Масс-спектрометрический метод анализа
током ЖХ. Однако, ионизация электроспрея (ESI), химическая ионизация при атмосферном давлении (APCI) и фотоионизация при атмосферном давлении (APPI) сейчас позволяют совмещать ЖХ и масс-спектрометрию в повседневных анализах.
Механизмы ионизации
Протонирование – механизм ионизации, при котором к молекуле присоединяется протон, сообщая ей заряд 1+ на каждый присоединённый протон. Положительные заряды обычно локализуются на основных частях молекулы, таких, как амины, с образованием стабильных катионов. Пептиды часто ионизируются при помощи протонирования. Протонирование осуществляется при MALDI, ESI и APCI.
Депротонирование – механизм ионизации, при котором отрицательный заряд 1- получается при отрыве протона от молекулы. Такой механизм ионизации обычно осуществляется при MALDI, ESI и APCI и очень полезен для определения кислотных образцов, включая фенолы, карбоновые кислоты и сульфоновые кислоты. Спектр отрицательных ионов сиаловой кислоты показан на рис 1.2.
Катионизация – механизм ионизации, в котором заряженный комплекс образуется при координационном присоединении положительно заряженного иона к нейтральной молекуле. В принципе, пртонирование тоже подпадает под это определение, поэтому катионизацией считается присоединение иона, отличного от протона, например щелочного металла или аммония. Кроме того, катионизация применима к молекулам, которые неспособны к протонированию. Связь катионов, в отличие от протонов, с молекулой менее ковалентна, поэтому заряд остаётся локализован на катионе. Это минимизирует размывание заряда и фрагментацию молекулы. Катионизация также может быть произведена при MALDI, ESI и APCI. Углеводы – лучшие вещества для такого механизма ионизации, с Na+ как обычным присоединённым катионом.
Прямой перенос заряженной молекулы в газовую фазу
Перенос соединений, уже заряженных в растворе, легко достигается при использовании десорбции или выбрасыванием заряженных частиц из конденсированной фазы в газовую. Обычно это осуществляется с использованием MALDI или ESI.
Отрыв электрона
Как видно из названия механизма, отрыв электрона придаёт молекуле 1+ положительный заряд при выбивании электрона, так что при этом часто образуются катион-радикалы. Наблюдаемый, в основном, при электронной ионизации, отрыв электрона обычно применяется для относительно неполярных соединений с низкой молекулярной массой. Также известно, что он часто приводит к образованию значительных количеств фрагментарных ионов.
Захват электрона
При захвате электрона, отрицательный заряд 1- сообщается молекуле при присоединении электрона. Этот механизм ионизации в первую очередь наблюдается для молекул с большим сродством к электрону, таких как галогенсодержащие соединения.
Таблица 1.1. Механизмы ионизации, их преимущества и недостатки.
Механизм ионизации |
Преимущества |
Недостатки |
Протонирование (положительные ионы) |
· многие соединения присоединяют протон с получением заряда · многие способы ионизации, такие, как ESI, APCI, FAB, CI и MALDI производят такие частицы |
· многие соединения нестабильны в протонированной форме (например, углеводы) или с трудом присоединяют протон (например, углеводороды) |
Катионизация (положительные ионы) |
· многие соединения присоединяют катион, такой как Na+ или K+ с получением заряда · многие способы ионизации, такие, как ESI, APCI, FAB и MALDI производят такие частицы |
· опыты тандемной масс-спектрометрии на катионизированных молекулах часто дают очень ограниченную информацию по фрагментации |
Депротонирование (отрицательные ионы) |
· многие полезные вещества в какой-то мере являются кислотами · многие способы ионизации, такие, как ESI, APCI, FAB и MALDI производят такие частицы |
· применимо только для специфических соединений |
Перенос заряженных молекул в газовую фазу (положительные и отрицательные ионы) |
· полезно для соединений, которые уже заряжены · многие способы ионизации, такие, как ESI, APCI, FAB и MALDI производят такие частицы |
· применимо только для уже заряженных частиц |
Отрыв электрона (положительные ионы) |
· наблюдается при электронной ионизации и даёт информацию не только о молекулярной массе, но и информацию о фрагментарных ионах |
· часто производит слишком сильную фрагментацию · может быть непонятно, является ли ион с наибольшей массой молекулярным ионом или же фрагментом |
Захват электрона (отрицательные ионы) |
· наблюдается при электронной ионизации и даёт информацию не только о молекулярной массе, но и информацию о фрагментарных ионах |
· часто производит слишком сильную фрагментацию · может быть непонятно, является ли ион с наибольшей массой молекулярным ионом или же фрагментом |
Способы ионизации
Вплоть до 1980-х электронная ионизация (EI) была основным способом ионизации для анализа масс. Однако EI ограничивала химиков и биохимиков малыми молекулами, масса которых намного ниже массы большинства биоорганических соединений. Это ограничений побудило таких учёных, как Дж. Б. Фенн, К. Танака, Ф. Хилленкамп, М. Карас, Г. Кукс и М. Барбер, разработать новое поколение способов ионизации, включая бомбардировку быстрыми атомами/ионами (FAB), лазерную ионизацию при помощи матрицы (MALDI) и ионизацию электроспрея (таблица 1.2). Эти способы совершили революцию в биомолекулярном анализе, особенно для больших молекул. Среди них, ESI и MALDI стали по-настоящему «избранными», когда дело касается биомолекулярного анализа.
Таблица 1.2.
Способ ионизации |
Аббревиатура |
События |
Ионизация электроспрея |
ESI |
испарение заряженных капель |
Ионизация наноэлектроспрея |
nanoESI | |
Химическая ионизация при атмосферном давлении |
APCI |
коронный разряд и перенос протона |
Лазерная десорбция/ионизация при помощи матрицы |
MALDI |
поглощение фотона/перенос протона |
Десорбция/ионизация на кремнии |
DIOS | |
Бомбардировка быстрыми атомами/ионами |
FAB |
десорбция иона/перенос протона |
Электронная ионизация |
EI |
пучок электронов/перенос электрона |
Химическая ионизация |
CI |
перенос протона |