En espectrometría de masas , el análisis directo en tiempo real ( DART ) es una fuente de iones que produce especies de estado excitado electrónicamente o vibrónicamente a partir de gases como helio, argón o nitrógeno que ionizan moléculas atmosféricas o moléculas dopantes . Los iones generados a partir de moléculas atmosféricas o dopantes experimentan reacciones ion-molécula con las moléculas de la muestra para producir iones analito. Los analitos con baja energía de ionización pueden ionizarse directamente. El proceso de ionización DART puede producir iones positivos o negativos dependiendo del potencial aplicado al electrodo de salida.
Esta ionización puede producirse en especies desorbidas directamente de superficies como billetes de banco, tabletas, fluidos corporales (sangre, saliva y orina), polímeros, vidrio, hojas de plantas, frutas y verduras, ropa y organismos vivos. DART se aplica para el análisis rápido de una amplia variedad de muestras a presión atmosférica y en un entorno de laboratorio abierto. No necesita una preparación de muestra específica, por lo que se puede utilizar para el análisis de muestras sólidas, líquidas y gaseosas en su estado nativo.
Con la ayuda de DART, se pueden realizar mediciones de masas exactas rápidamente con espectrómetros de masas de alta resolución. La espectrometría de masas DART se ha utilizado en aplicaciones farmacéuticas, estudios forenses, control de calidad y estudios ambientales. [1]
DART es el resultado de conversaciones entre Laramee y Cody sobre el desarrollo de una fuente de iones a presión atmosférica para reemplazar las fuentes radiactivas en los detectores portátiles de armas químicas. DART fue desarrollado a fines de 2002 y principios de 2003 por Cody y Laramee como un nuevo proceso de ionización a presión atmosférica, [2] y se presentó una solicitud de patente en EE. UU. en abril de 2003. Aunque el desarrollo de DART en realidad fue anterior a la fuente de iones de ionización por electropulverización por desorción (DESI) [3] , la publicación inicial de DART no apareció hasta poco después de la publicación de DESI, y ambas fuentes de iones se presentaron públicamente en presentaciones consecutivas de RG Cooks y RB Cody en la Conferencia de Sanibel de ASMS de enero de 2005. DESI y DART se consideran técnicas pioneras en el campo de la ionización ambiental , [4] ya que operan en el entorno de laboratorio abierto y no requieren pretratamiento de la muestra. [5] [6] A diferencia del rocío líquido utilizado por DESI, el gas ionizante de la fuente de iones DART contiene una corriente seca que contiene especies en estado excitado .
A medida que el gas (M) ingresa a la fuente de iones , se aplica un potencial eléctrico en el rango de +1 a +5 kV para generar una descarga luminiscente. El plasma de descarga luminiscente contiene especies energéticas de vida corta que incluyen electrones, iones y excímeros. La recombinación de iones/electrones conduce a la formación de átomos o moléculas neutros de estado excitado de vida larga ( especies metaestables , M*) en la región de resplandor que fluye . El gas DART se puede calentar desde temperatura ambiente (RT) a 550 °C para facilitar la desorción de moléculas de analito. El calentamiento es opcional, pero puede ser necesario según la superficie o el producto químico que se esté analizando. La corriente calentada de especies metaestables gaseosas pasa a través de un electrodo de salida poroso que está polarizado a un potencial positivo o negativo en el rango de 0 a 530 V. Cuando está polarizado a un potencial positivo, el electrodo de salida actúa para eliminar electrones e iones negativos formados por ionización de Penning de la corriente de gas para evitar la recombinación de iones/electrones y la pérdida de iones. Si el electrodo de salida está polarizado a un potencial negativo, se pueden generar electrones directamente a partir del material del electrodo mediante ionización de Penning superficial. Una tapa aislante en el extremo terminal de la fuente de iones protege al operador de daños.
El sistema DART se puede utilizar para el análisis de muestras sólidas, líquidas o gaseosas. Los líquidos se analizan normalmente sumergiendo un objeto (como una varilla de vidrio) en la muestra líquida y luego presentándolo a la fuente de iones DART. Los vapores se introducen directamente en la corriente de gas DART. [7]
Una vez que los átomos del gas portador metaestable (M*) se liberan de la fuente, inician la ionización de Penning del nitrógeno, el agua atmosférica y otras especies gaseosas. Aunque algunos compuestos pueden ionizarse directamente mediante la ionización de Penning, [8] el mecanismo de formación de iones positivos más común para DART implica la ionización del agua atmosférica.
Aunque no está claro el mecanismo exacto de formación de iones, el agua puede ionizarse directamente mediante ionización de Penning. Otra propuesta es que el agua se ioniza mediante el mismo mecanismo que se ha propuesto para la ionización química a presión atmosférica [1].
El agua ionizada puede sufrir más reacciones ion-molécula para formar grupos de agua protonada ( [(H
2O)
norte[A]+
). [9]
La corriente de grupos de agua protonada actúa como una especie ionizante secundaria [10] y genera iones analitos mediante mecanismos de ionización química a presión atmosférica. [11] Aquí puede ocurrir protonación , desprotonación , transferencia directa de carga y formación de iones aductos . [1] [7]
En el modo de iones negativos, el potencial del electrodo de rejilla de salida se puede configurar en potenciales negativos. Los electrones de Penning experimentan captura electrónica con oxígeno atmosférico para producir O 2 − . El O 2 − producirá aniones radicales. Son posibles varias reacciones, según el analito. [1]
La sensibilidad a los iones negativos de los gases DART varía con la eficiencia en la formación de electrones por ionización de Penning, lo que significa que la sensibilidad a los iones negativos aumenta con la energía interna de las especies metaestables, por ejemplo, nitrógenoᐸneónᐸhelio.
Los iones de analito se forman a presión ambiente durante la ionización química y de Penning. Sin embargo, el análisis de espectrometría de masas se lleva a cabo en condiciones de alto vacío . Por lo tanto, los iones que ingresan al espectrómetro de masas pasan primero por una interfaz de fuente a analizador (interfaz de vacío), que fue diseñada para unir la región de presión atmosférica con el vacío del espectrómetro de masas . También minimiza la contaminación del espectrómetro.
En la interfaz de presión atmosférica JEOL original utilizada para DART, los iones se dirigen a la guía de iones a través de los orificios de skimmer (externo) i e (interno) i mediante la aplicación de una ligera diferencia de potencial entre ellos: orificio i: 20 V y orificio i: 5 V. La alineación de los dos orificios está escalonada para atrapar la contaminación neutra y proteger la región de alto vacío. Las especies cargadas (iones) se guían al segundo orificio a través de un electrodo cilíndrico intermedio ("lente anular"), pero las moléculas neutras viajan en una trayectoria recta y, por lo tanto, se les impide entrar en la guía de iones. Luego, la contaminación neutra se elimina mediante la bomba.
La fuente DART puede funcionar en modo de desorción de superficie o en modo de transmisión. En el modo de desorción de superficie ordinario, la muestra se coloca de manera que permite que la corriente de iones reactivos DART fluya hacia la superficie mientras permite el flujo de iones de analito desorbidos hacia la interfaz. Por lo tanto, este modo requiere que la corriente de gas roce la superficie de la muestra y no bloquee el flujo de gas hacia el orificio de muestreo del espectrómetro de masas. Por el contrario, el modo de transmisión DART (tm-DART) utiliza un portamuestras hecho a medida e introduce la muestra en una geometría fija. [10] [13]
El DART se puede combinar con muchas técnicas de separación. Las placas de cromatografía de capa fina (TLC) se han analizado colocándolas directamente en la corriente de gas del DART. La cromatografía de gases se ha llevado a cabo acoplando columnas de cromatografía de gases directamente en la corriente de gas del DART a través de una interfaz calentada. El eluato de un cromatógrafo de líquidos de alta presión ( HPLC ) también se puede introducir en la zona de reacción de la fuente del DART y analizar. El DART se puede acoplar con la electroforesis capilar (CE) y el eluato de la CE se guía al espectrómetro de masas a través de la fuente de iones del DART. [1]
En el modo de iones positivos, DART produce moléculas predominantemente protonadas [M+H] + y en el modo de iones negativos moléculas desprotonadas [MH] − . Tanto el modo negativo como el positivo de DART proporcionan espectros de masas relativamente simples. Dependiendo del tipo de analito, se pueden formar otras especies, como aductos con carga múltiple . DART se clasifica como una técnica de ionización suave. La fragmentación rara vez se puede observar en algunas moléculas.
El uso de DART, en comparación con los métodos tradicionales, minimiza la cantidad de muestra y su preparación, elimina los pasos de extracción, disminuye el límite de detección y el tiempo de análisis. Además, proporciona una amplia gama de sensibilidad, determinación simultánea de analitos de múltiples fármacos y una precisión de masa suficiente para la determinación de la formulación. [7]
La fuente de iones DART es un tipo de ionización en fase gaseosa y requiere algún tipo de volatilidad del analito para permitir la desorción asistida térmicamente de los iones del analito. [14] Esto limita el rango de tamaño de las moléculas que se pueden analizar con DART, es decir, m/z de 50 a 1200. [1] [15] DART-MS es capaz de realizar análisis semicuantitativos y cuantitativos. Para acelerar la liberación de la muestra de la superficie, la corriente de gas DART generalmente se calienta a una temperatura en el rango de 100 a 500 °C y esta operación se puede emplear para análisis dependientes de la temperatura. [16]
DART se está aplicando en muchos campos, incluida la industria de las fragancias, la industria farmacéutica, los alimentos y las especias, la ciencia forense y la salud, el análisis de materiales, etc. [1] [7]
En la ciencia forense, DART se utiliza para el análisis de explosivos, agentes de guerra , drogas, tintas y evidencia de agresión sexual. [17] [18] En el sector clínico y farmacéutico, DART se utiliza para el análisis de fluidos corporales como sangre, plasma, orina, etc. y para estudiar medicinas tradicionales. Además, DART puede detectar la composición de medicamentos en forma de tabletas, por lo que no es necesario preparar la muestra, como triturarla o extraerla. [19] [20]
En la industria alimentaria, la DART garantiza la evaluación de la calidad y autenticidad de los alimentos. También se utiliza en el análisis de micotoxinas en bebidas, [21] análisis semicuantitativo de cafeína, monitoreo de la descomposición acelerada por calor de aceites vegetales y muchos otros análisis de seguridad alimentaria. [22] En la industria manufacturera, para determinar la deposición y liberación de una fragancia en superficies como telas y cabello y tintes en textiles, la DART se utiliza a menudo. [23]
El DART se utiliza en el análisis medioambiental, por ejemplo, en el análisis de filtros UV orgánicos en el agua, contaminantes en el suelo, productos derivados del petróleo y aerosoles , etc. El DART también desempeña un papel importante en los estudios biológicos, ya que permite estudiar los perfiles químicos de plantas y organismos. [24]
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