La ionización por electropulverización por desorción (DESI) es una técnica de ionización ambiental que se puede acoplar a la espectrometría de masas para el análisis químico de muestras en condiciones atmosféricas. Fuentes de ionización acopladas: los sistemas MS son populares en el análisis químico porque las capacidades individuales de varias fuentes combinadas con diferentes sistemas MS permiten la determinación química de muestras. DESI emplea una corriente de disolvente cargada de movimiento rápido, en un ángulo con respecto a la superficie de la muestra, para extraer analitos de las superficies e impulsar los iones secundarios hacia el analizador de masas. [1] [2] Esta técnica en tándem se puede utilizar para analizar análisis forenses, [3]productos farmacéuticos, tejidos vegetales, frutas, tejidos biológicos intactos, complejos enzima-sustrato, metabolitos y polímeros. [4] Por lo tanto, DESI-MS se puede aplicar en una amplia variedad de sectores, incluida la administración de alimentos y medicamentos , productos farmacéuticos, monitoreo ambiental y biotecnología.
Acrónimo | DESI |
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Clasificación | Espectrometría de masas |
Analitos | Moléculas orgánicas Biomoléculas |
Otras tecnicas | |
Relacionados | Ionización por electropulverización Ionización química a presión atmosférica |
Historia
DESI ha sido ampliamente estudiado desde sus inicios en 2004 por Zoltan Takáts, et al., En el grupo de Graham Cooks de la Universidad Purdue [3] con el objetivo de buscar métodos que no requieran que la muestra esté dentro de un vacío. Tanto DESI como el análisis directo en tiempo real (DART) han sido en gran parte responsables del rápido crecimiento de las técnicas de ionización ambiental, con una proliferación de más de ochenta técnicas nuevas que se encuentran en la actualidad. [5] [6] Estos métodos permiten analizar sistemas complejos sin preparación y rendimientos de hasta 45 muestras por minuto. [7] DESI es una combinación de técnicas populares, como las técnicas de ionización por electropulverización y desorción de superficie. La ionización por electropulverización con espectrometría de masas fue reportada por Malcolm Dole en 1968, [8] pero John Bennett Fenn recibió un premio nobel de química por el desarrollo de ESI-MS a fines de la década de 1980. [9] Luego, en 1999, la desorción de superficie abierta y experimentos de matriz libre se informaron en la literatura utilizando un experimento que se llamó desorción / ionización en silicio . [10] La combinación de estos dos avances llevó a la introducción de DESI y DART como las principales técnicas de ionización ambiental que luego se convertirían en múltiples técnicas diferentes. Uno en particular, debido al aumento de estudios sobre la optimización de DESI es, ionización por electropulverización por desorción por nanopulverización . En esta técnica, el analito se desorbe en un puente formado a través de dos capilares y la superficie de análisis. [11]
Principio de funcionamiento
DESI es una combinación de métodos de ionización por electropulverización (ESI) y desorción (DI). La ionización se lleva a cabo dirigiendo una niebla cargada eléctricamente a la superficie de la muestra que está a unos pocos milímetros de distancia. [12] La neblina de electrospray se dirige neumáticamente a la muestra, donde las gotitas salpicadas subsiguientes transportan analitos ionizados desorbidos. Después de la ionización, los iones viajan a través del aire hacia la interfaz de presión atmosférica que está conectada al espectrómetro de masas. DESI es una técnica que permite la ionización ambiental de una muestra de trazas a presión atmosférica, con poca preparación de la muestra. DESI se puede utilizar para investigar in situ, metabolitos secundarios, mirando específicamente las distribuciones espaciales y temporales. [13]
Mecanismo de ionización
En DESI hay dos tipos de mecanismos de ionización, uno que se aplica a moléculas de bajo peso molecular y otro a moléculas de alto peso molecular. [12] Las moléculas de alto peso molecular, como las proteínas y los péptidos, muestran espectros de tipo electropulverización en los que se observan iones con carga múltiple. Esto sugiere la desorción del analito, donde múltiples cargas en la gota pueden transferirse fácilmente al analito. La gota cargada golpea la muestra, se extiende sobre un diámetro mayor que su diámetro original, disuelve la proteína y rebota. Las gotas viajan a la entrada del espectrómetro de masas y se desolvatan más. El solvente que se usa típicamente para la electropulverización es una combinación de metanol y agua .
Para las moléculas de bajo peso molecular, la ionización se produce por transferencia de carga: un electrón o un protón . Hay tres posibilidades para la transferencia de carga. Primero, transferencia de carga entre un ion solvente y un analito en la superficie. En segundo lugar, transferencia de carga entre un ion en fase gaseosa y un analito en la superficie; en este caso, el ion disolvente se evapora antes de llegar a la superficie de la muestra. Esto se logra cuando la distancia entre la pulverización y la superficie es grande. En tercer lugar, transferencia de carga entre un ion en fase gaseosa y una molécula de analito en fase gaseosa. Esto ocurre cuando una muestra tiene una alta presión de vapor.
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El mecanismo de ionización de moléculas de bajo peso molecular en DESI es similar al mecanismo de ionización de DART , ya que hay una transferencia de carga que ocurre en la fase gaseosa.
Eficiencia de ionización
La eficiencia de ionización de DESI es compleja y depende de varios parámetros tales como efectos de superficie, parámetros de electropulverización, parámetros químicos y parámetros geométricos. [12] Los efectos superficiales incluyen la composición química, la temperatura y el potencial eléctrico aplicado. Los parámetros de electropulverización incluyen voltaje de electropulverización, caudales de gas y líquido. Los parámetros químicos se refieren a la composición del disolvente pulverizado, por ejemplo, la adición de NaCl. Los parámetros geométricos son α, β, d 1 y d 2 (ver figura a la derecha).
Además, α y d 1 afectan la eficiencia de ionización , mientras que β y d 2 afectan la eficiencia de recolección. Los resultados de una prueba realizada en una variedad de moléculas para determinar los valores óptimos de α y d1 muestran que hay dos conjuntos de moléculas: alto peso molecular (proteínas, péptidos, oligosacáridos, etc.) y bajo peso molecular (colorante diazo, estereoides, cafeína, nitroaromáticos, etc.). Las condiciones óptimas para el grupo de alto peso molecular son ángulos de incidencia altos (70-90 °) y distancias cortas d 1 (1-3 mm). Las condiciones óptimas para el grupo de bajo peso molecular son lo opuesto, ángulos de incidencia bajos (35-50 °) y distancias d 1 largas (7-10 mm). Los resultados de estas pruebas indican que cada grupo de moléculas tiene un mecanismo de ionización diferente; descrito en detalle en la sección Principio de funcionamiento.
La punta del pulverizador y el soporte de superficie están unidos a una plataforma móvil 3D que permite seleccionar valores específicos para los cuatro parámetros geométricos: α, β, d 1 y d 2 .
Aplicaciones
Ionización por electropulverización por ablación láser
La espectrometría de masas de ionización por electropulverización por ablación con láser (LAESI) es una técnica de ionización ambiental aplicable a las imágenes de tejidos de plantas y animales, imágenes de células vivas y, más recientemente, a las imágenes de célula por célula. [14] Esta técnica utiliza un láser de infrarrojos medios para realizar la ablación de la muestra, lo que crea una nube de moléculas neutras. Luego, esta nube se golpea con la electropulverización desde arriba para causar la ionización. Los iones desorbidos pueden luego pasar al espectrómetro de masas para su análisis. Este método también es bueno para la creación de imágenes en aplicaciones. Los análisis se pueden desorber mediante una irradiación láser pulsada sin la necesidad de una matriz. Este método se utiliza mejor con moléculas orgánicas pequeñas hasta biomoléculas más grandes. [15]
Ionización por electropulverización por desorción láser asistida por matriz
Otro método bueno para las biomoléculas es la ionización por electropulverización por desorción láser asistida por matriz (MALDESI). En esta técnica, utiliza ionización por láser infrarrojo para excitar las moléculas de la muestra y permitir que los iones desorbidos estén listos para el análisis de MS. La geometría de la fuente y la distancia entre el ESI y la matriz tendrán un efecto sobre la eficiencia del compuesto de muestra. [16] Esta técnica también se puede utilizar con muestras acuosas. La gota de agua se puede colocar en el punto focal del láser o se puede secar la gota para formar el sólido. Las muestras planas no necesitan preparación de muestras para realizar este experimento.
Espectrometría de masas de movilidad iónica
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/6/67/DESI-IMS-TOF.png/512px-DESI-IMS-TOF.png)
La espectrometría de movilidad de iones (IMS) es una técnica de separación de iones en fases gaseosas basada en sus diferencias en la movilidad de iones cuando se aplica un campo eléctrico que proporciona separación espacial antes del análisis de MS. [17] Con la introducción de DESI como fuente de iones para la espectrometría de masas por movilidad iónica , las aplicaciones de IMS se han expandido desde solo muestras en fase de vapor con análisis volátiles a estructuras intactas y muestras acuosas. [18] Cuando se acopla a un espectrómetro de masas de tiempo de vuelo, el análisis de proteínas también es posible. [19] Estas técnicas funcionan en conjunto para investigar las formas de los iones y la reactividad después de la ionización. Una característica clave de esta configuración es su capacidad para separar la distribución de iones generados en DESI antes del análisis de espectrometría de masas. [19]
Resonancia ciclotrónica de iones por transformada de Fourier
Como se indicó anteriormente, DESI permite una investigación directa de muestras naturales sin necesidad de preparación de muestras o separación cromatográfica. Pero, debido a esta preparación de muestra innecesaria, el espectro creado puede ser muy complejo. Por lo tanto, puede acoplar una resonancia de ciclotrón de iones de transformada de Fourier a DESI, lo que permite una resolución más alta. El DESI puede estar compuesto por seis etapas móviles lineales y una etapa giratoria. [20] Esto puede incluir una platina lineal en 3D para muestras y otra con platina giratoria para el montaje del rociador. El acoplamiento de un FTICR a DESI puede aumentar la precisión de la masa a menos de 3 partes por millón. [21] Esto se puede hacer tanto en muestras líquidas como sólidas.
Cromatografía líquida
DESI se puede acoplar a cromatografía líquida ultrarrápida utilizando una estrategia de división de eluyentes LC. Es una estrategia a través de un pequeño orificio en un tubo capilar LC. Hay un volumen muerto y una contrapresión insignificantes que permiten la detección por espectrometría de masas en tiempo casi real con una rápida elución y purificación. [22] Este acoplamiento se puede utilizar para ionizar una amplia gama de moléculas, desde pequeñas sustancias orgánicas hasta proteínas de gran masa. Esto es diferente de ESI (ionización por electropulverización) en que se puede utilizar para analizar directamente soluciones de muestra que contienen sal sin necesidad de dopar en la muestra disolventes / ácidos de "maquillaje". [23] Esta configuración permite un caudal alto sin dividir. La alta resolución que se logra mediante la HPLC de fase inversa se puede combinar con este procedimiento para producir también un cribado de alto rendimiento de productos naturales. [24] La incorporación del componente electroquímico ayuda con la eficiencia de la ionización a través de la conversión electroquímica. [25] Este método ha demostrado ser mejor que el ESI en el hecho de que no es necesario separar el pequeño potencial que se aplica a la celda del potencial del aerosol en DESI. DESI también muestra una mejor tolerancia a los electrolitos de sales inorgánicas y puede usar solventes tradicionales usados en electrólisis. [24]
Instrumentación
En DESI, hay un chorro de electropulverización asistido neumáticamente de alta velocidad que se dirige continuamente hacia la superficie de la sonda. El chorro forma una fina película de disolvente del tamaño de un micrómetro sobre la muestra, donde se puede desorber. La muestra puede ser desalojada por el chorro de pulverización entrante, lo que permite que las partículas salgan en un cono de eyección de analito que contiene gotitas de iones secundarios. [26] Todavía se están realizando muchos estudios para analizar los principios de funcionamiento de DESI, pero todavía se conocen algunas cosas. Se sabe que el diámetro de erosión del punto de pulverización formado por DESI está directamente relacionado con la resolución espacial. Tanto la composición química como la textura de la superficie también afectarán el proceso de ionización. El gas de nebulización que se utiliza con mayor frecuencia es el N 2 fijado a una presión típica de 160 psi. El disolvente es una combinación de metanol y agua , a veces combinada con ácido acético al 0,5% y con un caudal de 10 μL / min. [27] La superficie se puede montar de dos formas diferentes, una forma consiste en un soporte de superficie que puede llevar guías de superficie desechables de 1 x 5 cm que se encuentran sobre una superficie de acero inoxidable. La superficie de acero tiene un voltaje aplicado para proporcionar un potencial de superficie apropiado. El potencial de superficie que se puede aplicar es el mismo al que se puede ajustar el pulverizador. La segunda superficie está hecha con un bloque de aluminio que tiene un calentador incorporado, esto permite el control de temperatura con temperaturas de hasta 300 ° C con etapas más nuevas que tienen CCD y fuentes de luz incorporadas. Sus espectros son similares a los de ESI. Presentan aductos de metales alcalinos con iones de carga múltiple y complejos no covalentes que se originan en la fase condensada de la interacción muestra / disolvente. [12] Se revela que DESI tiene una condición de ionización más suave que conduce a una tendencia más pronunciada a la formación de aductos metálicos y una carga específica más baja de gotitas secundarias [ cita requerida ] .
Ver también
- Espectrometría de masas de iones secundarios
- Ionización por desorción láser asistida por matriz
- Imágenes por espectrometría de masas
- Ionización por electropulverización
- Ionización secundaria por electropulverización
Referencias
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Otras lecturas
- Método y sistema para la ionización por electropulverización por desorción - Solicitud de EE . UU. 20,050,230,635
- Método y sistema para la ionización por electropulverización por desorción - WO 2005094389
- Ionización por impacto de gotas - Aplicación de EE . UU. 20,060,108,539
enlaces externos
- Laboratorio Aston Purdue - DESI
- Página personal del profesor Zoltan Takáts - Imperial College London