionella PESI-tekniken. sfPESI-jonkällan består av en solid nål inrymd i ett plasthölje (vanligtvis en gelladdande spets) fylld med en liten mängd lösningsmedel. Nålen sticker ut från mantelns bas med cirka 0,1 mm, där en liten droppe av lösningsmedel hålls. Den baserade på [ förtydligande behövs ] baserade på sonden vidrörs kortvarigt till provytan, där en konvex lösningsmedelsmenisk bildas mellan sonden och provet, vilket väter provet och möjliggör analytextraktion. Lösningsmedlets kemi kan modifieras för att inducera extraktion av särskilda analyter av intresse. Efter applicering på provet höjs sedan sfPESI-sonden till att vara i nivå med masspektrometerns inlopp, med solubiliserade analyter som hålls i droppen vid spetsen av nålen och en hög spänning appliceras. sfPESI erbjuder samma fördelar som standard PESI, inklusive fenomenet sekventiell och uttömmande jonisering, samtidigt som den möjliggör direkt analys av torra prover.
Ansökningar
PESI-MS har visat sig vara särskilt effektivt vid metabolisk analys av biologiska material, efter att ha använts för analys av cancerös och icke-cancerös bröstvävnad, såväl som hjärn- och levervävnad som avlägsnats från möss. Intressant nog har PESI-MS nyligen tillämpats på direkt analys av levande djur för metabolisk profilering i realtid. På grund av PESI-nålens smala diameter och korta provinförandetid är PESI rimligen icke-invasiv. Som ett resultat har tekniken använts för att prova från organen hos levande sövda djur, specifikt för att analysera metaboliter i hjärnan, mjälten, levern och njurarna hos en levande mus. Utöver detta har PESI-MS använts för analys på plats av livsmedel i syfte att kvalitetskontrollera, för att upptäcka herbicider i kroppsvätskor för att påvisa exponering och slutligen för att upptäcka olagliga droger i kroppsvätskor. för att indikera droganvändning. Flera grupper har också utnyttjat den lilla storleken på PESI-sonden för att uppnå encellsanalys, vilket visar förmågan att snabbt detektera metaboliter på cellulära och subcellulära nivåer.
PESI-modifieringen känd som sheath-flow PESI har tillämpats för analys av olika fasta prover i deras ursprungliga tillstånd, inklusive farmaceutiska tabletter, olagliga droger, livsmedel och jordbruksprodukter och bekämpningsmedel. Dessutom har sfPESI använts inom kriminalteknisk vetenskap för analys och identifiering av färska och torkade kroppsvätskor av rättsmedicinskt intresse. I detta arbete kopplades sfPESI också med tandemmasspektrometri (MS/MS), vilket visar förmågan hos jonfragmentering för identifiering av okända komponenter.