Termospray

Thermospray (TS) er en myk ioniseringskilde der en flytende væskeprøve passerer gjennom en veldig tynn oppvarmet kolonne for å bli en spray av fine væskedråper. Som en form for atmosfærisk trykkionisering i massespektrometri ioniseres disse dråpene deretter via en lavstrømsutladningselektrode for å skape et løsningsmiddelionplasma. En reflektorelektrode leder deretter disse ladede partiklene gjennom skimmeren og akselerasjonsområdet for å introdusere den aerosoliserte prøven til et massespektrometer. Det er spesielt nyttig i væskekromatografi-massespektrometri (LC-MS).^{[1][2][3][4][5]}

I mer tekniske termer er termospray den kontrollerte delfordampningen av en væske når den strømmer gjennom et oppvarmet kapillarrør. Nebuliseringen oppnås ved å pumpe en væskeprøve ved moderat høyt trykk gjennom et elektrotermisk oppvarmet kapillarrør.^[6] Når tilstrekkelig strøm er koblet til prøvestrømmen, produseres en delvis fordampet blanding bestående av den fordampet prøve og noen gjenværende væskeprøve. Ved utgang fra den oppvarmede kapillæren omdannes den raskt til en aerosol. Den produserte dampen fungerer som en forstøvningsgass og hjelper oppløsningen av væskestrømmen til dråper,^[4] i en prosess som ligner på pneumatisk forstøvning.^[7] Konseptuelt kan dette således betraktes som en pneumatisk prosess der den ekspanderende løsemiddeldampen brukes som en forstøvergass. Løsningen forlater røret som en supersonisk stråle eller spray av veldig små dråper bestående av løsemiddeldamp. Kvalitativt er aerosolene tett med en moderat smal partikkelstørrelsesfordeling.

Metoden for termosprayionisering ble først introdusert av et patent allerede i 1983, og beskrevet nærmere i et patent publisert 8. mars 1988.^[8] Oppfinnere Marvin L. Vestal og Calvin R. Blakley foreslo en ionedampkilde for massespektrometri av væsker under et amerikansk tilskudd fra Department of Health, Education and Welfare. Den foreslåtte metoden detaljerte en koblingsanordning mellom væskekromatografiske kolonner og forskjellige påvisningsmetoder for gassformede prøver; som massespektrometri, elektroninnfanging, atomadsorpsjon, etc. Fire forskjellige representasjoner av termosprayfordamperen ble presentert i patentet 1988 - UA4730111A. Ikke-flyktige, ioniske og termisk ubestandig oppløsninger ble undersøkt med de forskjellige kontrollsystemene på fordampere for å oppnå delvis fordampning.

En kobberfordamperblokk oppvarmes elektrisk med to patronvarmere på 100 watt og en kapillær i rustfritt stål som tillater innføring av prøven og påfølgende delvis fordampning. Kapillaren og fordamperblokken er loddet sammen for å sikre stabil termisk kontakt. Den resulterende supersoniske strålen passerer deretter gjennom ionekilden for innføring i kvadrupol-massespektrometeret.

Konstruksjonen av den andre representasjonen er fundamentalt den samme som den første, men temperatur- og trykkfølere ble implementert slik at de kunne kontrollere kraften for å oppnå både konstant temperatur og trykk for ideelle driftsforhold. Dette designen er ideell for online LC-MS med kjemisk ionisering og direkte desorpsjon.

Gitt ukontrollert strømningshastighet eller variert løsemiddelsammensetning, ble en annen representasjon utformet slik at en annen oppvarmingskilde og kontrollsystem ville tillate delvis fordampning. To forskjellige oppvarmingsmetoder ble kombinert fordi den ene er i stand til raskere responstid mens den andre er tregere. Denne kombinasjonen tillater den tredje representasjonen av fordamperen for å håndtere svingninger i strømningshastigheten som kommer fra LC-kolonnen.

Den fjerde versjonen av termospray-fordamperen varmer bare kapillarrøret ved direkte DC/AC ohmsk (Joule) oppvarming. Et termoelement plassert i termisk kontakt med kapillærutgangen brukes til å forhindre den destruktive termiske rømningen forårsaket av overoppheting. Denne representasjonen ble konkludert med å være det ideelle designet av patentet fra 1988.

Som en direkte prøvetakingsteknikk er termospray i stand til å forsiktig ionisere forskjellige typer analytter slik at det resulterende spekteret viser få fragmenter av molekylionet og tilhørende buffergasskomponenter. Denne mangelen på fragmentering hindrer vanligvis anskaffelse av strukturell informasjon,^[10] men termospray er fremdeles i stand til kvantitative resultater og er verdsatt for sitt utvalg av levedyktige analytter.^[11] Når termospray er kombinert med høytrykk væskekromatografi-massespektrometri (TSP-HPLC-MS), er resultatet en svært sensitiv metode som er i stand til å oppnå lavere påvisningsgrenser enn andre HPLC-MS-metoder.^[12]

Termosprayionisering har tre mulige prosesser der den kan opperere. Den første involverte direkte desorpsjon av analytt, hvor fordampning av det mer flyktige løsningsmiddlet gjør at de mindre flyktige væskeprøveionene kan komme inn i gassfase. Den andre typen ionisering er en syre-baseoverføring slik at løsnings-ioner utveksler et proton med ioniske komponenter i en buffer. Denne form for ionisering brukes oftest med revers-fase høytrykk væskekromatografi (RP-HPLC). Den tredje prosessen som ionisering kan skje gjennom kalles plasmasprayionisering, hvor elektronionisering påføres løsningsmiddelstrømmen under omgivelsesbetingelser for å produsere en plasmakilde. Denne plasmakilden ioniserer deretter kjemisk reagensioner. (Også kalt filament-on operation)

Ulike forbindelser, inkludert peptider, dinukleotider, prostaglandiner, kvaternære ammoniumsalter, plantevernmidler, medisiner, fargestoffer og miljøforurensende stoffer kan analyseres ved hjelp av termospray.^[10]