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Articulo de referencia

Embudo de iones

Imagen de un embudo iónico acoplado a un instrumento. Vista lateral de un embudo iónico. Cada electrodo (disco metálico) es visible desde el exterior. Vista superior de un embud...

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Imagen de un embudo iónico acoplado a un instrumento.
Vista lateral de un embudo iónico. Cada electrodo (disco metálico) es visible desde el exterior.
Vista superior de un embudo iónico. Desde este ángulo se aprecia la disminución del radio de los electrodos.

En espectrometría de masas , un embudo iónico es un dispositivo que se utiliza para enfocar un haz de iones mediante una serie de electrodos anulares apilados con diámetro interno decreciente. Se aplica una combinación de radiofrecuencia y potencial eléctrico fijo a las rejillas. [ 1 ] [ 2 ] En espectrometría de masas con ionización por electrospray (ESI-MS), los iones se crean a presión atmosférica , pero se analizan a presiones posteriormente más bajas. Los iones pueden perderse durante su transporte desde áreas de mayor a menor presión debido al proceso de transmisión causado por un fenómeno llamado expansión de Joule o "expansión de chorro libre". Estas nubes de iones se expanden hacia afuera, lo que limita la cantidad de iones que llegan al detector, por lo que se analizan menos iones. El embudo iónico reenfoca y transmite los iones de manera eficiente desde esas áreas de alta a baja presión. [ 3 ]

Historia

El primer embudo iónico fue creado en 1997 en el Laboratorio de Ciencias Moleculares Ambientales del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico por los investigadores del laboratorio de Richard D. Smith . El embudo iónico se implementó para reemplazar el skimmer de transmisión limitada de iones para una captura de iones más eficiente en una fuente ESI. [ 4 ] Muchas características del embudo iónico se atribuyen a la guía iónica de anillo apilado; sin embargo, los discos de un embudo iónico varían en diámetro a lo largo de su eje longitudinal. Hay una porción en la base del embudo iónico en la que una serie de electrodos de anillo cilíndricos tienen diámetros decrecientes, lo que permite que la nube de iones que ingresa al embudo iónico se disperse espacialmente. [ 5 ] Esto permite una transferencia eficiente de la nube de iones a través del orificio limitador de conductancia en la salida a medida que la nube de iones se enfoca a un tamaño radial mucho menor. El campo eléctrico de CC sirve para empujar los iones a través del embudo. Para iones positivos, la placa frontal del embudo tiene el voltaje CC más positivo, y las placas subsiguientes tienen componentes CC que disminuyen gradualmente, lo que proporciona un control adicional. Los campos eléctricos de RF y CC se aplican conjuntamente con un pseudopotencial creado con polaridades de RF alternas en electrodos adyacentes. Este “pseudopotencial” confina radialmente los iones y causa inestabilidad en iones con un m/z (relación masa/carga) más bajo, mientras que los iones con un m/z más alto se enfocan en el centro del embudo. [ 6 ] El diseño inicial del embudo de iones utilizado en el laboratorio de investigación de Smith resultó ineficiente para recolectar iones con m/z bajo . Las simulaciones sugieren que disminuir el espaciado entre las lentes de modo que sean menores que el diámetro del electrodo de anillo más pequeño podría ser una solución plausible a este problema. [ 7 ] Otro problema con el diseño es que el embudo es susceptible al ruido con neutros rápidos y gotas cargadas en muchas interfaces atmosféricas durante la fase inicial de vacío. Las modificaciones aumentan la eficiencia y la relación señal/ruido del embudo iónico.

Algunos de los primeros embudos iónicos tuvieron dificultades para controlar el flujo de gas, ya que la presión en la cámara de vacío iónica no era uniforme debido a los efectos de la dinámica de gases. Se estimó que la presión a la salida del embudo era de 2 a 3 veces mayor que la presión medida por el manómetro. Esta mayor presión requería un mayor bombeo en las cámaras de vacío posteriores para compensar la mayor inyección de gas. La discrepancia entre la presión medida y la presión a la salida del embudo se debía a que una porción considerable del chorro de gas supersónico del inyector continuaba más allá del disco de Mach o diamante de choque al comienzo del embudo y seguía hasta el final. La solución más eficaz es el uso de un disruptor de chorro que consiste en un disco de latón de 9  mm de diámetro suspendido perpendicularmente al flujo de gas en el centro del embudo iónico. [ 5 ]

Aplicaciones

Espectrometría de masas

Los embudos iónicos se utilizan frecuentemente en dispositivos de espectrometría de masas para recolectar iones de una fuente de ionización. Los dispositivos anteriores que carecían de un embudo iónico a menudo perdían iones durante la transición de la fuente de ionización al detector del espectrómetro de masas. Esta pérdida se debía al creciente número de colisiones que sufrían los iones con otras moléculas de gas presentes en la atmósfera. La introducción del embudo iónico redujo considerablemente la cantidad de iones perdidos durante los experimentos al guiarlos hacia un destino deseado [ 8 ] y, mediante la modificación del número de entradas, también permite aumentar la sensibilidad de las mediciones realizadas por el espectrómetro de masas. Múltiples entradas permiten el uso de múltiples emisores de electrospray, reduciendo el flujo a través de cada emisor individual. Esto crea múltiples electrosprays de alta eficiencia a bajas velocidades de flujo [ 5 ] . Múltiples entradas también mejoran la sensibilidad; un emisor de electrospray dispuesto linealmente, acoplado a 19 entradas que operan a 18 Torr, proporciona un aumento de nueve veces en comparación con una sola entrada [ 5 ] .

cámara de reacción de transferencia de protones

La espectrometría de masas por reacción de transferencia de protones ha utilizado tradicionalmente tubos de deriva como trampas de iones. Sin embargo, los embudos de iones de radiofrecuencia ofrecen una alternativa atractiva, ya que mejoran significativamente la sensibilidad específica de los compuestos. Esto se debe al aumento del tiempo de reacción efectivo y al enfoque de los iones. Se requieren los mismos rangos de presión para los embudos de iones y los tubos de deriva, por lo que la tecnología no es difícil de implementar. Se ha demostrado que los embudos de iones favorecen la transmisión de iones con un alto m/z. [ 9 ]

Análisis de aliento

El análisis del aliento es una forma práctica y no invasiva de detectar sustancias químicas en el organismo, como el alcohol, para determinar la intoxicación, controlar los niveles de anestésicos durante procedimientos quirúrgicos e identificar sustancias dopantes en el sistema de los atletas. Sin embargo, las técnicas convencionales son ineficaces a bajas concentraciones. Se ha demostrado que una interfaz de ionización por electrospray asistida por un embudo iónico, utilizada en un espectrómetro de masas de resonancia ciclotrónica de iones con transformada de Fourier y trampa lineal de cuadrupolo, aumenta considerablemente la sensibilidad con alta resolución. [ 10 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Kim, Taeman; Tolmachev, Aleksey V.; Harkewicz, Richard; Prior, David C.; Anderson, Gordon; Udseth, Harold R.; Smith, Richard D.; Bailey, Thomas H.; Rakov, Sergey; Futrell, Jean H. (2000). "Diseño e implementación de un nuevo embudo iónico electrodinámico". Analytical Chemistry . 72 (10): 2247– 2255. doi : 10.1021/ac991412x . ISSN 0003-2700 . PMID 10845370 .  
  2. ↑ Kelly, Ryan T.; Tolmachev, Aleksey V.; Page, Jason S.; Tang, Keqi; Smith, Richard D. (2009). " El embudo de iones: teoría, implementaciones y aplicaciones" . Mass Spectrometry Reviews . 29 (2): 294– 312. doi : 10.1002/mas.20232 . ISSN 0277-7037 . PMC 2824015. PMID 19391099 .   
  3. ↑ "Embudo de iones | Mass Spec Pro" . www.massspecpro.com . Consultado el 3 de diciembre de 2018 .
  4. ↑ Julian, Ryan R.; Mabbett, Sarah R.; Jarrold, Martin F. (2005-10-01). "Embudos de iones para las masas: experimentos y simulaciones con un embudo de iones simplificado". Journal of the American Society for Mass Spectrometry . 16 (10): 1708– 1712. doi : 10.1016/j.jasms.2005.06.012 . ISSN 1044-0305 . PMID 16095911 .  
  5. 1 2 3 4 Kelly, Ryan T.; Tolmachev, Aleksey V.; Page, Jason S.; Tang, Keqi; Smith, Richard D. (2010). " El embudo de iones: teoría, implementaciones y aplicaciones" . Mass Spectrometry Reviews . 29 (2): 294– 312. doi : 10.1002/mas.20232 . ISSN 0277-7037 . PMC 2824015. PMID 19391099 .   
  6. ↑ Shaffer, Scott A.; Tang, Keqi; Anderson, Gordon A.; Prior, David C.; Udseth, Harold R.; Smith, Richard D. (1997-10-30). "Un embudo iónico novedoso para enfocar iones a presión elevada utilizando espectrometría de masas por ionización por electrospray". Rapid Communications in Mass Spectrometry . 11 (16): 1813– 1817. doi : 10.1002/(sici)1097-0231(19971030)11:16 < 1813::aid-rcm87 > 3.0.co ; 2-d . ISSN 1097-0231 . 
  7. ↑ Shaffer, Scott A.; Prior, David C.; Anderson, Gordon A.; Udseth, Harold R.; Smith, Richard D. (1998-10-29). "Una interfaz de embudo iónico para mejorar el enfoque iónico y la sensibilidad mediante espectrometría de masas por ionización por electrospray". Analytical Chemistry . 70 (19): 4111– 4119. doi : 10.1021/ac9802170 . ISSN 0003-2700 . PMID 9784749 .  
  8. ↑ Smith, Richard D.; Shaffer, Scott A. Método y aparato para dirigir iones y otras partículas cargadas generadas a presiones cercanas a la atmosférica hacia una región al vacío. Patente estadounidense US6107628A. 3 de junio de 1998.
  9. ↑ Brown P, Cristescu S, Mullock S, Reich D, Lamont-Smith C, Harren F (2017). "Implementación y caracterización de una guía de iones de embudo de RF como cámara de reacción de transferencia de protones" (PDF) . International Journal of Mass Spectrometry . 414 : 31–38 . Bibcode : 2017IJMSp.414...31B . doi : 10.1016/j.ijms.2017.01.001 . hdl : 2066/174572 . S2CID 100259890 . 
  10. ↑ Meier L, Berchtold C, Schmid S, Zenobi R (2012). "Análisis de aliento con alta resolución de masas mediante espectrometría de masas con ionización por electrospray secundaria asistida por un embudo de iones". Journal of Mass Spectrometry . 47 (12): 1571– 1575. Bibcode : 2012JMSp...47.1571M . doi : 10.1002/jms.3118 . PMID 23280745 .