La ionización química a presión atmosférica ( APCI ) es un método de ionización utilizado en espectrometría de masas que utiliza reacciones de molécula de iones en fase gaseosa a presión atmosférica (10 5 Pa), [1] [2] comúnmente junto con cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) . [3] APCI es un método de ionización suave similar a la ionización química donde los iones primarios se producen en un aerosol de solvente. [4] El uso principal de APCI es para compuestos térmicamente estables polares y relativamente menos polares con un peso molecular inferior a 1500 Da. [5]La aplicación de APCI con HPLC ha ganado una gran popularidad en la detección de análisis de trazas como esteroides, pesticidas y también en farmacología para metabolitos de fármacos. [6]
Estructura del instrumento
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/c/c4/Apci.png/300px-Apci.png)
Un APCI típico generalmente consta de tres partes principales: una sonda nebulizadora que se puede calentar a 350-500 ° C, una región de ionización con una aguja de descarga de corona y una región de transferencia de iones a presión intermedia. [5] El analito en solución se introduce desde una sonda de entrada directa o un eluido de cromatografía líquida (LC) en un nebulizador neumático con un caudal de 0,2 a 2,0 ml / min. En el nebulizador calentado, el analito fluye coaxialmente con el gas N 2 del nebulizador para producir una niebla de gotitas finas. Mediante la combinación de efectos de calor y flujo de gas, la neblina emergida se convierte en una corriente de gas. Una vez que la corriente de gas llega a la región de ionización a presión atmosférica, las moléculas se ionizan en la descarga de corona, que tiene un potencial de 2 a 3 kV diferente al del contraelectrodo de salida. [4] Los iones de muestra luego pasan a través de un pequeño desnatador de orificio hacia la región de transferencia de iones. Los iones pueden transportarse a través de un skimmer adicional o lentes de enfoque de iones a un analizador de masas para su posterior análisis de masas.
Mecanismo de ionización
La ionización en la fase gaseosa por APCI sigue las secuencias: muestra en solución, muestra de vapor e iones de muestra. El efluente de la HPLC se evapora completamente. A continuación, la mezcla de disolvente y vapor de muestra se ioniza mediante una reacción ion-molécula. [7]
La ionización puede realizarse en modo de ionización positiva o negativa. En el modo positivo, las afinidades relativas del protón de los iones reactivos y las moléculas de analito gaseoso permiten la transferencia de protones o la aducción de iones del gas reactivo para producir los iones [M + H] + de las especies moleculares. [4] En el modo negativo, los iones [M − H] - son producidos por abstracción de protones, o los iones [M + X] - son producidos por unión de aniones. La mayor parte del trabajo en el análisis APCI-MS se ha realizado en modo positivo.
En el modo positivo, cuando la corriente de descarga de la descarga de corona es de 1-5 μA en el disolvente nebulizado, las moléculas de gas N 2 se excitan e ionizan, lo que produce N 4 + * . La fase móvil evaporada de LC actúa como gas de ionización e iones reactivos. Si el agua es el único disolvente en la fase móvil evaporada, los iones moleculares de nitrógeno excitados N 4 + * reaccionarían con las moléculas de H 2 O para producir iones de racimo de agua H + (H 2 O) n . [8] Luego, las moléculas de analito M son protonadas por los iones del grupo de agua. Finalmente, los productos de ionización MH + (H 2 O) m se transfieren desde la fuente de iones a presión atmosférica. El desagrupamiento (eliminación de moléculas de agua de la molécula de analito protonado) de MH + (H 2 O) m tiene lugar en el alto vacío del analizador de masas. [2] Los iones de la molécula de analito detectados por MS son [M + H] + . Las reacciones químicas del proceso de ionización se muestran a continuación.
Formación de iones reactivos primarios y secundarios en una atmósfera de nitrógeno en presencia de agua: [9] [2]
- N 2 + e → N 2 + + 2e
- N 2 + * + 2N 2 → N 4 + * + N 2
- N 4 + + H 2 O → H 2 O + + 2N 2
- H 2 O + + H 2 O → H 3 O + + OH •
- H 3 O + + H 2 O + N 2 → H + (H 2 O) 2 + N 2
- H + (H 2 O) n-1 + H 2 O + N 2 → H + (H 2 O) n + N 2
Ionización de iones de producto: [2]
- H + (H 2 O) n + M → MH + (H 2 O) m + (nm) H 2 O
Desagrupamiento en alto vacío del analizador de masas: [2]
- MH + (H 2 O) m → MH + + mH 2 O
Si la fase móvil contiene disolventes con una mayor afinidad de protones que el agua, se producen reacciones de transferencia de protones que conducen a protones del disolvente con mayor afinidad de protones. Por ejemplo, cuando está presente el disolvente de metanol, los iones del disolvente de agrupación serían CH 3 OH 2 + (H 2 O) n (CH 3 OH) m . [2] La fragmentación normalmente no ocurre dentro de la fuente APCI. Si se observa un ión de fragmento de una muestra, se ha producido una degradación térmica por la interfaz del nebulizador calentada, seguida de la ionización de los productos de descomposición.
A diferencia de la ionización química, los electrones necesarios para la ionización primaria no son producidos por un filamento calentado, ya que un filamento calentado no se puede utilizar en condiciones de presión atmosférica. En cambio, la ionización debe ocurrir usando descargas de corona o emisores de partículas β, que son fuentes de electrones capaces de manejar la presencia de gases corrosivos u oxidantes. [4]
Historia
La primera fuente de ionización a presión atmosférica fue desarrollada por Horning, Carroll y sus colaboradores en la década de 1970 en el Baylor College of Medicine (Houston, TX). [10] Inicialmente, la lámina de 63 Ni se utilizó como fuente de electrones para realizar la ionización. Más tarde, en 1975, se desarrolló el electrodo de descarga de corona, que tenía un rango de respuesta dinámica más grande. [11] APCI con el electrodo de descarga de corona se convirtió en el modelo para interfaces APCI modernas disponibles comercialmente. [9]
El APCI se aplicó a GC / MS [10] y LC / MS [12] también por el grupo de Horning en 1975. El analito en el eluato de LC se vaporizó e ionizó en un bloque calentado. Mediante esta aplicación se obtuvieron espectros de masas simples y de alta sensibilidad. [12] En las últimas décadas, el acoplamiento de APCI con LC / MS se hizo famoso y llamó mucho la atención. [3] La introducción de APCI y LC-MS había ampliado drásticamente el papel de la espectrometría de masas en la industria farmacéutica en el área del desarrollo de fármacos. La sensibilidad de APCI combinada con la sensibilidad y especificidad de LC / MS y cromatografía líquida-espectrometría de masas en tándem (LC-MS / MS) lo convierte en el método de elección para la cuantificación de fármacos y metabolitos de fármacos. [13]
Ventajas
La ionización del sustrato es muy eficaz ya que se produce a presión atmosférica y, por tanto, tiene una alta frecuencia de colisión. Además, APCI reduce considerablemente la descomposición térmica del analito debido a la rápida desolvatación y vaporización de las gotitas en las etapas iniciales de la ionización. [4] Esta combinación de factores suele dar como resultado la producción de iones de la especie molecular con menos fragmentaciones que muchos otros métodos de ionización, lo que lo convierte en un método de ionización suave. [14]
Otra ventaja de usar APCI sobre otros métodos de ionización es que permite que los altos caudales típicos de HPLC de diámetro estándar (0,2-2,0 ml / min) se utilicen directamente, a menudo sin desviar la mayor fracción de volumen hacia el desperdicio. Además, APCI a menudo se puede realizar en una fuente ESI modificada . [15] La ionización ocurre en la fase gaseosa, a diferencia de ESI, donde la ionización ocurre en la fase líquida. Una ventaja potencial de APCI es que es posible utilizar un disolvente no polar como solución de fase móvil, en lugar de un disolvente polar, porque el disolvente y las moléculas de interés se convierten en un estado gaseoso antes de llegar a la aguja de descarga en corona. Debido a que APCI implica una química en fase gaseosa, no es necesario utilizar condiciones especiales como disolventes, conductividad, pH para LC. APCI parecía ser una interfaz LC / MS más versátil y más compatible con LC de fase reversa que ESI. [14]
Solicitud
APCI es adecuado para muestras térmicamente estables con peso molecular bajo a medio (menos de 1500Da) y polaridad media a alta. Es particularmente útil para analitos que no son suficientemente polares para electropulverización. El área de aplicación de APCI es el análisis de fármacos, lípidos apolares, compuestos naturales, pesticidas y diversos compuestos orgánicos, pero su uso es limitado en el análisis de biopolímeros, organometálicos, compuestos iónicos y otros analitos lábiles. [dieciséis]
Ver también
Referencias
- ^ Carroll, DI; Dzidic, I .; Stillwell, RN; Horning, MG; Horning, CE (1974). "Sistema de detección de subpicogramas para análisis de fase gaseosa basado en espectrometría de masas de ionización a presión atmosférica (API)". Química analítica . 46 (6): 706–710. doi : 10.1021 / ac60342a009 . ISSN 0003-2700 .
- ^ a b c d e f Niessen, Wilfried (2006). Cromatografía líquida Espectrometría de masas . 6000 Broken Sound Parkway NW, Suite 300, Boca Raton, FL 33478: CRC Press, Taylor y Francis Group. págs. 249-250. ISBN 978-0585138503.Mantenimiento de CS1: ubicación ( enlace )
- ^ a b Thomson, Bruce A. (1 de marzo de 1998). "Ionización a presión atmosférica y cromatografía líquida / espectrometría de masas, por fin juntos". Revista de la Sociedad Estadounidense de Espectrometría de Masas . 9 (3): 187-193. doi : 10.1016 / S1044-0305 (97) 00285-7 . ISSN 1044-0305 .
- ^ a b c d e Edmond de Hoffmann; Vincent Stroobant (22 de octubre de 2007). Espectrometría de masas: principios y aplicaciones . Wiley. ISBN 978-0-470-51213-5.
- ^ a b Dass, Chhabil (2007). Fundamentos de la espectrometría de masas contemporánea . John Wiley & Sons, Inc. pág. 47. ISBN 978-0-471-68229-5.
- ^ Bruins, AP (1991). "Espectrometría de masas con fuentes de iones operando a presión atmosférica". Revisiones de espectrometría de masas . 10 (1): 53–77. Código Bibliográfico : 1991MSRv ... 10 ... 53B . doi : 10.1002 / mas.1280100104 . ISSN 0277-7037 .
- ^ AP, BRUINS (1 de enero de 1994). "ATMOSFÉRICO-PRESIÓN-IONIZACIÓN MASA-ESPECTROMETRÍA .2. APLICACIONES EN FARMACIA, BIOQUÍMICA Y QUÍMICA-GENERAL" . Tendencias de TrAC en Química Analítica . 13 (2). ISSN 0165-9936 .
- ^ Puertas, Paul. Universidad de Bristol, Departamento de Química, "Ionización química a presión atmosférica". Última modificación 2004. Consultado el 22 de noviembre de 2013. "Copia archivada" . Archivado desde el original el 26 de noviembre de 2013 . Consultado el 6 de diciembre de 2013 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace ).
- ^ a b Byrdwell, William Craig (1 de abril de 2001). "Espectrometría de masas de ionización química a presión atmosférica para el análisis de lípidos". Lípidos . 36 (4): 327–346. doi : 10.1007 / s11745-001-0725-5 . ISSN 0024-4201 . PMID 11383683 .
- ^ a b Horning, EC; Horning, MG; Carroll, DI; Dzidic, I .; Stillwell, RN (1 de mayo de 1973). "Nuevo sistema de detección de picogramos basado en un espectrómetro de masas con una fuente de ionización externa a presión atmosférica". Química analítica . 45 (6): 936–943. doi : 10.1021 / ac60328a035 . ISSN 0003-2700 .
- ^ Carroll, DI; Dzidic, I .; Stillwell, RN; Haegele, KD; Horning, CE (1 de diciembre de 1975). "Espectrometría de masas de ionización a presión atmosférica. Fuente de iones de descarga de corona para su uso en un sistema analítico de cromatógrafo de líquidos-espectrómetro de masas-computadora". Química analítica . 47 (14): 2369–2373. doi : 10.1021 / ac60364a031 . ISSN 0003-2700 .
- ^ a b Horning, EC; Carroll, DI; Dzidic, I .; Haegele, KD; Horning, MG; Stillwell, RN (1 de noviembre de 1974). "Espectrometría de masas de ionización a presión atmosférica (API). Ionización mediada por disolvente de muestras introducidas en solución y en una corriente efluente de cromatógrafo de líquidos". Revista de ciencia cromatográfica . 12 (11): 725–729. doi : 10.1093 / chromsci / 12.11.725 . ISSN 0021-9665 . PMID 4424244 .
- ^ Taylor, Lester CE; Johnson, Robert L .; Raso, Roberto (1 de mayo de 1995). "Espectrometría de masas de ionización química a presión atmosférica de acceso abierto para análisis de muestras de rutina" . Revista de la Sociedad Estadounidense de Espectrometría de Masas . 6 (5): 387–393. doi : 10.1016 / 1044-0305 (94) 00124-1 . ISSN 1044-0305 . PMID 24214220 .
- ^ a b Zaikin, Vladimir G .; Halket, John M. (2017). "Derivatización en espectrometría de masas - 8. Espectrometría de masas de ionización suave de moléculas pequeñas". Revista europea de espectrometría de masas . 12 (2): 79-115. doi : 10.1255 / ejms.798 . ISSN 1469-0667 . PMID 16723751 .
- ^ Holčapek, Michal; Jirásko, Robert; Lísa, Miroslav (2012). "Desarrollos recientes en cromatografía líquida-espectrometría de masas y técnicas relacionadas". Journal of Chromatography A . 1259 : 3-15. doi : 10.1016 / j.chroma.2012.08.072 . ISSN 0021-9673 . PMID 22959775 .
- ^ Holčapek, Michal; Jirásko, Robert; Lísa, Miroslav (18 de junio de 2010). "Reglas básicas para la interpretación de espectros de masas de ionización a presión atmosférica de moléculas pequeñas". Journal of Chromatography A . Espectrometría de masas: innovación y aplicación. Parte VI. 1217 (25): 3908–3921. doi : 10.1016 / j.chroma.2010.02.049 . PMID 20303090 .