Материал: Методы ионизации в МС

растворителей, относительных концентраций матрицы и аналита, и занимает значительное время.

Табл.2. Наиболее широко используемые в МАЛДИ матрицы

После помещения мишени с сокристаллизовавшимися матрицей и исследуемы веществом в прибор и откачки системы до низкого давления, мишень облучается лазером (рис. 6). Высокая плотность энергии в точке облучения приводит к взрывному испарению матрицы, включающей следы анализируемого соединения, в результате которого над мишенью образуется облако ионов и незаряженных частиц с начальными скоростями от 400 до 800 м/с. Преобладающие в облаке нейтральные частицы удаляются турбомолекулярными насосами, а образовавшиеся ионы вытягиваются с помощью разницы потенциалов между мишенью и фокусирующими линзами в масс-анализатор, в результате чего регистрируется масс-спектр (рис.7). Физические и химически процессы, происходящие при испарении матрицы и исследуемого вещества с мишени,до конца не изучены, однако сообщаемая при этом молекулам анализируемого соединения энергия столь мала, что процессы фрагментации практически не происходят, а сам метод ионизации относится к «мягким». Поскольку матрицы обычно представляют собой

16

органические кислоты, в условиях МАЛДИ они протонируют молекулы аналитов, в результате чего образуются псевдомолекулярные ионы [MH]+. Во многих случаях более интенсивные масс-спектры МАЛДИ регистрируются, если при облучении лазером происходит их катионизация. Для этого в матрицу добавляют специальные соли (соли щелочных металлов, серебра, меди и др.) или другие допирующие агенты. В качестве допантов довольно эффективными оказались, например, ферроцен, никелецен и кобальтоцен, которые в случае полистирола и полиэтиленгликоля способны передавать катион металла молекуле полимера, в результате чего резко возрастает интенсивность пиков катионизированных молекул в спектрах МАЛДИ. Нужно отметить, что в тех случаях, когда допанты не добавляются специально, в масс-спектрах МАЛДИ наблюдаются пики катионизированных ионов. Катионизация в этом случае происходит за счет незначительных количеств ионов щелочных металлов экстрагируемых растворителями из стеклянной посуды.

Рис. 6. Принципиальная схема масс-спектрометра МАЛДИ с времяпролетным масс-анализатором.

Важнейшим достоинством масс-спектрометрии на основе МАЛДИ является возможность анализа высокомолекулярных соединений, с молекулярными массами вплоть до нескольких миллионов Дальтон (Да), регистрация которых обеспечивается времяпролетными масс-анализаторами. Метод МАЛДИ используется для анализа синтетических полимеров,

17

биологических молекул, в том числе полипептидов, для получения изображения поверхностей, что позволяет наблюдать, например, распределение биомаркеров в тканях при диагностике различных заболеваний. Он может применяться также для анализа тонкослойных хроматограмм или двумерного гель-электрофореза. К достоинствам метода относится также высокая чувствительность, экспрессность, относительная простота устройства и обслуживания прибора. Неудобством является необходимость подбора матрицы и оптимизации условий пробоподготовки. Остается открытым вопрос и о возможности количественного определения веществ.

Рис.7. Масс-спектр МАЛДИ полиэтиленгликоля (Mn=1000). Вопросы для самоконтроля:

1.К какому типу (мягкая, жесткая) ионизации относится МАЛДИ?

2.Можно ли использовать в качестве матрицы нафталин? Уксусную кислоту? 3-Гидроксибензойную кислоту?

18

3.Возможно ли исследование методом МАЛДИ труднолетучих соединений?

4.Каким образом должен выглядеть масс-спектр МАЛДИ тетрадекана? Можно ли повысить эффективность ионизации этого соединения в условиях МАЛДИ добавкой катионизирующего агента?

5. Ионизация электрораспылением (ИЭР, ИЭР) .

Метод ионизации электрораспылением (electrospray ionization), в отличии от других масс-спектральных методов, основан не на предварительной ионизации анализируемых молекул, а на экстракции из растворов уже существующих ионов и заряженных комплексов, образующихся в результате взаимодействия молекул исследуемого вещества с растворителем и находящимися в нем солями или другими ионными соединениями. Электрораспыление включает три основные стадии: 1) собственно распыление, которое сопровождается образованием маленьких высокозаряженных капель; 2) десорбцию ионов из этих капель в виде продуктов присоединения катионов к анализируемой молекуле или отщепления протона; 3) формирование в масс-спектрометре ионного пучка для анализа.

На практике эти процессы протекают следующим образом. Раствор образца в полярном растворителе с постоянной скоростью подают по металлическому, кварцевому или стеклянному капилляру малого диаметра в камеру. Между торцом капилляра (внутренний диаметр 0,1-0,3 мм) и входной капиллярной трубкой, соединенной с масс-спектрометром, создается разность потенциалов порядка 3-5 кВ. Благодаря этому раствор, выходящий из первого капилляра со скоростью 1-5 мкл/мин, превращается в заряженные микрокапли. Последние приобретают конусообразную форму, причем с их поверхности происходит быстрое газокинетическое испарение растворителя. Часть микрокапель несет избыток положительного заряда (в результате протонирования или присоединения катионов), а часть – отрицательного (в

19

результате депротонирования или присоединения аниона), хотя раствор в целом электронейтрален. При атмосферном давлении капли сталкиваются с нейтральными молекулами газа, испаряются и распадаются с выделением ионов из ионных кластеров. Эти ионы далее и подаются в масс-анализатор масс-спектрометра. В зависимости от полярности электродов, обеспечивающих электрораспыление, в масс-спектрометр могут подаваться ионы той или иной полярности. Схема электрораспыления/ионизации приведена на рис. 8.

Итак, при ИЭР положительно заряженные ионы образуются вследствие присоединения Н+, K+, Na+ или других катионов к молекуле, а отрицательно заряженные ионы – при отщеплении протона или присоединении аниона. Очень важной особенностью ИЭР является образование многозарядных ионов вследствие присоединения нескольких катионов (или анионов) к исследуемой молекуле. Это обстоятельство является весьма удобным, так как величина m/nz (где n – заряд иона) может оказаться в пределах области значений, измеряемых обычными масс-спектрометрами. Например, пятизарядный ион, образованный в ходе присоединения пяти катионов к молекуле с молекулярной массой 50000, проявляется в масс-спектре при значении m/z 10000.

20