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 usa un haz de iones de alta energía en lugar de átomos (como en la espectrometría de masas de iones secundarios ), el método es conocida 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 de átomos de alta energía (4000 a 10,000 electronvoltios ). Los átomos son típicamente de un gas inerte como argón o xenón . Las matrices comunes incluyen glicerol , tioglicerol , alcohol 3-nitrobencílico (3-NBA), éter 18-corona-6 , éter 2-nitrofeniloctílico , sulfolano , dietanolamina y trietanolamina . Esta técnica es similar a la espectrometría de masas de iones secundarios y la espectrometría de masas de desorción de plasma .
Mecanismo de ionización
FAB es una técnica de ionización de fragmentación relativamente baja (blanda) y produce principalmente moléculas protonadas intactas denominadas [M + H] + y moléculas desprotonadas como [M - H] - . Los cationes radicales también se pueden observar en un espectro FAB en casos raros. FAB fue diseñado como una versión mejorada de SIMS que permitió que el rayo primario ya no causara efectos dañinos a la muestra. La principal diferencia entre las dos técnicas es la diferencia en la naturaleza del rayo primario utilizado; iones vs átomos. [8] Para LSIMS, cesio , los iones Cs + forman el haz primario y para FAB el haz primario está compuesto por átomos de Xe o Ar. [8] Los átomos Xe se utilizan porque tienden a ser más sensibles que los átomos de argón debido a sus masas más grandes y más impulso. Para que las moléculas sean ionizadas por FAB, primero los átomos de movimiento lento (Xe o Ar) son ionizados por la colisión de electrones. Luego, esos átomos de movimiento lento se ionizan y aceleran a un cierto potencial donde se convierten en iones de movimiento rápido que se vuelven neutrales en una nube densa de átomos de gas natural en exceso que forman una corriente fluida de átomos de alta energía de traslación. [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]
Matrices e introducción de muestras
Como se indicó anteriormente, en FAB las muestras se mezclan con un ambiente 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 sostenida, reduce los daños causados a la muestra al absorber el impacto del haz primario y mantiene las moléculas de la muestra agregando. [8] La matriz líquida, como cualquier otra matriz, proporciona lo más importante un medio que promueve la ionización de la muestra. La matriz más aceptada para este tipo de ionización es el glicerol . La elección de la matriz adecuada para la muestra es fundamental porque la matriz también puede influir en el grado de fragmentación de los iones de la muestra (analito). A continuación, la muestra se puede introducir en el análisis FAB. El método normal de introducir la mezcla muestra-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 un cierre de vacío. El método alternativo de introducir la muestra es mediante el uso de un dispositivo llamado bombardeo de átomos rápidos de flujo continuo (CF) -FAB.
Bombardeo de átomos rápidos de flujo continuo
En c ontinuous f bajo f ast un tom b ombardment (CF-FAB), la muestra se introduce en la sonda de inserción espectrómetro de masas a través de un capilar de diámetro pequeño. [12] (CF) -FAB se desarrolló para minimizar el problema de la sensibilidad de detección deficiente que es causado por un exceso del fondo de la matriz que da como resultado una alta proporción de matriz a muestra. [8] Cuando se utiliza una frita metálica 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] CF-FAB tiene una mayor sensibilidad en comparación con FAB estático [16]
Aplicaciones
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. El FAB se puede utilizar para medir el peso molecular de muestras por debajo de 5000 Da, así como sus características estructurales. El FAB se puede combinar con varios espectrómetros de masas para el análisis de datos, como con un analizador de masas de cuadrupolo , cromatografía líquida, espectrometría de masas y más.
Análisis inorgánico
En 1983 se publicó un artículo que describía el uso de la espectrometría de masas por bombardeo de átomos rápidos (FAB-MS) para analizar isótopos de calcio. [18] No se utilizó glicerol; las muestras en solución acuosa se depositaron sobre el objetivo de la muestra y se secaron antes del análisis. La técnica fue efectivamente espectrometría de masas de iones secundarios utilizando un haz primario neutro. Este fue un desarrollo bienvenido para los investigadores biomédicos que estudian la nutrición y el metabolismo de minerales esenciales, pero que carecen 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 encontraron ampliamente en instituciones de investigación biomédica. Varios laboratorios adoptaron esta técnica, utilizando FAB-MS para medir las proporciones de isótopos en estudios de trazadores de isótopos de calcio, hierro, magnesio y zinc. [19] El análisis de metales requirió una modificación mínima de los espectrómetros de masas, reemplazando los objetivos de la muestra de acero inoxidable con los 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 picos en lugar de escanear y detectar el conteo de iones. [21] Si bien se logró una precisión y exactitud satisfactorias con FAB-MS, la técnica requería mucha mano de obra y una tasa de producción de muestras muy baja debido en parte a la ausencia de opciones de muestreo automático. [19] A principios de la década de 2000, esta severa limitación de la frecuencia 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 en ese momento también mostraban una asequibilidad mejorada y un rendimiento de análisis de proporción de isótopos mejorados.
Referencias
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