ionización por electrospray de desorción

La ionización por electrospray de desorción ( DESI ) es una técnica de ionización ambiental que puede acoplarse a la espectrometría de masas (MS) para el análisis químico de muestras en condiciones atmosféricas. Los sistemas acoplados de fuentes de ionización y espectrometría de masas son populares en el análisis químico porque las capacidades individuales de varias fuentes combinadas con diferentes sistemas de MS permiten determinaciones químicas de muestras. DESI emplea una corriente de solvente cargado de rápido movimiento, en un ángulo con respecto a la superficie de la muestra, para extraer analitos de las superficies e impulsar los iones secundarios hacia el analizador de masas. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Esta técnica en tándem puede utilizarse para análisis forenses, ^{[ 3 ]} productos farmacéuticos, tejidos vegetales, frutas, tejidos biológicos intactos, complejos enzima-sustrato, metabolitos y polímeros. ^{[ 4 ]} Por lo tanto, DESI-MS puede aplicarse en una amplia variedad de sectores, incluyendo la administración de alimentos y medicamentos , productos farmacéuticos, monitoreo ambiental y biotecnología.

DESI ha sido ampliamente estudiado desde su inicio en 2004 por Zoltan Takáts, Justin Wiseman y Bogdan Gologan, en el grupo de Graham Cooks de la Universidad de Purdue ^{[ 3 ]} con el objetivo de investigar métodos que no requirieran que la muestra estuviera dentro de un vacío. Tanto DESI como el análisis directo en tiempo real (DART) han sido en gran parte responsables del rápido crecimiento de las técnicas de ionización ambiental, con una proliferación de más de ochenta nuevas técnicas que se encuentran en la actualidad. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Estos métodos permiten analizar sistemas complejos sin preparación y rendimientos de hasta 45 muestras por minuto. ^{[ 7 ]} DESI es una combinación de técnicas populares, como la ionización por electrospray y las técnicas de desorción superficial. La ionización por electrospray con espectrometría de masas fue reportada por Malcolm Dole en 1968, ^{[ 8 ]} pero John Bennett Fenn recibió un premio Nobel de Química por el desarrollo de ESI-MS a finales de la década de 1980. ^{[ 9 ]} Luego, en 1999, se reportaron en la literatura experimentos de desorción de superficie abierta y matriz libre utilizando un experimento que se denominó desorción/ionización en silicio . ^{[ 10 ]} La combinación de estos dos avances condujo a la introducción de DESI y DART como las principales técnicas de ionización ambiental que más tarde se convertirían en múltiples técnicas diferentes. Una en particular, debido al creciente número de estudios sobre la optimización de DESI, es la ionización por electrospray de desorción por nanospray (nano-DESI) . En esta técnica, el analito se desorbe en un puente líquido formado entre dos capilares y la superficie de análisis. ^{[ 11 ]}

DESI es una combinación de los métodos de ionización por electrospray (ESI) y desorción (DI). La ionización se produce al dirigir una niebla cargada eléctricamente hacia la superficie de la muestra, que se encuentra a pocos milímetros de distancia. ^{[ 12 ]} La niebla de electrospray se dirige neumáticamente hacia la muestra, donde las gotas salpicadas posteriormente transportan los analitos ionizados desorbidos. Tras la ionización, los iones viajan a través del aire hasta la interfaz de presión atmosférica, que está conectada al espectrómetro de masas. DESI es una técnica que permite la ionización ambiental de una muestra traza a presión atmosférica, con una mínima preparación de la muestra. DESI puede utilizarse para investigar in situ metabolitos secundarios, analizando específicamente sus distribuciones espaciales y temporales. ^{[ 13 ]}

La eficiencia de ionización de DESI es compleja y depende de varios parámetros, como efectos superficiales, parámetros de electrospray, parámetros químicos y parámetros geométricos. ^{[ 12 ]} Los efectos superficiales incluyen la composición química, la temperatura y el potencial eléctrico aplicado. Los parámetros de electrospray incluyen el voltaje de electrospray y los caudales de gas y líquido. Los parámetros químicos se refieren a la composición del disolvente pulverizado, por ejemplo, la adición de NaCl. Los parámetros geométricos son α, β, d ₁ y d ₂ (véase la figura de la derecha).

Además, α y d1 _afectan la eficiencia de ionización , mientras que β y d2 _afectan la eficiencia de recolección. Los resultados de una prueba realizada en diversas moléculas para determinar los valores óptimos de α y d1 muestran que existen dos grupos de moléculas: alto peso molecular (proteínas, péptidos, oligosacáridos, etc.) y bajo peso molecular (colorantes diazoicos, esteroides, cafeína, nitroaromáticos, etc.). Las condiciones óptimas para el grupo de alto peso molecular son ángulos de incidencia elevados (70–90°) y distancias d1 cortas ₍ 1–3  mm). Las condiciones óptimas para el grupo de bajo peso molecular son las opuestas: ángulos de incidencia bajos (35–50°) y distancias d1 largas (7–10 _mm  ). Estos resultados de la prueba indican que cada grupo de moléculas tiene un mecanismo de ionización diferente, descrito en detalle en la sección Principio de funcionamiento.

La punta del pulverizador y el soporte de la superficie están unidos a una plataforma móvil 3D que permite seleccionar valores específicos para los cuatro parámetros geométricos: α, β, d ₁ y d ₂ .

En DESI, hay un chorro de electrospray neumático de alta velocidad que se dirige continuamente hacia la superficie de la sonda. El chorro forma una película delgada de solvente de tamaño micrométrico sobre la muestra donde puede desorberse. La muestra puede ser desalojada por el chorro de pulverización entrante, lo que permite que las partículas salgan en un cono de eyección de gotas de iones secundarios que contienen analito. ^{[ 28 ]} Se está estudiando mucho sobre los principios de funcionamiento de DESI, pero ya se conocen algunos aspectos . Se sabe que el diámetro de erosión del punto de pulverización formado por DESI está directamente relacionado con la resolución espacial. Tanto la composición química como la textura de la superficie también afectarán el proceso de ionización. El gas nebulizador más utilizado es N ₂ ajustado a una presión típica de 160 psi. El solvente es una combinación de metanol y agua , a veces combinado con 0,5 % de ácido acético y a un caudal de 10 μL/min. ^{[ 29 ]} La superficie se puede montar de dos maneras diferentes, una consiste en un soporte de superficie que puede sostener  portaobjetos desechables de 1 x 5 cm que se colocan sobre una superficie de acero inoxidable. A la superficie de acero se le aplica un voltaje para proporcionar un potencial de superficie adecuado. El potencial de superficie que se puede aplicar es el mismo al que se puede ajustar el pulverizador. La segunda superficie está hecha con un bloque de aluminio que tiene un calentador incorporado, esto permite el control de temperatura con temperaturas de hasta 300  °C con etapas más nuevas que tienen CCD y fuentes de luz incorporadas. Sus espectros son similares a los de ESI. Presentan iones cargados múltiples, aductos de metales alcalinos y complejos no covalentes que se originan de la fase condensada de la interacción muestra/disolvente. ^{[ 12 ]} Se ha revelado que DESI tiene una condición de ionización más suave que conduce a una tendencia más pronunciada para la formación de aductos de metal y una carga específica más baja de gotas secundarias .

• Espectrometría de masas de iones secundarios
• Ionización por desorción láser asistida por matriz
• Imagen por espectrometría de masas
• Ionización por electrospray
• Ionización secundaria por electrospray

• Laboratorio Aston de Purdue - DESI
• Página personal del profesor Zoltan Takáts - Imperial College London