Ionizace termosprejem (Thermospray Ionization, TSI)
- první ionizační technika, která byla navržena pro spojení LC/MS, nyní se v LC/MS používá málo a je nahrazen kombinací ESI / APCI, ale je považován za první ionizační techniku umožňující rutinní spojení kapalinové chromatografie s hmotnostní spektrometrií a bez vážných komplikací umožňující práci za běžných HPLC podmínek (LC-MS)
- objev TSI r. 1983 je popisován tak, že při chemické ionizaci (CI) zapomněl operátor zapnout zdroj urychlených e- a přesto vznikly ionty, proto byl jev dále studován a vynalezen termosprej
- velmi šetrná ionizační technika (téměř chybí fragmentované ionty), vznikají zejména ionty se sudým počtem e-,
· nejčastěji [M+H]+, [M+NH4]+, [M-H]- a další adukty podobně jako u jiných měkkých ionizačních technik, záleží na použitých rozpouštědlech a iontových modifikátorech
· u TSI, APCI a ESI slouží systém pro zavádění vzorků zároveň i k vlastní ionizaci, tyto části nelze prakticky rozlišit
· tlak v iontovém zdroji pro TSI je vyšší než u ionizace nárazem elektronů (EI), ale není atmosférický jako u APCI a ESI
· TSI umožňuje použití běžných mobilních fází i průtoků (do 1 ml/min) pro HPLC v systémech s obrácenými fázemi (např. vodný metanol nebo acetonitril) + nutný přídavek elekrolytu (nejčastěji 10-100 mmol/l octanu amonného) pro podpoření průběhu ionizace; obsah vody v mobilní fázi by měl být alespoň 10% pro řádný průběh ionizace
· analyty rozpuštěné ve vhodném rozpouštědle (např. vodný metanol či acetonitril s 10-50 mmol/l octanu amonného) se přivádí kovovou kapilárou do iontového zdroje, na konci je kapilára vyhřívána v termostatovaném měděném bloku na teplotu 150 - 300°C, čímž dojde k částečnému odpaření rozpouštědla již v kapiláře a tím ke vzniku nadzvukového proudu par částečně odpařeného rozpouštědla a zbylých malých kapiček obsahujících analyzované látky
· vzniklé malé kapičky nesou na svém povrchu elektrostatický náboj, jeho povrchová hustota vzrůstá s dalším odpařováním rozpouštědla z povrchu kapiček a tím i zmenšujícím se objemem a povrchem malých kapiček
· jakmile hustota povrchového náboje dosáhne určité kritické hodnoty, dojde k tzv. Coulombické explozi - tj. rozpadu nabité kapičky na řadu ještě menších kapiček nesoucích náboj
· proces Coulombických explozí a odpařování rozpouštědla z povrchu kapiček se opakuje tak dlouho, až je kapička dostatečně malá a může dojít k uvolnění (desorpci) protonované či deprotonované molekuly z jejího povrchu (tento způsob vzniku iontů bývá označován jako tzv. vypařování iontů (“ion evaporation”)
Obr.1: Ionizace termosprejem – schéma
- výstup z HPLC,
- vyhřívaní kapilára,
- vyhřívaný blok iontového zdroje,
- výbojová elektroda (nebo zdroj urychlených e- ),
- odpuzovací elektroda,
- vakuové pumpy,
- hmotnostní analyzátor
· ionizaci lze podpořit použitím přídavné ionizace s urychlenými elektrony nebo elektrickým výbojem, tím se zvýší ionizační účinnost pro obtížně ionizovatelné látky (např. pro látky s nízkou polaritou) a také se umožní použití bezvodých mobilních fází, např. při chromatografii v systémech s normálními fázemi
· teplota vyhřívané kapiláry závisí na průtoku mobilní fáze, použitých rozpouštědlech (zejména obsahu vody, více vody = vyšší teplota) a těkavosti analyzovaných látek, nezbytná optimalizace
· mechanismus “vypařování iontů” se uplatňuje i u ionizace elektrosprejem, ale vzhledem k jinému způsobu vzniku primárních kapiček nesou malé kapičky v případě ESI mnohem větší množství nábojů, a proto i ESI hmotnostní spektra se liší od TSI spekter (hlavní rozdíl je v tvorbě mnohonásobně nabitých iontů biopolymerů u ESI, což u TSI není pozorováno)
· stupeň fragmentace lze významně ovlivnit hodnotou napětí vloženého na vypuzovací elektrodu (“repeller”); zvýšením napětí vloženého na repeller se podpoří fragmentace molekulárních iontů kolizemi s přítomnými neutrálními molekulami ve zdroji, takže se získají i fragmentové ionty důležité pro odvození struktury a navíc se zvýšením napětí na vypuzovací elektrodu se zvýší i citlivost detekce
· proč molekulární ionty podléhají fragmentaci, když zvýšíme napětí vložené na repeller?
o zvýšením napětí se zvýší rychlost iontů vstupujících do analyzátoru a tím se zvýší i pravděpodobnost jejich srážek (kolizí) s neutrálními molekulami či jinými ionty způsobujících fragmentaci
· TSI lze teoreticky použít pro jakoukoliv molekulu, která je již v roztoku přítomná ve formě iontů nebo která může být ionizovánaI; obecně TSI není příliš vhodná pro málo polární látky
Další informace
Jaroslava Vávrová