고속 원자 폭격

Fast atom bombardment
질량 분석계용 고속 원자 충격 이온원의 개략도.

고속원자폭격(FAB)은 고에너지 원자의 빔이 표면에 부딪혀 [1][2][3]이온을 생성하는 질량분석에 사용되는 이온화 기술이다.그것은 1980년 [4]맨체스터 대학의 마이클 바버에 의해 개발되었다.원자 대신 고에너지 이온 빔을 사용하는 경우(2차 이온 질량 분석에서와 같이) 방법은 액체 2차 이온 질량 분석(LSIMS)[5][6][7]으로 알려져 있습니다.FAB와 LSIMS에서는 분석 대상이 되는 물질이 매트릭스라고 불리는 비휘발성 화학물질 보호 환경과 혼합되어 진공 상태에서 고에너지(4000~10,000전자볼트)의 원자 빔으로 폭격된다.원자는 일반적으로 아르곤이나 제논과 같은 불활성 기체에서 나온다.일반적인 매트릭스는 글리세롤, 티오글리세롤, 3-니트로벤질알코올(3-NBA), 18-크라운-6 에테르, 2-니트로페닐옥틸 에테르, 술폴란, 디에탄올아민 및 트리에탄올아민을 포함한다.이 기술은 이차 이온 질량 분석 및 플라즈마 탈착 질량 분석과 유사합니다.

이온화 메커니즘

빠른 원자폭격 과정의 도식입니다.

FAB는 비교적 낮은 단편화(연성) 이온화 기법으로, 주로 [M ++ H]로 표시된 온전한 양성자화 분자와 [M - H]−와 같은 탈양성자화 분자를 생성한다.래디칼 양이온은 드문 경우 FAB 스펙트럼에서도 관찰될 수 있다.FAB는 SIMS의 개량판으로 설계되어 프라이머리 빔이 샘플에 더 이상 악영향을 미치지 않게 되었습니다.두 기술의 주요 차이점은 사용된 1차 빔의 성질의 차이입니다. 이온 대 [8]원자입니다.LSIMS, 세슘, Cs+ 이온은 1차 빔을 구성하고 FAB는 1차 빔은 Xe 또는 Ar [8]원자로 구성됩니다.Xe 원자는 더 큰 질량과 더 많은 운동량으로 인해 아르곤 원자보다 더 민감한 경향이 있기 때문에 사용된다.FAB에 의해 이온화되는 분자는 우선 전자충돌에 의해 느리게 움직이는 원자(Xe 또는 Ar)를 이온화한다.천천히 움직이는 원자는 이온화되고 일정한 전위까지 가속되며, 그곳에서 빠르게 움직이는 이온으로 발전하고, 고역 에너지 [8]원자의 흐름을 만드는 과도한 천연 가스 원자의 밀집된 구름 속에서 중성화 됩니다.시료의 이온화 방법에 대한 정확한 메커니즘은 아직 완전히 밝혀지지 않았지만, 이온화 메커니즘의 특성은 매트릭스 지원 레이저 탈착/이온화([11]MALDI)[9][10] 및 화학적 이온화와 유사합니다.

매트릭스 및 샘플 소개

앞서 설명한 바와 같이 FAB에서는 샘플을 비휘발성 환경(매트릭스)과 혼합하여 분석합니다.FAB는 시료와 혼합된 액체 매트릭스를 사용하여 지속되는 시료 이온 전류를 제공하고, 1차 빔의 충격을 흡수하여 시료에 가해지는 손상을 줄이며, 시료 분자의 [8]응집 상태를 유지한다.액체 매트릭스는 다른 매트릭스와 마찬가지로 샘플 이온화를 촉진하는 매개체를 제공합니다.이런 유형의 이온화에 대해 가장 널리 받아들여지는 매트릭스는 글리세롤이다.매트릭스는 샘플(분석물) 이온의 단편화 정도에도 영향을 미칠 수 있기 때문에 샘플에 적합한 매트릭스를 선택하는 것이 중요합니다.샘플을 FAB 분석에 도입할 수 있습니다.샘플-매트릭스 혼합물을 도입하는 일반적인 방법은 삽입 프로브를 사용하는 것입니다.시료-매트릭스 혼합물은 프로브의 스테인리스강 시료 표적에 로드되며, 이 표적은 진공 잠금을 통해 이온원에 배치됩니다.샘플을 도입하는 다른 방법은 연속 흐름 고속 원자 폭격(CF)-FAB라고 하는 장치를 사용하는 것입니다.

연속 흐름 고속 원자 충격

연속유속원자폭격(CF-FAB)에서는 시료를 소경 [12]모세관을 통해 질량분석계 삽입 프로브에 도입한다. (CF)-FAB는 매트릭스 배경의 초과로 인한 검출 감도 저하 문제를 최소화하기 위해 개발되었으며, 이는 높은 매트릭스 대 샘플 [8]비율을 초래한다.프로브의 액체를 분산시키기 위해 금속 프리트를 사용하는 경우, 이 기법을 프리트 [13][14]FAB라고 합니다.샘플은 흐름 주입, 미세 투석 또는 액체 크로마토그래피와 [15]결합하여 도입할 수 있습니다.일반적으로 유량은 1 ~20μL/[13]min입니다.CF-FAB는 정적[16] FAB에 비해 감도가 높다

적용들

4극 검출기 및 FAB/EI 소스를 갖춘 ThermoQuest AvantGarde MS.

이 FAB의 실용적 적용의 첫 번째 예는 올리고펩타이드 에프라펩틴 D의 아미노산 배열에 대한 설명이었다.여기에는 다양한 매우 특이한 아미노산 [17]잔류물이 포함되어 있었다.순서는 N-아세틸-L-ip-AIB-L-pip-AIB-L-leu-ala-gly-AIB-L-pip-AIB-gly-L-le-IV-IB로 나타났다.이것은 미토콘드리아 ATP효소 활성의 강력한 억제제이다.FAB의 또 다른 응용 분야에는 응축상 시료의 분석을 위한 원래의 용도가 포함된다.FAB는 5000Da 미만 시료의 분자량 측정과 구조 특성 측정에 사용할 수 있습니다.FAB는 데이터 분석을 위해 4극 질량 분석기, 액체 크로마토그래피-질량 분석기 등과 같은 다양한 질량 분석기와 쌍을 이룰 수 있다.

무기 분석

1983년에 [18]칼슘의 동위원소를 분석하기 위해 고속 원자 충격 질량 분석법(FAB-MS)을 사용하는 것을 설명하는 논문이 발표되었습니다.글리세롤은 사용되지 않았으며, 수용액에 있는 검체는 분석 전에 검체 타겟에 침전된 후 건조되었다.이 기법은 중성 1차 빔을 이용한 2차 이온 질량 분석법이었다.이는 필수 광물의 영양과 대사를 연구하는 생물의학 연구자들에게는 환영할 만한 발전이었지만 열 이온화 질량 분석 또는 유도 결합 플라스마 질량 분석(ICP-MS)과 같은 무기 질량 분석 기구에 대한 접근성이 부족했다.이와는 대조적으로 FAB 질량 분석기는 생물의학 연구기관에서 널리 발견되었다.여러 실험실에서 칼슘, 철, 마그네슘 및 [19]아연의 동위원소 추적기 연구에서 FAB-MS를 사용하여 동위원소 비율을 측정하는 이 기술을 채택했다.금속 분석에서는 질량 분석기를 최소한으로 수정해야 했다. 예를 들어 스테인리스강 [20]구성 요소의 이온화 배경을 제거하기 위해 스테인리스강 샘플 대상을 순은으로 대체해야 했다.신호 획득 시스템은 때때로 스캔 대신 피크 점프를 수행하고 이온 계수 [21]검출을 수행하도록 수정되었습니다.FAB-MS로 만족할 만한 정밀도와 정확도를 달성했지만, 이 기술은 부분적으로 자동 샘플링 [19]옵션이 없기 때문에 샘플 처리율이 매우 낮아서 노동 집약적이었습니다.2000년대 초까지 이러한 심각한 샘플링 속도 제한으로 인해 광물 동위원소 분석을 위한 FAB-MS 사용자는 기존의 무기질량분석기(일반적으로 ICP-MS)로 전환하게 되었으며, 이 때 가격 및 동위원소 비율 분석 성능도 개선되었다.

레퍼런스

  1. ^ Morris HR, Panico M, Barber M, Bordoli RS, Sedgwick RD, Tyler A (1981). "Fast atom bombardment: a new mass spectrometric method for peptide sequence analysis". Biochem. Biophys. Res. Commun. 101 (2): 623–31. doi:10.1016/0006-291X(81)91304-8. PMID 7306100.
  2. ^ Barber, Michael; Bordoli, Robert S.; Elliott, Gerard J.; Sedgwick, R. Donald; Tyler, Andrew N. (1982). "Fast Atom Bombardment Mass Spectrometry". Analytical Chemistry. 54 (4): 645A–657A. doi:10.1021/ac00241a817. ISSN 0003-2700.
  3. ^ Barber M, Bordoli RS, Sedgewick RD, Tyler AN (1981). "Fast atom bombardment of solids (F.A.B.): a new ion source for mass spectrometry". Journal of the Chemical Society, Chemical Communications (7): 325–7. doi:10.1039/C39810000325.
  4. ^ Barber, M.; Bordoli, R. S.; Sedgwick, R. D.; Tyler, A. N. (September 1981). "Fast atom bombardment of solids as an ion source in mass spectrometry". Nature. 293 (5830): 270–275. doi:10.1038/293270a0. ISSN 0028-0836.
  5. ^ Stoll, R.G.; Harvan, D.J.; Hass, J.R. (1984). "Liquid secondary ion mass spectrometry with a focussed primary ion source". International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes. 61 (1): 71–79. Bibcode:1984IJMSI..61...71S. doi:10.1016/0168-1176(84)85118-6. ISSN 0168-1176.
  6. ^ Dominic M. Desiderio (14 November 1990). Mass Spectrometry of Peptides. CRC Press. pp. 174–. ISBN 978-0-8493-6293-4.
  7. ^ De Pauw, E.; Agnello, A.; Derwa, F. (1991). "Liquid matrices for liquid secondary ion mass spectrometry-fast atom bombardment: An update". Mass Spectrometry Reviews. 10 (4): 283–301. Bibcode:1991MSRv...10..283D. doi:10.1002/mas.1280100402. ISSN 0277-7037.
  8. ^ a b c d e Chhabil., Dass (2007-01-01). Fundamentals of contemporary mass spectrometry. Wiley-Interscience. ISBN 9780471682295. OCLC 609942304.
  9. ^ Pachuta, Steven J.; Cooks, R. G. (1987). "Mechanisms in molecular SIMS". Chemical Reviews. 87 (3): 647–669. doi:10.1021/cr00079a009. ISSN 0009-2665.
  10. ^ Tomer KB (1989). "The development of fast atom bombardment combined with tandem mass spectrometry for the determination of biomolecules". Mass Spectrometry Reviews. 8 (6): 445–82. Bibcode:1989MSRv....8..445T. doi:10.1002/mas.1280080602.
  11. ^ Székely, Gabriella; Allison, John (1997). "If the ionization mechanism in fast-atom bombardment involves ion/molecule reactions, what are the reagent ions? The time dependence of fast-atom bombardment mass spectra and parallels to chemical ionization". Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 8 (4): 337–351. doi:10.1016/S1044-0305(97)00003-2. ISSN 1044-0305.
  12. ^ Caprioli, Richard M. (1990). "Continuous-flow fast atom bombardment mass spectrometry". Analytical Chemistry. 62 (8): 477A–485A. doi:10.1021/ac00207a715. ISSN 0003-2700. PMID 2190496.
  13. ^ a b Jürgen H Gross (14 February 2011). Mass Spectrometry: A Textbook. Physics Today. Vol. 58. Springer Science & Business Media. pp. 494–. Bibcode:2005PhT....58f..59G. doi:10.1063/1.1996478. ISBN 978-3-642-10709-2.
  14. ^ Caprioli, R. M. (1990). Continuous-flow fast atom bombardment mass spectrometry. New York: Wiley. ISBN 978-0-471-92863-8.
  15. ^ Abian, J. (1999). "The coupling of gas and liquid chromatography with mass spectrometry". Journal of Mass Spectrometry. 34 (3): 157–168. Bibcode:1999JMSp...34..157A. doi:10.1002/(SICI)1096-9888(199903)34:3<157::AID-JMS804>3.0.CO;2-4. ISSN 1076-5174.
  16. ^ Tomer, K. B.; Perkins, J. R.; Parker, C. E.; Deterding, L. J. (1991-12-01). "Coaxial continuous flow fast atom bombardment for higher-molecular-weight peptides: comparison with static fast atom bombardment and electrospray ionization". Biological Mass Spectrometry. 20 (12): 783–788. doi:10.1002/bms.1200201207. ISSN 1052-9306. PMID 1812988.
  17. ^ 불로우, 검사, 잭슨 C.G.헨더슨, P.J.F., 코티, F.H., 비키, R.B. 및 리넷, P.E. 생화학 인터내셔널 (1981) 4, 543-549
  18. ^ Smith, David (December 1983). "Determination of Stable Isotopes of Calcium in Biological Fluids by Fast Atom Bombardment Mass Spectrometry". Analytical Chemistry. 55: 2391–2393.
  19. ^ a b Eagles, John; Mellon, Fred (1996). "Chapter 10: Fast Atom Bombardment Mass Spectrometry (FABMS)". In Mellon, Fred; Sandstrom, Britmarie (eds.). Stable Isotopes in Human Nutrition:Inorganic Nutrient Metabolism. London: Academic Press. pp. 73–80. ISBN 0-12-490540-4.
  20. ^ Miller, Leland; Hambidge, Michael; Fennessey, Paul (1991). "Isotope Fractionation and Hydride Interference in Metal Isotope Analysis by Fast Atom Bombardment-Induced Secondary Ion Mass Spectrometry". Journal of Micronutrient Analysis. 8: 179–197.
  21. ^ Krebs, Nancy; Miller, Leland; Naake, Vernon; Lei, Sian; Westcott, Jamie; Fennessey, Paul; Hambidge, Michael (June 1995). "The Use of Stable Isotope Techniques to Assess Zinc Metabolism". Nutritional Biochemistry. 6: 292–301.