İyon hunisi - Ion funnel

Bir alete iliştirilmiş bir iyon hunisinin resmi.
Bir iyon hunisinin yandan görünümü. Her elektrot (metal disk) dışarıdan görülebilir.
Bir iyon hunisinin yukarıdan aşağı görünümü. Elektrotların azalan yarıçapları bu açıdan görülebilir.

içinde kütle spektrometrisi, bir iyon hunisi bir ışını odaklamak için kullanılan bir cihazdır iyonlar bir dizi istiflenmiş halka kullanarak elektrotlar azalan iç çap ile. Bir kombine Radyo frekansı ve sabit elektrik potansiyeli ızgaralara uygulanır.[1][2] İçinde elektrosprey iyonlaşması -kütle spektrometresi (ESI-MS), iyonlar atmosferik basınçta oluşturulur, ancak daha sonra daha düşük basınçlarda analiz edilir. İyonlar, adı verilen bir fenomenin neden olduğu iletim süreci nedeniyle yüksek basınçlı bölgelerden düşük basınçlı bölgelere götürülürken kaybolabilir. joule genişlemesi veya "serbest jet genişlemesi." Bu iyon bulutları dışarıya doğru genişleyerek detektöre ulaşan iyon miktarını sınırlar, böylece daha az iyon analiz edilir. İyon hunisi, yüksek basınçlı bölgelerden düşük basınçlı bölgelere yeniden odaklanır ve iyonları verimli bir şekilde iletir.[3]

Tarih

İlk iyon hunisi 1997'de Çevresel Moleküler Bilimler Laboratuvarı Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuvarı araştırmacılar tarafından Richard D. Smith 'döşeme. İyon hunisi, bir ESI kaynağında daha verimli iyon yakalama için iyon iletimi sınırlı deniz süpürücüsünün yerini almak üzere uygulandı.[4] İyon hunisinin birçok özelliği, istiflenmiş halka iyon kılavuzuna atfedilir, ancak bir iyon hunisinin diskleri, uzun ekseninin altında çap olarak değişir. İyon hunisinin tabanında, bir dizi silindirik halka elektrotun, iyon hunisine giren iyon bulutunun uzamsal olarak dağılmasını sağlayan, azalan çaplara sahip olduğu bir kısım vardır.[5] Bu, iyon bulutu çok daha küçük bir radyal boyuta odaklanırken, çıkışta iletkenlik sınırlama açıklığından iyon bulutunun verimli bir şekilde aktarılmasına izin verir. DC elektrik alanı, iyonları huni boyunca itmeye hizmet eder. Pozitif iyonlar için, huninin ön plakası en pozitif DC voltajına sahiptir ve sonraki plakalar kademeli olarak azalan DC bileşenlerine sahiptir ve ek kontrol sağlar. RF ve DC elektrik alanları, bir sözde potansiyel bitişik elektrotlarda değişen RF polariteleri ile oluşturulur. Bu "sözde potansiyel", iyonları radyal olarak sınırlar ve daha düşük m / z (kütle-yük oranı) ile iyonlarda kararsızlığa neden olurken, daha yüksek m / z'ye sahip iyonlar huninin merkezine odaklanır.[6] Smith araştırma laboratuvarında kullanılan ilk iyon hunisi tasarımı, düşük iyonlarla iyonları toplamak için yetersiz olduğunu kanıtladı. m / z. Simülasyonlar, lensler arasındaki boşluğun en küçük halka elektrotun çapından daha küçük olacak şekilde azaltılmasının bu soruna makul bir çözüm olabileceğini düşündürmektedir.[7] Tasarımla ilgili diğer bir sorun, huninin ilk vakum fazı sırasında birçok atmosferik arayüzde hızlı nötrler ve yüklü damlacıklar ile gürültüye duyarlı olmasıdır. Değişiklikler, iyon hunisinin verimliliğini ve sinyal / gürültü oranını artırır.

En eski iyon hunilerinden bazıları, iyon vakum odasındaki basınç, gaz dinamik etkilerinden dolayı tek tip olmadığından gaz akışını kontrol etmek için mücadele etti. Huninin çıkışındaki basıncın, basınç göstergesinden gelen basınçtan 2 ila 3 kat daha yüksek olduğu tahmin edildi. Daha yüksek basınç, daha büyük gaz enjeksiyonunu telafi etmek için aşağı akış vakum odalarında daha fazla pompalama gerektiriyordu. Ölçülen basınç ile huninin çıkışındaki basınç arasındaki tutarsızlık, enjektörden çıkan süpersonik gaz jetinin büyük bir kısmının Mach diski veya şok elmas huninin başında ve sonuna kadar devam ediyor. En etkili çözüm, bir jet bozucu iyon hunisinin merkezinde gaz akışına dik olarak asılı 9 mm çapında bir pirinç diskten oluşur.[5]

Başvurular

Kütle spektrometrisi

İyon hunileri, bir iyonizasyon kaynağından iyon toplamak için kütle spektroskopi cihazlarında sıklıkla kullanılır. İyon hunisi olmayan önceki cihazlar, iyonizasyon kaynağından kütle spektrometresinin dedektörüne geçiş sırasında sıklıkla iyon kaybetti. Bu kayıp, iyonların atmosferde bulunan diğer gaz molekülleri ile girdiği artan sayıda çarpışmadan kaynaklanıyordu. İyon hunisinin eklenmesi, iyonları istenen hedefe yönlendirerek deneyler sırasında kaybedilen iyon miktarını büyük ölçüde azaltmıştır.[8] ve giriş sayısının değiştirilmesi yoluyla, kütle spektrometresi tarafından alınan ölçümlerin hassasiyetini de artırabilir. Birden çok giriş birden çok elektrosprey yayıcıya izin vererek her bir emitördeki akışı azaltır. Bu, düşük akış hızlarında birçok yüksek verimli elektrosprey oluşturur.[5] Çoklu girişler, aynı zamanda, tek bir girişe kıyasla dokuz kat artış sağlayan, 18 Torr'da çalışan 19 girişe bağlanmış doğrusal olarak düzenlenmiş 19 elektrosprey yayıcı ile hassasiyeti geliştirir.[5]

Proton transfer reaksiyon odası

Proton transfer reaksiyonu kütle spektrometresi geleneksel olarak sürüklenme tüplerini iyon tuzakları olarak kullanmıştır. Bununla birlikte, radyo frekansı iyon hunileri, bileşiğe özgü hassasiyeti önemli ölçüde artırdıkları için çekici bir alternatif sunar. Bu, etkili reaksiyon süresinin artması ve iyonların odaklanmasından kaynaklanmaktadır. İyon hunileri ve sürüklenme tüpleri için aynı basınç aralıkları gereklidir, bu nedenle teknolojinin uygulanması zor değildir. İyon hunilerinin yüksek m / z ile iyonların iletimini desteklediği gösterilmiştir.[9]

Nefes analizi

Nefes analizi, zehirlenmeyi belirlemek için alkol içeriği gibi bir vücut sistemindeki kimyasalları tespit etmenin, cerrahi prosedürler sırasında vücuttaki anestetik seviyelerini izlemenin ve sporcuların sistemindeki performans arttırıcı maddeleri belirlemenin uygun ve invazif olmayan bir yoludur. Bununla birlikte, geleneksel teknikler düşük konsantrasyonlarda etkisizdir. Bir elektrosprey iyonlaşması doğrusal bir tuzak dört kutuplu içinde kullanılan bir iyon hunisi tarafından desteklenen arayüz Fourier dönüşümü iyon siklotron rezonansı kütle spektrometresinin yüksek çözünürlükle hassasiyeti büyük ölçüde artırdığı gösterilmiştir.[10]

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Kim, Taeman; Tolmachev, Aleksey V .; Harkewicz, Richard; Önceden, David C .; Anderson, Gordon; Udseth, Harold R .; Smith, Richard D .; Bailey, Thomas H .; Rakov, Sergey; Futrell, Jean H. (2000). "Yeni Bir Elektrodinamik İyon Hunisinin Tasarımı ve Uygulaması". Analitik Kimya. 72 (10): 2247–2255. doi:10.1021 / ac991412x. ISSN  0003-2700. PMID  10845370.
  2. ^ Kelly, Ryan T .; Tolmachev, Aleksey V .; Sayfa, Jason S .; Tang, Keqi; Smith, Richard D. (2009). "İyon hunisi: Teori, uygulamalar ve uygulamalar". Kütle Spektrometresi İncelemeleri. 29 (2): 294–312. doi:10.1002 / mas.20232. ISSN  0277-7037. PMC  2824015. PMID  19391099.
  3. ^ "Ion Funnel | Mass Spec Pro". www.massspecpro.com. Alındı 2018-12-03.
  4. ^ Julian, Ryan R .; Mabbett, Sarah R .; Jarrold, Martin F. (2005-10-01). "Kitleler için İyon Hunileri: Basitleştirilmiş İyon Huni ile Deneyler ve Simülasyonlar". Amerikan Kütle Spektrometresi Derneği Dergisi. 16 (10): 1708–1712. doi:10.1016 / j.jasms.2005.06.012. ISSN  1044-0305. PMID  16095911.
  5. ^ a b c d Kelly, Ryan T .; Tolmachev, Aleksey V .; Sayfa, Jason S .; Tang, Keqi; Smith, Richard D. (2010). "İyon Hunisi: Teori, Uygulamalar ve Uygulamalar". Kütle Spektrometresi İncelemeleri. 29 (2): 294–312. doi:10.1002 / mas.20232. ISSN  0277-7037. PMC  2824015. PMID  19391099.
  6. ^ Shaffer, Scott A .; Tang, Keqi; Anderson, Gordon A .; Önceden, David C .; Udseth, Harold R .; Smith, Richard D. (1997-10-30). "Elektrosprey iyonizasyon kütle spektrometresi kullanarak iyonları yüksek basınçta odaklamak için yeni bir iyon hunisi". Kütle Spektrometresinde Hızlı İletişim. 11 (16): 1813–1817. doi:10.1002 / (sici) 1097-0231 (19971030) 11:16 <1813 :: aid-rcm87> 3.0.co; 2-d. ISSN  1097-0231.
  7. ^ Shaffer, Scott A .; Önceden, David C .; Anderson, Gordon A .; Udseth, Harold R .; Smith, Richard D. (1998-10-29). "Elektrosprey İyonizasyon Kütle Spektrometresi Kullanarak Geliştirilmiş İyon Odaklama ve Hassasiyet için İyon Huni Arayüzü". Analitik Kimya. 70 (19): 4111–4119. doi:10.1021 / ac9802170. ISSN  0003-2700. PMID  9784749.
  8. ^ Smith, Richard D .; Shaffer, Scott A. Atmosfer basıncına yakın basınçlarda üretilen iyonları ve diğer yüklü partikülleri vakum altındaki bir bölgeye yönlendirmek için yöntem ve aparat. ABD Patenti. US6107628A. 3 Haziran 1998
  9. ^ Kahverengi P, Cristescu S, Mullock S, Reich D, Lamont-Smith C, Harren F (2017). "Proton Transfer Reaksiyon Haznesi Olarak RF İyon Hunisi İyon Kılavuzunun Uygulanması ve Karakterizasyonu" (PDF). Uluslararası Kütle Spektrometresi Dergisi. 414: 31–38. Bibcode:2017IJMSp.414 ... 31B. doi:10.1016 / j.ijms.2017.01.001. hdl:2066/174572.
  10. ^ Meier L, Berchtold C, Schmid S, Zenobi R (2012). "İyon Hunisi Destekli İkincil Elektrosprey İyonizasyon Kütle Spektrometresi Kullanılarak Yüksek Kütle Çözünürlüklü Nefes Analizi". Kütle Spektrometresi Dergisi. 47 (12): 1571–1575. Bibcode:2012JMSp ... 47.1571M. doi:10.1002 / jms.3118. PMID  23280745.