El bombardeo de átomos rápidos ( FAB ) es una técnica de ionización utilizada en espectrometría de masas en la que un haz de átomos de alta energía golpea una superficie para crear iones . [1] [2] [3] Fue desarrollado por Michael Barber en la Universidad de Manchester en 1980. [4] Cuando se utiliza un haz de iones de alta energía en lugar de átomos (como en la espectrometría de masas de iones secundarios ), el método se conoce como espectrometría de masas de iones secundarios líquidos ( LSIMS ). [5] [6] [7] En FAB y LSIMS, el material a analizar se mezcla con un entorno de protección química no volátil, llamado matriz , y se bombardea al vacío con un haz atómico de alta energía (4000 a 10 000 electronvoltios ) . Los átomos suelen ser de un gas inerte como el argón o el xenón . Las matrices más comunes son la glicerina , el tioglicerol , el alcohol 3-nitrobencílico (3-NBA), el éter 18-corona-6 , el éter 2-nitrofeniloctilo , el sulfolano , la dietanolamina y la trietanolamina . Esta técnica es similar a la espectrometría de masas de iones secundarios y a la espectrometría de masas de desorción de plasma .
FAB es una técnica de ionización de fragmentación relativamente baja (suave) y produce principalmente moléculas protonadas intactas denotadas como [M + H] + y moléculas desprotonadas como [M - H] − . También se pueden observar cationes radicales en un espectro FAB en casos raros. FAB fue diseñado como una versión mejorada de SIMS que permitió que el haz primario ya no causara efectos dañinos a la muestra. La principal diferencia entre las dos técnicas es la diferencia en la naturaleza del haz primario utilizado; iones vs átomos. [8] Para LSIMS, los iones de cesio , Cs + componen el haz primario y para FAB el haz primario está compuesto de átomos de Xe o Ar. [8] Los átomos de Xe se utilizan porque tienden a ser más sensibles que los átomos de argón debido a sus masas más grandes y más momento. Para que las moléculas sean ionizadas por FAB, primero los átomos de movimiento lento (Xe o Ar) son ionizados por electrones en colisión. Estos átomos de movimiento lento se ionizan y aceleran hasta un cierto potencial donde se convierten en iones de movimiento rápido que se vuelven neutrales en una densa nube de átomos de gas natural en exceso que forman una corriente fluida de átomos de alta energía traslacional. [8] Aunque el mecanismo exacto de cómo se ionizan las muestras no se ha descubierto por completo, la naturaleza de su mecanismo de ionización es similar a la desorción/ionización láser asistida por matriz (MALDI) [9] [10] y la ionización química . [11]
Como se dijo anteriormente, en FAB las muestras se mezclan con un entorno no volátil ( matriz ) para ser analizadas. FAB utiliza una matriz líquida que se mezcla con la muestra para proporcionar una corriente de iones de muestra que sea sostenida, reduzca los daños causados a la muestra al absorber el impacto del haz primario y evite que las moléculas de la muestra se agreguen. [8] La matriz líquida, como cualquier otra matriz, proporciona principalmente un medio que promueve la ionización de la muestra. La matriz más aceptada para este tipo de ionización es el glicerol . Elegir la matriz adecuada para la muestra es crucial porque la matriz también puede influir en el grado de fragmentación de los iones de la muestra (analito). Luego, la muestra se puede introducir para el análisis FAB. El método normal para introducir la mezcla de muestra y matriz es a través de una sonda de inserción. La mezcla de muestra y matriz se carga en un objetivo de muestra de acero inoxidable en la sonda, que luego se coloca en la fuente de iones a través de una esclusa de vacío. El método alternativo para introducir la muestra es mediante un dispositivo llamado bombardeo de átomos rápidos de flujo continuo (CF)-FAB.
En el bombardeo rápido de flujo continuo (CF-FAB), la muestra se introduce en la sonda de inserción del espectrómetro de masas a través de un capilar de diámetro pequeño. [ 12 ] El ( CF )-FAB se desarrolló para minimizar el problema de la baja sensibilidad de detección que es causada por un exceso del fondo de la matriz que resulta en una alta relación matriz-muestra. [8] Cuando se utiliza una frita de metal para dispersar el líquido en la sonda, la técnica se conoce como frita FAB. [13] [14] Las muestras se pueden introducir mediante inyección de flujo, microdiálisis o mediante acoplamiento con cromatografía líquida. [15] Los caudales suelen estar entre 1 y 20 μL/min. [13] El CF-FAB tiene una mayor sensibilidad en comparación con el FAB estático [16]
El primer ejemplo de la aplicación práctica de este FAB fue la elucidación de la secuencia de aminoácidos del oligopéptido efrapeptina D. Este contenía una variedad de residuos de aminoácidos muy inusuales. [17] Se demostró que la secuencia era: N-acetil-L-pip-AIB-L-pip-AIB-AIB-L-leu-beta-ala-gly-AIB-AIB-L-pip-AIB-gly-L-leu-L-iva-AIB-X. PIP = ácido pipecólico , AIB = ácido alfa-amino-isobutírico , leu = leucina , iva = isovalina , gly = glicina . Este es un potente inhibidor de la actividad de la ATPasa mitocondrial . Otra aplicación de FAB incluye su uso original para el análisis de muestras en fase condensada. FAB se puede utilizar para mediciones del peso molecular de muestras por debajo de 5000 Da, así como sus características estructurales. FAB se puede combinar con varios espectrómetros de masas para el análisis de datos, como un analizador de masas cuadrupolo , cromatografía líquida-espectrometría de masas y más.
En 1983 se publicó un artículo que describía el uso de la espectrometría de masas por bombardeo de átomos rápidos (FAB-MS) para analizar los isótopos de calcio. [18] No se utilizó glicerol; las muestras en solución acuosa se depositaron sobre el objetivo de muestra y se secaron antes del análisis. La técnica era efectivamente una espectrometría de masas de iones secundarios que utilizaba un haz primario neutro. Este fue un desarrollo bienvenido para los investigadores biomédicos que estudiaban la nutrición y el metabolismo de minerales esenciales pero que carecían de acceso a instrumentación de espectrometría de masas inorgánica como la espectrometría de masas de ionización térmica o la espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS). Por el contrario, los espectrómetros de masas FAB se encontraban ampliamente en las instituciones de investigación biomédica. Múltiples laboratorios adoptaron esta técnica, utilizando FAB-MS para medir las proporciones de isótopos en estudios de trazadores isotópicos de calcio, hierro, magnesio y zinc. [19] El análisis de metales requirió una modificación mínima de los espectrómetros de masas, por ejemplo, reemplazando los objetivos de muestra de acero inoxidable con otros de plata pura para eliminar el fondo de la ionización de los componentes de acero inoxidable. [20] Los sistemas de adquisición de señales a veces se modificaron para realizar saltos de pico en lugar de escaneo y para hacer detección de conteo de iones. [21] Si bien se logró una precisión y exactitud satisfactorias con FAB-MS, la técnica requería mucha mano de obra con una tasa de rendimiento de muestra muy baja debido en parte a la ausencia de opciones de muestreo automático. [19] A principios de la década de 2000, esta grave limitación de la tasa de muestreo había motivado a los usuarios de FAB-MS para el análisis de isótopos minerales a cambiar a espectrómetros de masas inorgánicos convencionales, generalmente ICP-MS, que también exhibieron una asequibilidad mejorada y un rendimiento de análisis de relación isotópica en ese momento.
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