La espectrometría de movilidad de iones-espectrometría de masas ( IMS-MS ), también conocida como separación de movilidad de iones-espectrometría de masas , es un método de química analítica que separa los iones en fase gaseosa en función de su interacción con un gas de colisión y sus masas. En el primer paso, los iones se separan según su movilidad a través de un gas tampón en una escala de tiempo de milisegundos utilizando un espectrómetro de movilidad iónica . Luego, los iones separados se introducen en un analizador de masas en un segundo paso donde sus relaciones de masa a carga se pueden determinar en una escala de tiempo de microsegundos. [1] La separación efectiva de analitos lograda con este método lo hace ampliamente aplicable en el análisis de muestras complejas como en proteómica y metabolómica.
Historia
Earl W. McDaniel ha sido llamado el padre de la espectrometría de masas por movilidad iónica. [1] A principios de la década de 1960, acopló una celda de deriva de movilidad iónica de campo bajo a un espectrómetro de masas sectorial. [2]
La combinación de espectrometría de masas de tiempo de vuelo y espectrometría de movilidad iónica fue pionera en 1963 en Bell Labs . En 1963 McAfee y Edelson publicaron una combinación IMS-TOF. En 1967 McKnight, McAfee y Sipler publicaron una combinación IMS-TOF. Su instrumento incluía un TOF ortogonal. [3] En 1969 Cohen et al. presentó una patente sobre un sistema IMS-QMS. El QMS en ese momento era una mejora en comparación con el TOFMS, porque el TOFMS tenía sistemas de adquisición de datos electrónicos lentos en ese momento. En 1970, Young, Edelson y Falconer publicaron un IMS-TOF con extracción ortogonal. [4] Parece que utilizaron el mismo sistema que McKnight et al. en 1967, incorporando ligeras modificaciones. Su trabajo fue posteriormente reproducido en el libro histórico de Mason / McDaniel, que es considerado como la "Biblia de IMS" por los expertos en la técnica.
En 1996 Guevremont et al. presentó un póster en la conferencia ASMS sobre IMS-TOF. En 1997, Tanner patentó un cuadrupolo con campos axiales que se puede utilizar como celda de deriva para la separación IMS. También menciona la combinación de estos cuadrupolos con un TOFMS ortogonal. En 1998, Clemmer desarrolló una combinación IMS-TOF, utilizando una configuración coaxial IMS-TOF. [5] En 1999 Clemmer desarrolló un IMS-TOF con un sistema TOF ortogonal. [6] Este trabajo condujo al desarrollo de un instrumento CID-TOFMS de movilidad de iones cuadrupolo-CID-TOFMS por Micromass en el Reino Unido y finalmente llevó a Micromass / Waters Corporation a desarrollar el primer instrumento comercial de espectrómetro de masas de movilidad de iones en 2006. El Synapt , como se le denomina, incorpora un cuadrupolo de movilidad pre-iónica que permite la selección de iones precursores antes de la separación IMS, lo que mejora aún más la flexibilidad de las combinaciones de movilidad iónica-espectrometría de masas. En 2013, Agilent Technologies lanzó el primer espectrómetro de masas de movilidad iónica de tubo de deriva comercial llamado 6560 con un tubo de deriva de 80 cm. Los embudos de iones se utilizan para mejorar la eficiencia de transmisión de iones. Por tanto, el diseño mejoró en gran medida la sensibilidad de la movilidad iónica y permitió la comercialización. [7]
Una variación de IMS-MS es la espectrometría de masas-espectrometría de movilidad iónica diferencial (DIMS-MS), en la que los iones en fase gaseosa se separan en función de su movilidad iónica en diferentes intensidades de campos eléctricos. [8] Este método analítico está siendo propuesto actualmente por Gary Glish y el Grupo Glish. [8]
Instrumentación
El IMS-MS es una combinación de un espectrómetro de movilidad iónica [9] y un espectrómetro de masas , como lo discutieron la profesora Claire E. Eyers y sus colegas en una revisión reciente. [7]
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/6/66/Ion_mobility_spectrometry_diagram.svg/440px-Ion_mobility_spectrometry_diagram.svg.png)
Introducción e ionización de muestras
La primera etapa del instrumento es una fuente de iones donde las muestras se convierten en iones en fase gaseosa. Se han empleado muchos métodos de ionización similares a los usados tradicionalmente para la espectrometría de masas para IM-MS dependiendo del estado físico del analito. [9] Las muestras en fase gaseosa se ionizan típicamente con técnicas de desorción térmica , ionización radiactiva, ionización por descarga de corona y fotoionización . La ionización por electropulverización y la ionización por electropulverización secundaria (SESI) son métodos habituales para ionizar muestras en solución. [1] Los analitos en fase sólida se ionizan con ionización por desorción por láser asistida por matriz (MALDI) para moléculas de gran masa o ionización por desorción por láser (LDI) para moléculas con masas más pequeñas.
Separación por movilidad de iones
Existen diferentes tipos de espectrómetros de movilidad iónica y hay diferentes tipos de espectrómetros de masas. En principio, es posible combinar todos los tipos de los primeros con cualquier tipo de los segundos. Sin embargo, en el mundo real, los diferentes tipos de movilidad iónica se combinan con diferentes tipos de espectrómetros de masas para lograr una sensibilidad razonable. Los principales tipos de espectrómetros de movilidad iónica que se han acoplado a un espectrómetro de masas para aplicaciones IM-MS se describen a continuación.
Espectrometría de movilidad iónica en tiempo de deriva (DTIMS)
En DTIMS, los iones se desplazan a través de un tubo cuya longitud podría variar de 5 cm a 300 cm utilizando como gradiente de campo eléctrico. Los iones más pequeños viajan más rápido a través del tubo de deriva que los iones con mayor peso molecular. Por lo tanto, los iones se separan en función de su tiempo de deriva a través del tubo. [10] La movilidad iónica del tubo de deriva no emplea voltaje de RF que pueda calentar iones y puede preservar la estructura de los iones. La sección transversal de colisión promediada rotacionalmente (CCS), que es una propiedad física de los iones que reflejan la forma de los iones, se puede medir con precisión en la movilidad iónica del tubo de deriva. [11] El poder de resolución es alto (la resolución CCS puede ser superior a 100). La movilidad iónica del tubo de deriva se utiliza ampliamente para el análisis de estructuras. Por lo general, se combina con un espectrómetro de masas de tiempo de vuelo (TOF). [7]
Espectrometría de movilidad diferencial (DMS)
También conocida como espectrometría de movilidad iónica de forma de onda asimétrica de campo (FAIMS) o espectrometría de movilidad iónica RF-DC es una técnica de espectrometría de masas en la que los iones se separan mediante la aplicación de una forma de onda asimétrica de alto voltaje a radiofrecuencia (RF) combinada con una forma de onda estática ( CC ) aplicada entre dos electrodos. [12] [13] Dependiendo de la relación entre la movilidad de campo alto y campo bajo del ion, migrará hacia uno u otro electrodo . Solo los iones con movilidad específica pasarán a través del dispositivo. Es bien sabido que el alto campo de RF distorsiona la conformación de los iones, por lo que FAIMS es una técnica de separación sin reservar la estructura de los iones y los CCS de los iones no se pueden medir. [14] Debido a que FAIMS es un selector de masa (se excluyen otros iones), la sensibilidad en el modo de exploración es mucho menor que la de la movilidad iónica del tubo de deriva (se analizan todos los iones). Por lo tanto, FAIMS generalmente se acopla con un espectrómetro de masas de triple cuadrupolo, que también es un instrumento de selección de iones.
Espectrometría de movilidad de iones de onda viajera (TWIMS)
En TWIMS, los iones se separan según su movilidad a través de una onda viajera en una celda llena de gas. Se aplican voltajes tanto de radiofrecuencia (RF) como de corriente continua (CC) a una serie de electrodos de anillo llamados guía de iones de anillo apilado (SRIG) para confinar los iones y crear una onda viajera. [7] Según la velocidad y la magnitud de la onda viajera, los iones se pueden separar. Los iones más pequeños tienen una mayor movilidad a través de la onda debido a menos colisiones con las moléculas de gas y salen de la célula más rápido que los iones de menor movilidad (iones más grandes). Similar a DTIMS, los valores CCS de iones se pueden calcular con TWIMS usando una calibración derivada de estándares conocidos. [15] Un ejemplo comercial de la instrumentación TWIMS-MS es el instrumento Waters Corp Synapt G2-S.
Separación masiva
El instrumento tradicional IM-MS utiliza un espectrómetro de masas de tiempo de vuelo (TOF) conectado a un IMS. [1] El TOF-MS tiene muchas ventajas, incluida la alta velocidad de adquisición de datos y la buena sensibilidad. Dado que los datos del espectro de masas se adquieren en una escala de tiempo de microsegundos, se recopilan múltiples espectros de masas para cada espectro IMS (adquiridos en una escala de tiempo de milisegundos). El espectrómetro de masas de cuadrupolo también se ha acoplado a un IMS, aunque a una velocidad de exploración más lenta. Otros espectrómetros de masas, incluida la trampa de iones, la resonancia de ciclotrón de iones por transformada de Fourier (FT-ICR) o los espectrómetros de masas de sector magnético, también se han acoplado con diferentes IMS para diversas aplicaciones. [10] Además, los espectrómetros de masas híbridos se han conectado a más de una celda de movilidad iónica para aplicaciones en tándem o IMS n –MS m . [dieciséis]
Aplicaciones
La técnica IM-MS se puede utilizar para analizar mezclas complejas basadas en diferentes movilidades en un campo eléctrico. La estructura iónica en fase gaseosa se puede estudiar utilizando IM-MS mediante la medición de la CCS y la comparación con la CCS de muestras estándar o la CCS calculada a partir de modelos moleculares. La relación señal-ruido se mejora obviamente porque el ruido se puede separar físicamente con la señal en IM-MS. Además, los isómeros se pueden separar si sus formas son diferentes. La capacidad máxima de IM-MS es mucho mayor que la de MS, por lo que se pueden encontrar y analizar más compuestos. Este carácter es muy crítico para el estudio de ómica que requiere analizar tantos compuestos como sea posible en una sola ejecución. [17] Se ha utilizado en la detección de agentes de guerra química, detección de explosivos, [16] en proteómica para el análisis de proteínas, péptidos, moléculas similares a drogas y nanopartículas. [18] Recientemente, el FAIMS a microescala se ha integrado con la EM de ionización por electropulverización y la EM de cromatografía líquida para separar rápidamente los iones en milisegundos antes del análisis de masas. El uso de FAIMS a microescala en la EM de ionización por electropulverización y en la cromatografía líquida puede mejorar significativamente la capacidad máxima y la relación señal-ruido para una variedad de aplicaciones que incluyen proteómica y análisis farmacéutico. [19]
Recientemente, se han utilizado métodos de activación de iones en fase gaseosa para obtener nuevos conocimientos sobre estructuras complejas. El despliegue inducido por colisión (CIU) es una técnica en la que la energía interna de un ión aumenta a través de colisiones con un gas tampón antes del análisis IM-MS. El desdoblamiento del ion se observa a través de CCS más grandes, y la energía a la que se produce el desdoblamiento corresponde parcialmente a interacciones no covalentes dentro del ión. [20] Esta técnica se ha utilizado para diferenciar los enlaces de poliubiquitina [20] y los anticuerpos intactos. [21]
Ver también
- Espectrometría de masas de cromatografía líquida
- Cromatografía de gases-espectrometría de masas
Referencias
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