Atmoszférikus nyomású ionizáció (Atmospheric Pressure Ionization: API)

Az AP-MALDI mellett további gyakran alkalmazott atmoszférikus nyomású ionforrások, amelyeket közös néven spray technikáknak is neveznek, az elektrospray (ESI), az atmoszférikus nyomású kémiai ionforrás (APCI) és az atmoszférikus nyomású foto ionforrás (APPI). Ezeket az ionforrásokat leginkább HPLC-vel kombinált készülékekben alkalmazzák, és egyben betöltik, az ún. illesztı egység vagy más néven interfész szerepét is (vannak olyan kapcsolt technikák, ahol külön illesztıegység van és EI, CI vagy FAB ionforrást alkalmaznak, amirıl a késıbbiekben lesz szó).

A spray technikák közé tartozik többek között a termo-spray (TSP). Ebben az esetben a HPLC-rıl lejövı folyadékot egy 0,1-0,15 mm-es furaton porlasztják át egy elektromosan főtött fém kapillárisba, ahol az eluens elpárolog a mintából. Az ionizáció elektron ionizáció vagy korona kisülés következtében történik, vagy az eleve ionos minta ionpárolgása révén is bekövetkezhet. A TSP ionforrások alkalmazása egyre jobban háttérbe szorul az egyéb API (ESI, APCI, APPI) technikák fejlıdésével.

ESI esetén a kromatográfról lejövı eluenst légköri nyomáson porlasztják. Az ionizáció erıs elektromos erıtér következtében jön létre. Az ionizációt elısegítendı, az ionforrásba még forró, általában nitrogén gázt is vezetnek, ugyanis a kapilláris végérıl töltött cseppek szakadnak le (49. ábra).

49. ábra: ES ionizáció sematikus ábrázolása

+ +

A forró gáz hatására a cseppek deszolvatálódnak, ennek következtében jelentısen megnı a felületi töltéssőrőség. Amikor elérnek egy bizonyos kritikus méretet (a töltéshez viszonyítva) bekövetkezik az ún. Coulomb robbanás és a töltött részecskék a gázfázisba kerülnek, melyeket gyorsítás után továbbít a készülék az analizátor felé (49. ábra). ESI esetén többszörös töltéső részecskék képzıdnek. Ennek hátránya, hogy megnehezítik az MS spektrumok értékelését, azonban nagyon nagy elınye, hogy nagy molekula tömegő vegyületek (Pl. proteinek, peptidek) is vizsgálhatóak olyan készülékekkel, melyek analizátorának tömegtartománya jelentısen kisebb a vizsgálandó anyag moltömegénél. Az ES ionforrás poláris és szemi poláris molekulák vizsgálatára alkalmas leginkább. Abban az esetben, ha a minta kevésbé poláris alkalmazható az APCI (50. ábra) míg teljesen apoláris anyagok esetén az APPI (52. ábra) ionizációs eljárás ad a legjobb eredményt.

HPLC analizátor

korona elektród porlasztó gáz

főtött tér

50. ábra: APCI ionforrás

Az APCI a korábban ismertetett CI ionforrás analógja. Az ionizációt gázfázisú, ion-molekula reakciók biztosítják. A folyamat során a HPLC-rıl érkezı mozgófázist elporlasztják, ami egy deszolvatációs kamrába kerül. Ezt követıen a már gázfázisú mintában egy korona elektród segítségével néhány kV-s koronakisüléssel ionizálják a molekulákat. A kisülés következtében az oldószer-molekulák ionizálódnak, majd ezek adják át a töltést a vizsgálandó molekuláknak pszeudo-molekulaionokat eredményezve (51. ábra). APCI esetén nem jellemzı többszörös töltéső részecskék keletkezése, kevésbé poláris, 1500 Da-nál kisebb tömegő molekulák vizsgálatára alkalmazhatjuk.

51. ábra APCI ionizáció

Az APCI ionforrás módosított változata az atmoszférikus nyomású foto ionizációs (APPI) ionforrás (52. ábra). Mőködése hasonló az APCI-hoz, a különbség, hogy a deszolvatációs kamra után az ionizációt nem koronaelektród, hanem UV-lámpa biztosítja.

52. ábra: APPI ionforrás

Az UV fényt általában kripton kisüléses lámpával állítják elı, mely 10 eV ionizációs energiával rendelkezik, de használhatunk Xe vagy Ar lámpát egyaránt (53. ábra).

53. ábra: APPI-ban alkalmazott dopant vegyületek és oldószerek ionizációs energiái

APPI esetén kétféle módon történhet az ionizáció, hagyományos, másnéven direkt, és dopant segített ionizációval (54. ábra). Az elıbbi megoldásban az UV foton a vizsgálandó anyagot ionizálja, tehát az ionizációs energiájának kisebbnek kell lennie, mint a besugárzó fénynek.

Az így aktiválódott mintát elektronvesztés után gyökként, vagy proton átadásra képes oldószer jelenlétében protonált formában lehet detektálni. A dopant segítette APPI esetén egy segéd vegyületet alkalmazunk. A dopant, vagy segédvegyület nem más, mint valamilyen szerves oldószer, leggyakrabban aceton vagy toluol, melyet az eluensbe kevernek. Ezen molekulák ionizációs energiája kicsi, így nagyon jól ionizálhatóak UV fotonok által, mely hasonlóan a direkt ionizációhoz egy gyök dopant molekulát fog eredményezni, ami proton-, vagy elektrontranszfer által fogja ionizálni a vizsgálandó molekulákat (54. ábra). Az APPI alkalmazása hasonló az APCI-hoz, azonban apoláris molekulák esetén ez az elsıként választandó ionforrás.

5 10 15

eV Xe: 8,4

Kr: 10

Ar: 11,2 alkalmazott lámpa

dopant toluol: 8,83 aceton: 9,7

oldószerek MeOH: 10,84 CH₃CN: 12,2 H₂O: 12,62

5 10 15

eV

5 10 15

eV Xe: 8,4

Kr: 10

Ar: 11,2 alkalmazott lámpa

dopant toluol: 8,83 aceton: 9,7

oldószerek MeOH: 10,84 CH₃CN: 12,2 H₂O: 12,62

párolgás

minta

f olyadék f ázis minta

gız f ázis

h h

ionizáció

direkt ionizáció dopant segítette ionizáció

vizsgálandó ionok

D + hν D^•++ e^– D^•++ M [M+H]⁺+ D D^•++ M M^•++ D M + hν M^•++ e^–

M^•++ SH [M+H]⁺+ S•

54. ábra: APPI ionizáció folyamata. h= Planck állandó ν=frekvencia, M minta molekula, SH a proton átadásra képes oldószer molekula, D=dopant molekula

Az elızıekben csak a leggyakrabban alkalmazott ionforrások kerültek bemutatásra.

Természetesen vannak további, speciális ionizációs technikák is. Mindezekbıl jól látszik, hogy a tömegspektrometria egy nagyon széleskörően alkalmazott analitikai technika kezdve a kismérető molekulák szerkezetazonosításától, egészen az óriási biopolimerek vizsgálatáig.

Azt, hogy milyen ionforrást válasszunk, mindig a vizsgálandó anyag tulajdonságai, illetve leggyakrabban a kromatográfiás körülmények határozzák meg. Az egyes ionforrások alkalmazási lehetıségeit a polaritás és moltömeg függvényében az 55. ábra mutatja be. Azt, hogy melyik ionizációs technikát válasszuk, több tényezı határozza meg. Leginkább a vizsgálandó anyag tulajdonságai a mérvadóak. Mindegyik technikának van számos elınye és hátránya egyaránt, beleértve a költségeket is. A MALDI ionforrást alkalmazó készülékeket általában TOF analizátorokkal, az APPI, APCI, ESI és FAB/FIB forrásokat mágneses, kvadrupol, ioncsapda, tripletkvadrupol, stb. analizátorokkal illetve ezek kombinációjával használjuk. A leggyakrabban alkalmazott analizátorok a következı fejezetben kerülnek bemutatásra.

55. ábra: Ionforrások alkalmazhatósága a polaritás és móltömeg függvényében