Ionizace ostřelováním vzorku rychlými atomy (Fast Atom Bombardment, FAB) nebo ionty (Fast Ion Bombardment, FIB, SIMS)

Princip i použití obou technik je velmi podobný, jedná se o měkké ionizační techniky z kondenzované fáze. Využití nacházejí zejména při analýzách tepelně nestálých netěkavých látek.

Charakteristika

Hlavní rozdíl:

při ionizaci FAB dochází k ionizaci interakcí vysoko-energetických neutrálních molekul vzácných plynů (nejčastěji atomy Xe, nebo Ar) se vzorkem ve vhodné viskózní matrici; v případě FIB se místo neutrálních molekul k bombardování vzorku používají urychlené ionty (většinou Cs⁺)
dříve používaný název pro FIB byl “hmotnostní spektrometrie sekundárních iontů” (Secondary Ion Mass Spectrometry, SIMS)
vzorek se (zpravidla) v roztoku umístí s matricí a případnou příměsí na terčík, který je bombardován atomy či ionty , z terčíku se uvolňují ionty analytu za významné podpory matrice, která navíc umožňuje obnovování „zasažené“ plochy terčíku

Vznik urychlených atomů Xe s definovanou energií s použitím tzv. iontového děla:

nejdříve jsou atomy Xe ionizovány elektronovu ionizací (EI):
Xe + e^- ® Xe^+. + 2e

potom jsou urychleny energií 8-10 kV (urychlené částice)

urychlené ionty jsou zavedeny do komůrky se zvýšeným tlakem, kde dojde ke kolizím s neutrálními atomy Xe (=ion-molekulárním reakcím) podle rovnice:
Xe^+. + Xe ® Xe^+. + Xe
Dochází k výměně náboje (“charge exchange”) při které nedojde ke ztrátě kinetické energie, takže je získáván proud vysokoenergetických urychlených atomů Xe, které jsou vedeny na terčík se vzorkem v matrici; nabité částice se do iontového zdroje nedostanou, protože jsou vychýleny elektrodou

Vznik urychlených iontů Cs⁺ s definovanou energií pro ionizaci FIB:

alkalické hlinitokřemičitany jsou zahřáty na teplotu asi 1000°C, čímž dojde k tepelné desorpci iontů z povrchu
vzniklé ionty Cs⁺ jsou následně urychleny eletrickým polem a fokusovány na terčík se vzorkem v matrici
urychlovací napětí až 40 kV (vyšší energie oproti FAB), distribuce energie urychlených iontů je velmi úzká

Matrice

Volba matrice je důležitá a měla by splňovat několik základních podmínek:

vzorek musí být v matrici rozpustný
za podmínek měření by měla mít nízkou těkavost (jinak by se zvýšil tlak v iontovém zdroji kvůli odpařování matrice, která by rychle vytěkala; terč lze též chladit, pokud je nutné použít příliš těkavou matrici)
měla by být chemicky inertní k analyzovaným vzorkům (pokud nepoužíváme záměrně činidlo k podpoření tvorby iontů, např. kyseliny pro podpoření protonace)
intenzivní ionty pocházející z matrice nesmí být na stejné hodnotě m/z jako ionty analytu používané matrice (ve viskózním prostředí mají vzniklé ionty vyšší životnost)

Obvyklé matrice:

glycerol (nejběžnější)
thioglycerol
di- a trietanolamin
dithioerythritol
m-nitrobenzylalkohol (pro nepolární látky), atd.

Speciální matrice:

kapalné kovy (Ga, In)
pevné matrice (uhlík - vhodné pro těkavé látky, NH₄Cl)
časté je použití přídavných látek do matrice k podpoření ionizace, např. přídavek kyselin k podpoření protonace (často kyselina chlorovodíková, trifluoroctová, mravenčí nebo heptafluoromáselná)
vlastní průběh ionizace je velmi složitý děj, jedná se o kombinaci celé řady reakcí při interakci bombardujících částic s kapalnou matricí a také reakce v plynné fázi v těsné blízkosti u povrchu matrice
většinou vznikají ionty se sudým počtem elektronů obdodně jako u jiných šetrných ionizačních technik (APCI, TSI atd.), např. [M+H]⁺, [M+Na]⁺, [M-H]^-, někdy adukty s matricí typu [M+H+glycerol]⁺ a také fragmentové ionty

onty s lichým počtem e- (M^+. nebo M^-.) jsou méně časté, lze je pozorovat např. u polyaromátů (vznik iontů s lichým počtem e^- lze podpořit typem použité matrice, vhodný je např. m-nitrobenzylalkohol)

MS FAB

Charakteristika

Další informace

Jaroslava Vávrová