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Desorción fotoionización a presión atmosférica.

Esquema de fotoionización a presión atmosférica de desorción.

La fotoionización por desorción a presión atmosférica ( DAPPI ) es una técnica de ionización ambiental para espectrometría de masas que utiliza vapor de disolvente caliente para la desorción junto con la fotoionización . Las técnicas de ionización ambiental permiten el análisis directo de muestras sin tratamiento previo. [1] La técnica de análisis directo, como DAPPI, elimina los pasos de extracción que se observan en la mayoría de las muestras no tradicionales. DAPPI se puede utilizar para analizar muestras más voluminosas, como tabletas, polvos, resinas, plantas y tejidos. El primer paso de esta técnica utiliza un chorro de vapor de disolvente caliente. [2] El chorro caliente desorbe térmicamente la muestra de una superficie. [2] La muestra vaporizada luego se ioniza mediante la luz ultravioleta del vacío y, en consecuencia, se toma una muestra en un espectrómetro de masas. [1] DAPPI puede detectar una variedad de compuestos polares y no polares, pero es más sensible cuando analiza compuestos neutros o no polares. [3] Esta técnica también ofrece una ionización selectiva y suave para compuestos altamente conjugados. [4]

Historia

La historia de la fotoionización a presión atmosférica por desorción es relativamente nueva, pero se puede rastrear a través del desarrollo de técnicas de ionización ambiental que se remontan a la década de 1970. [5] DAPPI es una combinación de técnicas populares, como la fotoionización a presión atmosférica (APPI) y técnicas de desorción superficial. [1] Las técnicas de fotoionización se desarrollaron por primera vez a finales de los años 1970 y comenzaron a utilizarse en experimentos de presión atmosférica a mediados de los años 1980. [6] Los primeros avances en los experimentos de desorción de superficie abierta y matriz libre se informaron por primera vez en la literatura en 1999 en un experimento que utilizaba desorción/ionización sobre silicio (DIOS) . [7] DAPPI reemplazó técnicas como la ionización por electropulverización por desorción (DESI) y el análisis directo en tiempo real (DART) . Esta generación de técnicas son todos desarrollos recientes vistos en el siglo XXI. DESI fue descubierto en 2004 en la Universidad Purdue, [8] mientras que DART fue descubierto en 2005 por Laramee y Cody. [9] DAPPI se desarrolló poco después, en 2007, en la Universidad de Helsinki, Finlandia. [1] El desarrollo de DAPPI amplió el rango de detección de compuestos no polares y agregó una nueva dimensión de desorción térmica de muestras de análisis directo. [1]

Principio de funcionamiento

La primera operación que ocurre durante la desorción y la fotoionización a presión atmosférica es la desorción. La desorción de la muestra se inicia mediante un chorro caliente de vapor de disolvente que se dirige a la muestra mediante un microchip nebulizador . [10] El microchip nebulizador es un dispositivo de vidrio unido mediante obleas de pyrex con canales de flujo incrustados desde una boquilla en el borde del chip. [11] El microchip se calienta a 250-350 C para vaporizar el disolvente entrante y crear moléculas dopantes . [12] Se añaden moléculas dopantes para ayudar a facilitar la ionización de la muestra. [13] Algunos de los disolventes comunes incluyen: nitrógeno , tolueno , acetona y anisol . [14] El proceso de desorción puede ocurrir mediante dos mecanismos: desorción térmica o transferencia de momento /pulverización de líquido. [10] La desorción térmica utiliza calor para volatilizar la muestra y aumentar la temperatura de la superficie del sustrato. [15] A medida que aumenta la temperatura de la superficie del sustrato, mayor es la sensibilidad del instrumento. [10] Al estudiar la temperatura del sustrato, se vio que el solvente no tenía un efecto notable en la temperatura final o la tasa de calor del sustrato. [10] La transferencia de momento o desopción por pulverización líquida se basa en la interacción del disolvente con la muestra, provocando la liberación de iones específicos. [16] La transferencia de impulso se propaga por la colisión del disolvente con la muestra junto con la transferencia de iones con la muestra. [17] La ​​transferencia de iones positivos, como protones y transferencias de carga, se observa con los disolventes: tolueno y anisol. [10] El tolueno pasa por un mecanismo de intercambio de carga con la muestra, mientras que la acetona promueve un mecanismo de transferencia de protones con la muestra. [13] Un haz de fotones de 10 eV emitido por una lámpara UV se dirige a las moléculas recién desorbidas, así como a las moléculas dopantes. [18] Luego se produce la fotoionización, que elimina el electrón de la molécula y produce un ion. [18] Esta técnica por sí sola no es muy eficiente para diferentes variedades de moléculas, particularmente aquellas que no se protonan o desprotonan fácilmente. [19] Para ionizar completamente las muestras, las moléculas dopantes deben ayudar. El disolvente gaseoso también puede sufrir fotoionización y actuar como intermediario para la ionización de las moléculas de la muestra. Una vez que se forman los iones dopantes, puede ocurrir una transferencia de protones con la muestra, creando más iones de muestra. [1]Luego, los iones se envían al analizador de masas para su análisis. [1]

Mecanismos de ionización

El principal mecanismo de desorción en DAPPI es la desorción térmica debido al rápido calentamiento de la superficie. [20] Por lo tanto, DAPPI solo funciona bien para superficies de baja conductividad térmica. [21] El mecanismo de ionización depende del analito y disolvente utilizado. Por ejemplo, se pueden formar los siguientes iones analitos (M): [M + H] + , [M - H] − , M +• , M −• . [21]

Este mecanismo muestra que el disolvente (S) y el analito (M) en la fotoionización a presión atmosférica de desorción pasan por reacciones tanto de iones positivos como de iones negativos.

Tipos de geometrías de componentes

Geometría de reflexión

La Figura A es una configuración DAPPI convencional con una geometría de reflexión. La figura B es una técnica de transmisión DAPPI. La Lámpara UV (no se ve en la figura) está en el mismo lugar en ambas técnicas. La lámpara UV se encuentra encima de la superficie.

Considerada la geometría normal o convencional de DAPPI, este modo es ideal para muestras sólidas que no necesitan ninguna preparación previa. [22] El microchip está paralelo a la entrada MS. [23] El calentador del microchip tiene como objetivo golpear las muestras en . [23] La lámpara UV está directamente encima de la muestra y libera fotones para interactuar con las moléculas desorbidas que se forman. [21] El método convencional generalmente utiliza una mayor potencia de calentamiento y un mayor caudal de gas para el gas nebulizador, al mismo tiempo que aumenta la cantidad de dopante utilizado durante la técnica. [23] Estos aumentos pueden causar mayor ruido de fondo, interferencia del analito, impurezas del sustrato y más reacciones iónicas debido al exceso de iones dopantes. [23]

Geometría de transmisión

Este modo está especializado para analizar muestras líquidas, con una malla metálica o polimérica que reemplaza la placa de muestra en la geometría de reflexión. [23] La malla se orienta desde el microchip del nebulizador y la entrada de espectrometría de masas, y la lámpara dirige los fotones al área donde la malla libera moléculas recién desorbidas. [21] El analito se desorbe térmicamente cuando tanto el vapor dopante como el gas nebulizador se dirigen a través de la malla. [23] Se ha visto que la malla de acero con baja densidad y hebras estrechas produce mejores intensidades de señal. Este tipo de malla permite aberturas más grandes en la superficie y un calentamiento más rápido de los hilos. El modo de transmisión utiliza una potencia de calentamiento del microchip más baja, lo que elimina algunos de los problemas observados con la geometría de reflexión anterior, incluido el bajo ruido de la señal. Este método también puede mejorar la relación S/N de compuestos no polares más pequeños.

Acoplamiento de instrumentos

Técnicas de separación

La cromatografía en capa fina (TLC) es una técnica de separación simple que se puede combinar con DAPPI-MS para identificar lípidos. [24] Algunos de los lípidos que se observaron separados e ionizados incluyen: colesterol, triacilgliceroles, diésteres de 1,2-diol, ésteres de cera, hidrocarburos y ésteres de colesterol. La TLC normalmente se combina con instrumentos en vacío o presión atmosférica, pero la presión de vacío da poca sensibilidad para compuestos más volátiles y tiene un área mínima en las cámaras de vacío. [25] [26] DAPPI se utilizó por su capacidad para ionizar compuestos neutros y no polares, y se consideró un método rápido y eficiente para la detección de lípidos, ya que se combinaba con placas NP-TLC y HPTLC. [25]

La desorción por láser se utiliza normalmente en presencia de una matriz, como la ionización por desorción por láser asistida por matriz (MALDI) , pero las investigaciones han combinado técnicas de desorción por láser en condiciones de presión atmosférica para producir un método que no utiliza una matriz ni una descarga. [27] Este método puede ayudar con compuestos más pequeños y genera iones tanto positivos como negativos para la detección. Se toma una geometría de transmisión, ya que el haz y la pulverización se guían en ángulo hacia el MS acoplado. [28] Los estudios han demostrado la detección de compuestos orgánicos como: farneseno , escualeno , tetradecahidroantraceno, 5-alfa colestano, perileno , benzoperileno , coroneno , tetradecilpreno, sulfuro de dodecilo, sulfuro de benzodifenileno, dibenzosuberona, carbazol y elipticina. [27] También se vio que este método se combina con la técnica de espectroscopía de masas, FTICR, para detectar aceites de esquisto y algunos compuestos aromáticos más pequeños que contienen nitrógeno. [28] [29]

Espectrometría de masas

La resonancia ciclotrón de iones por transformada de Fourier (FTICR) es una técnica que normalmente se combina con la ionización por electropulverización (ESI) , DESI o DART, que permite la detección de compuestos polares. [29] DAPPI permite detectar una gama más amplia de polaridades y una gama de pesos moleculares. [30] Sin separación ni preparación de muestras, DAPPI es capaz de desorber térmicamente compuestos como el biocarbón de roble. El estudio citó un problema con DAPPI. Si la muestra no es homogénea, los iones neutros ionizarán sólo la superficie, lo que no proporciona una detección precisa de la sustancia. El escaneo del FTICR permite la detección de compuestos complejos con alta resolución, lo que conduce a la capacidad de analizar la composición elemental.

Aplicaciones

DAPPI puede analizar compuestos tanto polares (p. ej., verapamilo ) como no polares (p. ej., antraceno ). [10] Esta técnica tiene un límite de detección superior de 600 Da. [2] En comparación con la ionización electrodispersiva por desorción (DESI), es menos probable que DAPPI esté contaminado por matrices biológicas. [31] También se consideró que DAPPI era más sensible y contenía menos ruido de fondo que técnicas populares como el análisis directo en tiempo real (DART). [32] El rendimiento de DAPPI también se ha demostrado en el análisis directo de drogas ilícitas. [24] Otras aplicaciones incluyen la detección de lípidos y el muestreo de análisis de fármacos. [33] Los lípidos se pueden detectar mediante un procedimiento de acoplamiento con espectroscopía de masas orbitrap. [24] También se sabe que DAPPI se combina con la cromatografía líquida y la espectroscopía de masas con cromatografía de gases para el análisis de fármacos y compuestos de aerosoles. [14] Los estudios también han demostrado dónde se ha utilizado DAPPI para encontrar compuestos orgánicos nocivos en el medio ambiente y en los alimentos, como los hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH) y pesticidas. [34]

Ver también

Referencias

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