SPATIAL MAPPING OF ION DISTRIBUTIONS IN PNEUMATICALLY ASSISTED ELECTROSPRAYS

Význam tématu

Studium prostorového rozložení iontů v pneumaticky asistovaných elektrosprejích je klíčové pro optimalizaci citlivosti, reprodukovatelnosti a přesnosti hmotnostně-spektrálních analýz. Variabilita v poloze emitru vůči kuželu vstupu do analyzátoru výrazně ovlivňuje desolvataci, fragmentaci i rozložení nábojových stavů, což má přímé dopady na nekonečné profilování a kvantitativní měření v oblastí LC–MS.

Cíle studie

• Mapovat prostorové rozložení různých nabitých forem iontů (např. +2, +3, +4 pro angiotensin I; [M+H]+ a [M+Na]+ pro leucinní enkephalin).
• Zjistit závislost celkového iontového signálu a distribuce nábojových stavů na poloze emitru v osách X, Y a Z.
• Posoudit vliv polohy emitru na tvorbu aduktů a fragmentů.

Použitá instrumentace

• Waters Acquity UPLC I-Class s průtokem 650 µL min⁻¹.
• Waters hmotnostní spektrometrie řízená softwarem MassLynx.
• Automatizovaný xyz posuvný systém s krokovými motory (Thorlabs ZST225B, KST101) řízenými LabVIEW.
• Mikroskopické snímání emitru pomocí Dino-Lite kamer.

Metodika

• Příprava roztoků: angiotensin I (1 µg mL⁻¹, 80:20 voda:acetonitril) a leucinní enkephalin (0,5 µg mL⁻¹, 70:30 voda:acetonitril).
• Parametry zdroje: kapilární napětí 800 V, kuželové napětí 5 V, průtoky plynu (desolvační 16 L min⁻¹, mlžicí 1,5 L min⁻¹, kuželový 0,35 L min⁻¹), teploty 120 °C tělo zdroje a 600 °C ohřev plynu.
• Automatizované snímání v mřížce pozic (krok 1 mm) v osách X, Y, Z a současné získávání hmotnostních spekter.
• Převod dat z .raw do .mzML pomocí MSConvert a analýza v R (mzR, data.table) extrakcí intenzit vybraných iontů.

Hlavní výsledky a diskuse

• Celkový iontový signál dosahuje maxima při maximální vzdálenosti emitru od kuželu v ose Z, pravděpodobně díky lepší desolvataci a zarovnání paprsku.
• Distribuce nábojových stavů angiotensinu I se mění v blízkosti kuželu, zatímco ve větších vzdálenostech je stabilní.
• U leucinního enkephalinu je tvorba [M+Na]+ aduktu výrazně citlivější na polohu emitru než [M+H]+; poměr a4/b4 fragmentů však zůstává konstantní.
• Sprej přímo na kužel zvyšuje celkový signál, ale řídí se proměnným procentem těkavých kapek a fragmentací.
• Optimální poloha na střední vzdálenost v ose X minimalizuje interakci se kuželem a současně udržuje efektivní odběr iontů.

Přínosy a praktické využití metody

• Možnost automatizovaného doladění polohy emitru pro maximální citlivost bez kompromisů v reprodukovatelnosti.
• Redukce variability nábojových stavů a aduktů mezi jednotlivými analýzami a přístroji.
• Zlepšení stability metod pro nekonečné profilování a kvantitativní analýzy v proteomice a farmaceutických aplikacích.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Implementace adaptivních systémů řízených zpětnou vazbou signálu pro on-line optimalizaci polohy emitru.
• Modelování elektrického pole a dynamiky aerosolů pro predikci optimálních pracovních podmínek.
• Vývoj upravených zdrojů s pevnou geometrií minimalizující vliv polohy emitru.

Závěr

Prostorové mapování iontového signálu ukazuje, že pozice elektrosprejového emitru vůči vstupu do MS zásadně ovlivňuje citlivost i rozložení nábojových stavů. Optimální umístění na střední vzdálenost od kuželu umožňuje dosáhnout stabilní a reprodukovatelné analýzy bez významných kompromisů v celkovém signálu.

Reference

• Thibault P. et al. Delayed Dissociation Spectra of Survivor Ions from High-Energy Collisional Activation. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 1993, 4, 845.
• Hirabayashi A., Sakairi M., Takada Y. Evaporation of Charged Droplets in Atmospheric Pressure Spray Mass Spectrometry. J. Mass Spectrom. Soc. Jpn. 1993, 41, 287.
• Hirabayashi A., Sakairi M., Koizumi H. Sonic Spray Ionization Method for Atmospheric Pressure Ionization Mass Spectrometry. Anal. Chem. 1994, 66, 4557.
• Cristoni S. et al. Surface-Activated No-Discharge Atmospheric Pressure Chemical Ionization. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2003, 17, 1973.
• Bajic S. U.S. Patent No. 8,809,777. 2014.
• Lubin A. et al. Atmospheric Pressure Ionization Using a High Voltage Target Compared to Electrospray Ionization. J. Mass Spectrom. 2017, 28, 286.