RU2599330C1 - Method of mass-spectrometric analysis of chemical compounds - Google Patents
Method of mass-spectrometric analysis of chemical compounds Download PDFInfo
- Publication number
- RU2599330C1 RU2599330C1 RU2015120408/28A RU2015120408A RU2599330C1 RU 2599330 C1 RU2599330 C1 RU 2599330C1 RU 2015120408/28 A RU2015120408/28 A RU 2015120408/28A RU 2015120408 A RU2015120408 A RU 2015120408A RU 2599330 C1 RU2599330 C1 RU 2599330C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ionization
- compounds
- chemical compounds
- mass
- laser desorption
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/02—Details
- H01J49/04—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components
- H01J49/0409—Sample holders or containers
- H01J49/0418—Sample holders or containers for laser desorption, e.g. matrix-assisted laser desorption/ionisation [MALDI] plates or surface enhanced laser desorption/ionisation [SELDI] plates
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к методам лазерной десорбции-ионизации и может быть использовано для масс-спектрометрического анализа и идентификации химических соединений в жидких и газообразных пробах. В частности, заявляемый способ может быть использован в аналитической практике для определения состава химических соединений, в медицине и фармакологии для идентификации биологически активных компонентов лекарств, в системах обеспечения безопасности для определения присутствия наркотических и взрывчатых веществ в реальном времени.The invention relates to methods of laser desorption-ionization and can be used for mass spectrometric analysis and identification of chemical compounds in liquid and gaseous samples. In particular, the inventive method can be used in analytical practice to determine the composition of chemical compounds, in medicine and pharmacology to identify biologically active components of drugs, in safety systems for determining the presence of narcotic and explosive substances in real time.
Методы лазерной десорбции-ионизации находят широкое применение в масс-спектрометрическом анализе. Технология лазерной десорбции-ионизации основана на нанесении анализируемой пробы на поверхность подложки и воздействии импульсным лазерным излучением на подложку. В результате такого воздействия в газовой фазе образуются ионы химических соединений, которые детектируются в масс-анализаторе.Laser desorption-ionization methods are widely used in mass spectrometric analysis. Laser desorption-ionization technology is based on applying the analyzed sample to the surface of the substrate and exposure to pulsed laser radiation on the substrate. As a result of this effect, ions of chemical compounds are formed in the gas phase, which are detected in the mass analyzer.
Известен способ матрично активированной лазерной десорбции-ионизации (MALDI). В известном способе кроме анализируемой пробы на поверхность подложки наносят также специальную матрицу, хорошо поглощающую лазерное излучение. Матрица выполняет две основные функции - перевод молекул аналита в газовую фазу и их ионизацию. Воздействие лазерного излучения приводит к импульсному испарению (абляции) матрицы и сокристаллизованного с ней определяемого соединения. Над поверхностью образца формируется область сравнительно высокого давления, в которой и протекают реакции ионизации [Патент США №5118937, кл. G01N 1/00; G01N 27/447; G01N 27/62; G01N 27/64; G01N 30/72; H01J 49/10; H01J 49/16, опубл. 1992 г.].A known method of matrix-activated laser desorption-ionization (MALDI). In the known method, in addition to the analyzed sample, a special matrix is also deposited on the surface of the substrate, which absorbs laser radiation well. The matrix performs two main functions - the translation of analyte molecules into the gas phase and their ionization. The action of laser radiation leads to pulsed evaporation (ablation) of the matrix and the analyte being crystallized with it. A region of relatively high pressure is formed above the surface of the sample, in which ionization reactions proceed [US Patent No. 5118937, class. G01N 1/00; G01N 27/447; G01N 27/62; G01N 27/64; G01N 30/72; H01J 49/10; H01J 49/16, publ. 1992].
Способ применим для определения высокомолекулярных соединений с массой молекул до нескольких сотен тысяч а.е.м. Используется импульсное лазерное излучение с длиной волны 300 нм и выше, в частности лазерное излучение N2-лазера, СО2-лазера, Er-лазера, Er-YAG-лазера. В качестве матриц, поглощающих лазерное излучение, предложено применять бензойную, никотиновую, карбоновые кислоты, их производные, глицерин и ряд других химических соединений.The method is applicable for the determination of high molecular weight compounds with a molecular weight of up to several hundred thousand amu Pulse laser radiation with a wavelength of 300 nm and higher is used, in particular laser radiation of an N 2 laser, a CO 2 laser, an Er laser, an Er-YAG laser. It is proposed to use benzoic, nicotinic, carboxylic acids, their derivatives, glycerin, and a number of other chemical compounds as matrices that absorb laser radiation.
Известный способ ионизации химических соединений обладает следующими недостатками:The known method of ionization of chemical compounds has the following disadvantages:
- способ мало применим для определения химических и биохимических соединений с небольшими молекулярными массами вследствие процессов ионизации и сильной фрагментации молекул матрицы, создающих интенсивный химический шум в диапазоне масс до примерно 600 а.е.м.;- the method is of little use for determining chemical and biochemical compounds with small molecular masses due to ionization processes and strong fragmentation of the matrix molecules that create intense chemical noise in the mass range up to about 600 amu;
- способ позволяет определять лишь качественный состав исследуемых образцов;- the method allows to determine only the qualitative composition of the studied samples;
- органические матрицы, используемые в MALDI, не универсальны. Каждая из них может быть использована для анализа весьма ограниченного числа классов соединений, и, в частности, для подбора матрицы необходимо знать примерный состав исследуемых образцов;- The organic matrices used in MALDI are not universal. Each of them can be used to analyze a very limited number of classes of compounds, and, in particular, to select a matrix, it is necessary to know the approximate composition of the studied samples;
- способ не применим для анализа веществ, находящихся в газообразном или жидком агрегатном состоянии;- the method is not applicable for the analysis of substances in a gaseous or liquid state of aggregation;
- совместная кристаллизация матрицы и анализируемых биохимических соединений, являющаяся необходимым условием известного способа, может изменять физико-химические свойства соединений (которые в своем естественном состоянии существуют в виде растворов), и в ряде случае известный способ может давать неверную информацию об их составе и структуре.- the joint crystallization of the matrix and the analyzed biochemical compounds, which is a necessary condition of the known method, can change the physicochemical properties of the compounds (which in their natural state exist in the form of solutions), and in some cases the known method can give incorrect information about their composition and structure.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является способ масс-спектрометрического определения химических соединений, включающий нанесение молекул химических соединений на поверхность твердотельного материала путем адсорбции или осаждения, лазерную десорбцию-ионизацию путем воздействия на материал импульсным лазерным излучением и детектирование ионов химических соединений в масс-анализаторе [Патент США №6288390, кл. H01J 49/04; H01J 49/16, опубл. 2001 г.].The closest technical solution to the proposed one is the method of mass spectrometric determination of chemical compounds, including the deposition of molecules of chemical compounds on the surface of a solid-state material by adsorption or deposition, laser desorption-ionization by exposing the material to pulsed laser radiation and detecting ions of chemical compounds in a mass analyzer [ U.S. Patent No. 6288390, cl. H01J 49/04; H01J 49/16, publ. 2001].
В способе анализируемый раствор наносят на поверхность подложки, выполненной из пористого кремния. После испарения растворителя подложку с осаженным на ее поверхность аналитом помещают в ионный источник масс-спектрометра и воздействуют импульсным УФ-лазерным излучением, которое полностью поглощается в слое пористого кремния. В результате лазерной десорбции-ионизации в газовой фазе образуются протонированные молекулы аналита, которых детектируются в масс-спектрометре.In the method, the analyzed solution is applied to the surface of a substrate made of porous silicon. After evaporation of the solvent, the substrate with the analyte deposited on its surface is placed in the ion source of the mass spectrometer and exposed to pulsed UV laser radiation, which is completely absorbed in the porous silicon layer. As a result of laser desorption-ionization in the gas phase, protonated analyte molecules are formed, which are detected in a mass spectrometer.
Известный способ ионизации химических соединений характеризуется отсутствием интенсивного химического шума и поэтому позволяет детектировать химические и биохимические соединения с небольшими молекулярными массами. Кроме того, активный слой, выполненный из пористого кремния более универсален, чем матрицы в методе MALDI.The known method of ionization of chemical compounds is characterized by the absence of intense chemical noise and therefore allows the detection of chemical and biochemical compounds with small molecular weights. In addition, the active layer made of porous silicon is more versatile than matrices in the MALDI method.
Недостатком прототипа является отсутствие возможности однозначной идентификации определяемых химических соединений (аналитов) в условиях интерференции (наложения) пиков ионов аналита с пиками ионов подложки или сопутствующих компонентов и/или вследствие фрагментации ионов аналитов.The disadvantage of the prototype is the lack of the possibility of unambiguous identification of the defined chemical compounds (analytes) under the conditions of interference (overlapping) peaks of analyte ions with peaks of substrate ions or related components and / or due to fragmentation of analyte ions.
Задачей изобретения является повышение достоверности и надежности идентификации химических соединений, в частности, за счет выделения в масс-спектре пика, характеризующего молекулярную массу соединения, при снижении концентрации анализируемых соединений.The objective of the invention is to increase the reliability and reliability of identification of chemical compounds, in particular, due to the selection in the mass spectrum of a peak characterizing the molecular weight of the compound, while reducing the concentration of the analyzed compounds.
Указанная задача решается тем, что в способе масс-спектрометрического определения химических соединений, включающем нанесение молекул химических соединений на поверхность твердотельного материала путем адсорбции или осаждения, лазерную десорбцию-ионизацию путем воздействия на материал импульсным лазерным излучением и детектирование ионов химических соединений в масс-анализаторе, лазерную десорбцию-ионизацию ведут в присутствии газа-реагента, выбранного из группы соединений общей формулы CnH2nR, где n=1÷4, R=ОН, CN, I.This problem is solved by the fact that in the method of mass spectrometric determination of chemical compounds, including applying molecules of chemical compounds to the surface of a solid-state material by adsorption or deposition, laser desorption-ionization by exposing the material to pulsed laser radiation and detecting ions of chemical compounds in a mass analyzer, laser desorption-ionization is carried out in the presence of a reagent gas selected from the group of compounds of the general formula C n H 2n R, where n = 1 ÷ 4, R = OH, CN, I.
Предпочтительно использовать поток газа-реагента, направленный на поверхность твердотельного материла.It is preferable to use a reagent gas stream directed to the surface of the solid-state material.
Целесообразно в качестве газа-реагента использовать одно соединение или смесь соединений, таких как спирты, например, метанол, и нитрилы, например, ацетонитрил, а так же изотопно обогащенные соединения, например, дейтерированный метанол или дейтерированный ацетонитрил.It is advisable to use a single compound or a mixture of compounds, such as alcohols, for example methanol, and nitriles, for example acetonitrile, as well as isotopically enriched compounds, for example, deuterated methanol or deuterated acetonitrile, as a reagent gas.
Целесообразно в качестве полупроводникового материала использовать пористые, нанокристаллические или аморфные полупроводниковые материалы, такие как кремний, германий, оксид цинка, оксид титана, селенид кадмия.It is advisable to use porous, nanocrystalline or amorphous semiconductor materials such as silicon, germanium, zinc oxide, titanium oxide, cadmium selenide as a semiconductor material.
Предпочтительно использовать импульсное лазерное излучение с длиной волны, выбранной из условия поглощения его в твердотельном материале, с интенсивностью, меньшей порога плавления твердотельного материала.It is preferable to use pulsed laser radiation with a wavelength selected from the condition of its absorption in the solid-state material, with an intensity lower than the melting threshold of the solid-state material.
Целесообразно лазерную десорбцию-ионизацию в присутствии газа-реагента проводить в вакууме, при значениях давления, создаваемого газом-реагентом, не превышающих 10-4 мм рт.ст. или при атмосферном давлении, а в качестве масс-анализатора использовать масс-спектрометр или спектрометр ионной подвижности.It is advisable to carry out laser desorption-ionization in the presence of a reactant gas in a vacuum, at pressures generated by the reactant gas not exceeding 10 -4 mm Hg. or at atmospheric pressure, and use a mass spectrometer or ion mobility spectrometer as a mass analyzer.
Сущность изобретения заключается в следующем. В процессе лазерной десорбции-ионизации, в частности десорбции-ионизации на поверхности пористого кремния, образуются протонированные молекулы химических соединений, предварительно осажденных из раствора или адсорбированных из газовой фазы. Протонирование является основным каналом ионизации в этих способах и обусловлено лазерно-индуцированным процессом переноса протона. При этом ионизуются только химические соединения с высокими значениями энергии сродства к протону. Воздействие излучением на подложку приводит, кроме того, к ее нагреву и десорбции молекул и ионов аналита. В известных способах образующиеся протонированные молекулы химических соединений (аналитов) сразу направляются и детектируются в масс-анализаторе. В заявляемом способе ионы, образующиеся в процессе лазерной десорбции-ионизации, затем вступают в реакции с молекулами газа-реагента. При взаимодействии протонированных молекул (МН)+ с соединениями, имеющими формулу CnH2n+1R (где n=1÷4, R=ОН, CN, SH, I), такого рода реакции можно записать в виде:The invention consists in the following. In the process of laser desorption-ionization, in particular desorption-ionization on the surface of porous silicon, protonated molecules of chemical compounds are formed, previously precipitated from solution or adsorbed from the gas phase. Protonation is the main ionization channel in these methods and is due to the laser-induced proton transfer process. In this case, only chemical compounds with high values of proton affinity are ionized. The action of radiation on the substrate also leads to its heating and desorption of analyte molecules and ions. In known methods, the resulting protonated molecules of chemical compounds (analytes) are immediately directed and detected in a mass analyzer. In the inventive method, the ions formed in the process of laser desorption-ionization, then react with the molecules of the reactant gas. In the interaction of protonated molecules (MN) + with compounds having the formula C n H 2n + 1 R (where n = 1 ÷ 4, R = OH, CN, SH, I), this kind of reaction can be written in the form:
(МН)++CnH2n+1R→(MCnH2n+1)++HR.(MH) + + C n H 2n + 1 R → (MC n H 2n + 1 ) + + HR.
Например, при воздействии молекулами метанола протекают реакции метилирования:For example, when exposed to methanol molecules, methylation reactions occur:
(МН)++СН3ОН→(МСН3)++H2O.(MH) + + CH 3 OH → (SCH 3 ) + + H 2 O.
В результате, в масс-анализатор вводятся ионы, характеризующие аналит, но имеющие другую массу, чем протонированные молекулы, и обладающие другими химическими свойствами. Такой подход имеет ряд преимуществ по сравнению с известными способами, что иллюстрируют приведенные ниже примеры.As a result, ions characterizing the analyte are introduced into the mass analyzer, but having a different mass than the protonated molecules and having other chemical properties. This approach has several advantages compared to known methods, as illustrated by the examples below.
Вероятность образования ионов (MCnH2n+1)+ при взаимодействии протонированных молекул аналита с молекулами газа-реагента CnH2n+1R уменьшается с ростом величины n, поэтому в качестве газа-реагента целесообразно использовать соединения с низким значением n, а именно, n≤4.The probability of the formation of ions (MC n H 2n + 1 ) + during the interaction of protonated analyte molecules with reagent gas molecules C n H 2n + 1 R decreases with increasing n, so it is advisable to use compounds with a low n value as a reagent gas, and namely, n≤4.
При необходимости обеспечить высокую воспроизводимость результатов анализа лазерную десорбцию-ионизацию химических соединений обычно проводят в условиях вакуума. При этом твердотельный материал находится в вакууме под воздействием десорбирующего лазерного излучения с интенсивностью, меньшей порога его разрушения, что обеспечивает неизменность физико-химического состава поверхности материала, полную десорбцию всех находящихся на его поверхности химических соединений и, следовательно, высокую воспроизводимость результатов анализа. Добавление газа-реагента приводит к увеличению давления, т.е. к ухудшению вакуума. При этом, с одной стороны, увеличение давления, создаваемого газом-реагентом, увеличивает вероятность образования ионов (MCnH2n+1)+ вследствие увеличения числа столкновений протонированных молекул аналита с молекулами газа-реагента, но, с другой стороны, относительно высокое давление ухудшает качество масс-спектров. Кроме того, возможность увеличения давления газа-реагента ограничена производительностью систем откачки, создающих вакуум. Как следствие этих факторов, в условиях вакуума лазерную десорбцию-ионизацию целесообразно вести в присутствии газа-реагента, создающего давление, не превышающее 10-4 мм рт.ст. При значениях, больших 10-4 мм рт.ст., начинает расти уровень шума, ухудшается разрешение по массам и качество масс-спектров, в то время как величина самого пика ионов (MCnH2n+1)+ уже слабо зависит от давления. Для количественного анализа необходимо, чтобы поток газа-реагента оставался постоянным в процессе анализа и при последовательном анализе различных проб.If necessary, to ensure high reproducibility of the analysis results, laser desorption-ionization of chemical compounds is usually carried out in vacuum. In this case, the solid-state material is in vacuum under the influence of stripping laser radiation with an intensity lower than the threshold for its destruction, which ensures the invariance of the physicochemical composition of the surface of the material, complete desorption of all chemical compounds on its surface and, therefore, high reproducibility of the analysis results. The addition of a reactant gas leads to an increase in pressure, i.e. to worsening vacuum. Moreover, on the one hand, an increase in the pressure created by the reactant gas increases the probability of the formation of ions (MC n H 2n + 1 ) + due to an increase in the number of collisions of protonated analyte molecules with the reactant gas molecules, but, on the other hand, a relatively high pressure degrades the quality of the mass spectra. In addition, the possibility of increasing the pressure of the reactant gas is limited by the performance of the vacuum pumping systems. As a consequence of these factors, under vacuum conditions, it is advisable to carry out laser desorption-ionization in the presence of a reagent gas that creates a pressure not exceeding 10 -4 mm Hg. At values greater than 10 -4 mm Hg, the noise level begins to increase, the mass resolution and the quality of the mass spectra deteriorate, while the magnitude of the ion peak itself (MC n H 2n + 1 ) + is already weakly dependent on pressure . For quantitative analysis, it is necessary that the flow of the reactant gas remains constant during the analysis and in the sequential analysis of various samples.
Для качественного анализа лазерную десорбцию-ионизацию химических соединений можно проводить при атмосферном давлении. В этом случае отсутствуют ограничения на величину давления, создаваемого газом-регентом, за исключением тех, которые обусловлены конструкцией ввода пробы в масс-анализатор.For a qualitative analysis, laser desorption-ionization of chemical compounds can be carried out at atmospheric pressure. In this case, there are no restrictions on the magnitude of the pressure generated by the regent gas, with the exception of those due to the design of the sample inlet into the mass analyzer.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема установки для реализации заявляемого способа.In FIG. 1 presents a schematic diagram of an installation for implementing the proposed method.
На фиг. 2 - масс-спектр дифенгидрамина, полученный по прототипу.In FIG. 2 - mass spectrum of diphenhydramine obtained by the prototype.
На фиг. 3 - масс-спектр дифенгидрамина, полученный по заявляемому способу.In FIG. 3 - mass spectrum of diphenhydramine obtained by the present method.
На фиг. 4 - масс-спектр атмосферного воздуха, полученный по заявляемому способу (холостой опыт).In FIG. 4 - mass spectrum of atmospheric air obtained by the present method (blank experiment).
На фиг. 5 - масс-спектр атмосферного воздуха, содержащего пары пирролидина, полученный по заявляемому способу.In FIG. 5 is a mass spectrum of atmospheric air containing pyrrolidine vapors obtained by the present method.
На фиг. 6 - масс-спектр валина и лейцина, полученный по заявляемому способу, в условиях лазерной десорбции-ионизации при атмосферном давлении.In FIG. 6 is a mass spectrum of valine and leucine obtained by the present method, under conditions of laser desorption-ionization at atmospheric pressure.
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
На фиг. 1 представлена общая схема установки для реализации заявляемого способа. Подложка 1 из твердотельного материала с нанесенными на ее поверхность определяемыми соединениями помещается в ионный источник масс-спектрометра с помощью шлюзовой системы быстрой замены эмиттера ионов 2. При анализе летучих соединений последние могут быть нанесены на поверхность подложки путем адсорбции из газовой фазы как в ионном источнике, так и вне его. На поверхность подложки фокусируется излучение импульсного лазера 3. На ускоряющую сетку ионного источника подается высокое напряжение, которое используется для ускорения ионов. Дозированный ввод газа-реагента осуществляется с помощью системы 4, состоящей из капилляра, расположенного в вакуумной камере масс-спектрометра, регулятора потока газа и источника паров газа реагента, расположенных вне прибора.In FIG. 1 presents a General installation diagram for implementing the proposed method. A substrate 1 of a solid-state material with detectable compounds deposited on its surface is placed in the ion source of the mass spectrometer using a gateway system for quickly replacing the
Пример 1.Example 1
В сравнительном примере представлено определение дифенгидрамина в растворе без использования газа-реагента и с его использованием.In a comparative example, the determination of diphenhydramine in a solution without using a reagent gas and using it is presented.
На поверхность подложки из пористого кремния наносят 5 мкл раствора дифенгидрамина (действующего компонента лекарственного препарата «димедрол») в воде с концентрацией 1 мкМ. Нанесенный раствор высушивают в атмосфере воздуха, после чего подложку из пористого кремния помещают в ионный источник линейного времяпролетного масс-анализатора. Остаточное давление газа (воздуха) в ионном источнике составляет 5×10-7 мм рт.ст. На поверхность подложки с нанесенным веществом воздействуют излучением азотного лазера (длина волны лазерного излучения 337 нм) с частотой повторения лазерных импульсов 1 Гц, длительность лазерного импульса 3 нс. Интенсивность лазерного излучения выбирают равную 30 мДж/см2. Регистрацию ионов проводят в положительной ионизационной моде. В результате получают масс-спектр в области протонированных молекул, приведенный на фиг. 2. Видно, что в масс-спектре присутствует пик, соответствующий протонированным молекулам дифенгидрамина с отношением масс к заряду m/z 256 (структура ионов приведена на фиг. 2), однако амплитуда (или площадь) пика мала и примерно соответствует порогу обнаружения. При меньших концентрациях аналита в анализируемой пробе данный пик не регистрируется.On the surface of a porous silicon substrate, 5 μl of a solution of diphenhydramine (the active ingredient of the drug "diphenhydramine) in water with a concentration of 1 μM is applied. The applied solution is dried in an atmosphere of air, after which a porous silicon substrate is placed in the ion source of a linear time-of-flight mass analyzer. The residual pressure of the gas (air) in the ion source is 5 × 10 -7 mm Hg. The surface of the substrate with the deposited substance is exposed to radiation from a nitrogen laser (laser wavelength 337 nm) with a laser pulse repetition rate of 1 Hz, and a laser pulse duration of 3 ns. The intensity of the laser radiation is chosen equal to 30 mJ / cm 2 . The registration of ions is carried out in a positive ionization mode. The result is a mass spectrum in the region of protonated molecules shown in FIG. 2. It is seen that in the mass spectrum there is a peak corresponding to protonated diphenhydramine molecules with a mass to charge ratio of m / z 256 (the ion structure is shown in Fig. 2), however, the amplitude (or area) of the peak is small and approximately corresponds to the detection threshold. At lower analyte concentrations in the analyzed sample, this peak is not recorded.
Затем на поверхность подложки направляют поток паров метанола, которые создают давление 2×10-5 мм рт.ст., фокусируют излучение азотного лазера на другой участок поверхности подложки с нанесенным аналитом и регистрируют новый масс-спектр. Полученный масс-спектр приведен на фиг. 3. Видно, что в масс-спектре регистрируется новый пик с m/z 270, который соответствует метилированным молекулам дифенгидрамина (структура ионов приведена на фиг. 3). Амплитуда пика превышает фоновый сигнал более чем в 20 раз. Молекулярную массу соединения определяют из измеренного значения m/z как величину, равную (m/z-15).Then, a stream of methanol vapor is directed onto the surface of the substrate, which creates a pressure of 2 × 10 −5 mm Hg, the radiation of a nitrogen laser is focused on another part of the surface of the substrate coated with analyte, and a new mass spectrum is recorded. The resulting mass spectrum is shown in FIG. 3. It can be seen that a new peak with m /
Пример 2.Example 2
В примере представлено определение пирролидина в воздухе.The example presents the determination of pyrrolidine in air.
Подложку аморфного кремния, полученного стандартным методом радиочастотного распыления, выдерживают в воздухе лаборатории в течение 30 секунд и помещают в ионный источник линейного времяпролетного масс-спектрометра. На поверхность аморфного кремния с помощью линзы фокусируют лазерный пучок Nd:YAG лазера с длиной волны 355 нм (третья гармоника основного излучения). Частота повторения лазерных импульсов 50 Гц, длительность лазерного импульса 0,5 нс. Интенсивность лазерного излучения выбирают равную 25 мДж/см2. Для регистрации ионов используют положительную ионизационную моду. Затем на поверхность подложки направляют поток паров ацетонитрила и этанола. Давление, создаваемое парами ацетонитрила и этанола, составляет 1×10-4 мм рт.ст. В результате получают масс-спектр в холостом опыте, изображенный на фиг. 4.The substrate of amorphous silicon obtained by the standard method of radio frequency sputtering is kept in the laboratory air for 30 seconds and placed in the ion source of a linear time-of-flight mass spectrometer. A laser beam of a Nd: YAG laser with a wavelength of 355 nm (the third harmonic of the main radiation) is focused on the surface of amorphous silicon using a lens. The laser pulse repetition rate is 50 Hz, and the laser pulse duration is 0.5 ns. The intensity of the laser radiation is chosen equal to 25 mJ / cm 2 . For registration of ions using a positive ionization mode. Then, a vapor stream of acetonitrile and ethanol is directed onto the surface of the substrate. The pressure created by the pairs of acetonitrile and ethanol is 1 × 10 -4 mm Hg. The result is a blank mass spectrum as depicted in FIG. four.
Затем подложку аморфного кремния помещают в ту же атмосферу, но дополнительно содержащую пары пирролидина с концентрацией 10 ppb. Подложку выдерживают в атмосфере в течение 30 секунд и помещают в ионный источник времяпролетного масс-спектрометра. Затем в ионный источник подают пары ацетонитрила и этанола. Давление, создаваемое парами ацетонитрила и этанола, составляет 1×10-4 мм рт.ст. Для лазерной-десорбции ионизации используют те же параметры лазера, как и в холостом опыте. В результате получают масс-спектр, изображенный на фиг. 5.Then, the amorphous silicon substrate is placed in the same atmosphere, but additionally containing pyrrolidine vapors with a concentration of 10 ppb. The substrate is kept in the atmosphere for 30 seconds and placed in the ion source of a time-of-flight mass spectrometer. Then pairs of acetonitrile and ethanol are fed into the ion source. The pressure created by the pairs of acetonitrile and ethanol is 1 × 10 -4 mm Hg. For laser desorption of ionization, the same laser parameters are used as in the blank experiment. As a result, the mass spectrum shown in FIG. 5.
Из данных фиг. 4 видно, что в холостом опыте в масс-спектре присутствует ряд пиков, которые могут мешать определению и идентификации аналитов. В частности, в масс-спектре регистрируется пик с m/z 72, который интерферирует с пиком протонированного пирролидина (фиг. 5) и, следовательно, искажает метрологические результаты анализа. Однако при использовании потока паров ацетонитрила и этанола на подложку в масс-спектре регистрируются наряду с пиком протонированного пирролидина также два пика, соответствующих метилированным (М+СН3)+ и этилированным (М+С2Н5)+ ионам пирролидина. Эти пики находятся в области масс-спектра, свободной от интерференции.From the data of FIG. Figure 4 shows that in a blank experiment, a number of peaks are present in the mass spectrum that can interfere with the determination and identification of analytes. In particular, a peak with m / z 72 is recorded in the mass spectrum, which interferes with the peak of protonated pyrrolidine (Fig. 5) and, therefore, distorts the metrological results of the analysis. However, when using a vapor flow of acetonitrile and ethanol on a substrate, two peaks corresponding to methylated (M + CH 3 ) + and ethylated (M + C 2 H 5 ) + pyrrolidine ions are recorded in the mass spectrum along with the protonated pyrrolidine vapor. These peaks are in the area of the mass spectrum, free from interference.
Пример 3.Example 3
В примере представлено одновременное определение валина и лейцина в растворе.The example presents the simultaneous determination of valine and leucine in solution.
На поверхность подложки из нанокристаллического оксида цинка ZnO наносят 2 мкл водного раствора, содержащего аминокислоты валин (V) и лейцин (L) с концентрациями 10 мкМ. После испарения растворителя подложку помещают на расстоянии 2 см от заборного устройства масс анализатора. На поверхность подложки с нанесенным веществом воздействуют излучением азотного лазера (длина волны лазерного излучения 337 нм) с частотой повторения лазерных импульсов 5 Гц, длительность лазерного импульса 3 нс. Интенсивность лазерного излучения выбирают равную 40 мДж/см2. Лазерную десорбцию-ионизацию проводят при атмосферном давлении. На поверхность подложки направляют поток паров дейтерированного йодистого метила CD3I. Плотность потока CD3I (количество вещества, попадающего на единицу поверхности в единицу времени) составляет 0.1 мкг/(см2×сек). В качестве масс-анализатора используют комбинацию квадруполь-времяпролетный масс-спектрометр, в которой транспортировка ионов в вакуумную камеру из области ионизации проводится через высокочастотный газонаполненный транспортный квадруполь, а детектирование ионов проводится при помощи времяпролетного рефлектрона. В результате регистрируют масс-спектр, изображенный на фиг. 6.On the surface of a nanocrystalline zinc oxide ZnO substrate, 2 μl of an aqueous solution containing amino acids valine (V) and leucine (L) with concentrations of 10 μM is applied. After evaporation of the solvent, the substrate is placed at a distance of 2 cm from the intake mass analyzer device. The surface of the substrate with the deposited substance is exposed to the radiation of a nitrogen laser (laser wavelength 337 nm) with a laser pulse repetition rate of 5 Hz, and a laser pulse duration of 3 ns. The intensity of the laser radiation is chosen equal to 40 mJ / cm 2 . Laser desorption-ionization is carried out at atmospheric pressure. On the surface of the substrate is directed vapor stream deuterated iodomethane CD 3 I. flux density CD 3 I (of the substance into per unit surface area per unit time) is 0.1 mg / (cm 2 × s). A quadrupole-time-of-flight mass spectrometer is used as a mass analyzer, in which ions are transported to the vacuum chamber from the ionization region through a high-frequency gas-filled transport quadrupole, and ions are detected using a time-of-flight reflectron. As a result, the mass spectrum depicted in FIG. 6.
Валин и лейцин являются гомологами, поэтому пик метилированного валина интерферирует с пиком протонированного лейцина. Для того чтобы избежать интерференции при одновременном определении гомологов, в качестве газа-реагента целесообразно использовать изотопно обогащенные соединения. Из данных фиг. 6 видно, что при использовании дейтерированного йодистого метила, в масс-спектре регистрируются пики аналитов (M+CD3)+, которые не интерферируют с пиками протонированных молекул, что позволяет избежать ошибок при определении и идентификации определяемых соединений.Valine and leucine are homologues; therefore, the peak of methylated valine interferes with the peak of protonated leucine. In order to avoid interference while simultaneously determining homologues, it is advisable to use isotopically enriched compounds as a reagent gas. From the data of FIG. Figure 6 shows that when using deuterated methyl iodide, peaks of analytes (M + CD 3 ) + are recorded in the mass spectrum that do not interfere with the peaks of protonated molecules, which avoids errors in the determination and identification of the compounds being determined.
Присутствие в масс-спектре пика, характеризующего молекулярную массу химического соединения, является важным фактором при определении и идентификации соединения, поскольку позволяет установить его брутто-формулу. Одним из мешающих факторов при определении ряда соединений является сильная фрагментация образующихся ионов аналита. Например, протонированный дифенгидрамин, образующийся в условиях лазерной десорбции-ионизации на поверхности пористого кремния (по способу прототипа), является неустойчивым соединением, которое фрагментирует с образованием низкомолекулярных, и поэтому малоинформативных ионов. Степень фрагментации (отношения числа фрагментных ионов к общему числу ионов соединения) составляет примерно 95%. В свою очередь, ион метилированного дифенгидрамина, образующийся по заявляемому способу (пример 1), является устойчивым соединением и не фрагментирует в условиях лазерной десорбции-ионизации. Столь существенная разница в устойчивости обусловлена следующим: дифенгидрамин, как и целый ряд других лекарственных препаратов, содержит концевую аминогруппу. Соединения таких химических классов, как дифенгидрамин, при присоединении протону стабилизируют свою структуру путем частичного переноса протона к электроотрицательному атому кислорода. Такой перенос заряда приводит к ослаблению связи кислород-углерод и значительному понижению энергии ее диссоциации, что, в свою очередь, приводит к интенсивной фрагментации в условиях лазерной десорбции-ионизации. В свою очередь, при замещении в аминогруппе водорода на метил (т.е. в результате метилирования) процесс переноса протона невозможен. Поэтому метилированный дифенгидрамин, а также аналогичные соединения, не распадается в условиях лазерной десорбции-ионизации. Таким образом, использование заявляемого способа позволяет повысить достоверность идентификации дифенгидрамина при анализе растворов с концентрациями этого соединения менее 1 мкМ.The presence in the mass spectrum of a peak characterizing the molecular weight of a chemical compound is an important factor in the determination and identification of the compound, since it allows us to establish its gross formula. One of the interfering factors in determining a number of compounds is the strong fragmentation of the resulting analyte ions. For example, protonated diphenhydramine formed under conditions of laser desorption-ionization on the surface of porous silicon (according to the prototype method) is an unstable compound that fragmentes with the formation of low molecular weight, and therefore uninformative, ions. The degree of fragmentation (the ratio of the number of fragment ions to the total number of ions of a compound) is approximately 95%. In turn, the methylated diphenhydramine ion formed by the claimed method (Example 1) is a stable compound and does not fragment under conditions of laser desorption-ionization. Such a significant difference in resistance is due to the following: diphenhydramine, like a number of other drugs, contains a terminal amino group. Compounds of chemical classes such as diphenhydramine, when attached to a proton, stabilize their structure by partial proton transfer to the electronegative oxygen atom. Such charge transfer leads to a weakening of the oxygen – carbon bond and a significant decrease in the energy of its dissociation, which, in turn, leads to intense fragmentation under conditions of laser desorption – ionization. In turn, when substituting hydrogen in the amino group for methyl (i.e., as a result of methylation), proton transfer is not possible. Therefore, methylated diphenhydramine, as well as similar compounds, does not decompose under conditions of laser desorption-ionization. Thus, the use of the proposed method can improve the reliability of identification of diphenhydramine in the analysis of solutions with concentrations of this compound less than 1 μm.
Другим мешающим фактором является интерференция ионов аналита с пиками ионов подложки и/или сопутствующих компонентов пробы, имеющих такое же значение m/z, как и ионы аналита. Использование заявляемого способа позволяет смещать пик, характеризующий молекулярную массу определяемого соединения, в область, свободную от интерференционных наложений, тем самым обеспечивая достоверность анализа. Следует отметить, что используемые в заявляемом способе газы-реагенты имеют низкое значение энергии сродства к протону и поэтому не ионизуются в условиях лазерной десорбции-ионизации и не мешают анализу. Исследования также показали, что при постоянных условиях анализа величина выхода ионов вида (MCnH2n+1)+ остается постоянной, что позволяет проводить количественные измерения.Another interfering factor is the interference of analyte ions with peaks of the substrate ions and / or associated sample components having the same m / z value as the analyte ions. Using the proposed method allows you to shift the peak characterizing the molecular weight of the analyte to a region free of interference, thereby ensuring the reliability of the analysis. It should be noted that the reagent gases used in the inventive method have a low proton affinity energy and therefore do not ionize under conditions of laser desorption-ionization and do not interfere with analysis. Studies have also shown that under constant analysis conditions, the yield of ions of the form (MC n H 2n + 1 ) + remains constant, which allows quantitative measurements.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015120408/28A RU2599330C1 (en) | 2015-05-29 | 2015-05-29 | Method of mass-spectrometric analysis of chemical compounds |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015120408/28A RU2599330C1 (en) | 2015-05-29 | 2015-05-29 | Method of mass-spectrometric analysis of chemical compounds |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2599330C1 true RU2599330C1 (en) | 2016-10-10 |
Family
ID=57127724
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015120408/28A RU2599330C1 (en) | 2015-05-29 | 2015-05-29 | Method of mass-spectrometric analysis of chemical compounds |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2599330C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2732250C1 (en) * | 2019-07-30 | 2020-09-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Ленина и Ордена Октябрьской революции Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) | Method of determining chemical compounds belonging to group of thiuram disulphides |
US11574801B1 (en) * | 2019-05-31 | 2023-02-07 | Dh Technologies Development Pte. Ltd. | Methods and systems for mass spectrometry analysis utilizing hydrogen-deuterium exchange |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6288390B1 (en) * | 1999-03-09 | 2001-09-11 | Scripps Research Institute | Desorption/ionization of analytes from porous light-absorbing semiconductor |
RU2285253C1 (en) * | 2005-12-28 | 2006-10-10 | Сергей Сергеевич Алимпиев | Method of de-sorption/ionization of chemical compounds |
US20100301199A1 (en) * | 2009-05-29 | 2010-12-02 | Academia Sinica | Ultrasound ionization mass spectrometer |
US20110287550A1 (en) * | 2010-05-24 | 2011-11-24 | National Sun Yat-Sen University | Method for continuously monitoring solution-phase synthesis of oligonucleotide |
RU2531762C1 (en) * | 2013-05-14 | 2014-10-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии" | Method of determining metals and metal complexes |
-
2015
- 2015-05-29 RU RU2015120408/28A patent/RU2599330C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6288390B1 (en) * | 1999-03-09 | 2001-09-11 | Scripps Research Institute | Desorption/ionization of analytes from porous light-absorbing semiconductor |
RU2285253C1 (en) * | 2005-12-28 | 2006-10-10 | Сергей Сергеевич Алимпиев | Method of de-sorption/ionization of chemical compounds |
US20100301199A1 (en) * | 2009-05-29 | 2010-12-02 | Academia Sinica | Ultrasound ionization mass spectrometer |
US20110287550A1 (en) * | 2010-05-24 | 2011-11-24 | National Sun Yat-Sen University | Method for continuously monitoring solution-phase synthesis of oligonucleotide |
RU2531762C1 (en) * | 2013-05-14 | 2014-10-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии" | Method of determining metals and metal complexes |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11574801B1 (en) * | 2019-05-31 | 2023-02-07 | Dh Technologies Development Pte. Ltd. | Methods and systems for mass spectrometry analysis utilizing hydrogen-deuterium exchange |
RU2732250C1 (en) * | 2019-07-30 | 2020-09-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Ленина и Ордена Октябрьской революции Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) | Method of determining chemical compounds belonging to group of thiuram disulphides |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bahr et al. | Analysis of biopolymers by matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) mass spectrometry | |
JP4754831B2 (en) | Method for increasing ionization efficiency of mass spectrometry | |
Nudnova et al. | Active capillary plasma source for ambient mass spectrometry | |
Carvalho et al. | Qualitative analysis of designer drugs by paper spray ionisation mass spectrometry (PSI-MS) | |
US7855357B2 (en) | Apparatus and method for ion calibrant introduction | |
Zaytsev et al. | Using collision-induced dissociation to constrain sensitivity of ammonia chemical ionization mass spectrometry (NH 4+ CIMS) to oxygenated volatile organic compounds | |
US20050061964A1 (en) | Apparatus for detecting chemical substances and method therefor | |
CN112858459B (en) | Matrix sample preparation method and matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry analysis method | |
US6930305B2 (en) | Method and system for high-throughput quantitation of small molecules using laser desorption and multiple-reaction-monitoring | |
GB2420007A (en) | Mass spectrometer protein profiles with atmospheric pressure ionisation | |
EP1741120A2 (en) | Method and system for desorption electrospray ionization | |
JP2005521874A5 (en) | ||
US7737395B2 (en) | Apparatuses, methods and compositions for ionization of samples and mass calibrants | |
US7388194B2 (en) | Method and system for high-throughput quantitation using laser desorption and multiple-reaction-monitoring | |
RU2285253C1 (en) | Method of de-sorption/ionization of chemical compounds | |
RU2599330C1 (en) | Method of mass-spectrometric analysis of chemical compounds | |
US7271397B2 (en) | Combined chemical/biological agent detection system and method utilizing mass spectrometry | |
US11798796B2 (en) | Preconcentrating of environmental contaminant analytes for ambient ionization mass spectrometry | |
Grechnikov et al. | Investigation of thin ZnO layers in view of laser desorption-ionization | |
EP1394537A4 (en) | Device and method for detecting trace amounts of organic components | |
Dubois et al. | On the mechanism and control of salt-induced resolution loss in matrix-assisted laser desorption/ionization | |
Niessen | A review of direct liquid introduction interfacing for LC/MS Part II: Mass spectrometry and applications | |
CN116539743B (en) | Method for detecting specific N-nitroso compound in betel nut | |
KR101689254B1 (en) | Method for obtaining mass spectrum of ions generated at constant temperature by measuring total ion count, and use of matrix for quantitative analysis using maldi mass spectrometry | |
Grechnikov | Analytical capabilities of surface-assisted laser desorption/ionization in the determination of low-molecular-weight volatile compounds |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HE4A | Change of address of a patent owner | ||
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20170901 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20190306 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |