Feltdesorpsjon

Feltdesorpsjon (FD) er en metode for ionedannelse brukt i massespektrometri (MS) der et høypotensialt elektrisk felt påføres en emitter med en skarp overflate, for eksempel et barberblad, eller mer vanlig, et filament fra hvilket bittesmå "hår" har dannet seg.^[1][2] Dette resulterer i et høyt elektrisk felt som kan resultere i ionisering av gassformige molekyler av analytten. Massespektre produsert av FD har liten eller ingen fragmentering fordi FD er en myk ioniseringsmetode. De domineres av molekylære radikale kationer M^+. og sjeldnere protonerte molekyler [M+H]⁺. Teknikken ble først rapportert av Beckey i 1969.^[3] Det er også den første ioniseringsmetoden som ioniserer ikke-flyktige og termisk ustabile forbindelser. En stor forskjell på FD med andre ioniseringsmetoder er at den ikke trenger en primærstråle for å bombardere prøven.^[4]

I FD påføres analytten som en tynn film direkte på emitteren, eller små krystaller av faste materialer plasseres på emitteren. Langsom oppvarming av emitteren begynner deretter ved å føre en høy strøm gjennom emitteren, som opprettholdes med et høyt potensial (f.eks. 5 kV). Etter hvert som oppvarmingen fortsetter, desorberes og ioniseres materialer med lavt damptrykk ved hjelp av et alkalimetallkation.

Ulike analyser involverer forskjellige ioniseringsmekanismer i FD-MS, og fire mekanismer blir ofte observert, inkludert feltionisering, kationfeste, termisk ionisering og protonabstraksjon.^[5]

I feltionisering blir elektroner fjernet fra et specie ved kvantetunnelering i et høyt elektrisk felt, noe som resulterer i dannelsen av molekylære ioner (M^+. i positiv ionemodus). Denne ioniseringsmetoden finner vanligvis sted i ikke-polare eller svakt polare organiske forbindelser.^[5]

I prosessen med kationfeste fester kationer (typisk H⁺ eller Na⁺) seg til analytmolekyler; desorpsjonen av kationfeste (f.eks. MNa⁺) kan deretter gjennomføres ved emitteroppvarming og høyt felt. Ionisering av mer polære organiske molekyler (f.eks. Med alifatiske hydroksyl- eller aminogrupper) i FD-MS går vanligvis gjennom denne mekanismen.^[5]

Ved termisk ionisering brukes emitteren til å holde og varme prøven, og analyttene desorberes deretter fra den varme emitteroverflaten. Termisk ionisering av forhåndsformede ioner kan gjelde ionisering av organiske og uorganiske salter i FD-MS.^[5]

Protonabstraksjon er forskjellig fra de tre ioniseringsmetodene som er nevnt ovenfor, fordi negative ioner (NI) dannes under prosessen i stedet for positive ioner. (M-H)^- ioner produseres ofte i polare organiske stoffer i NI-modus.

De tre første ioniseringsmekanismene som er diskutert ovenfor har analoger i NI-FD-MS. I feltionisering kan molekylære anioner (M⁻) genereres. Anionfeste kan også føre til dannelse av negative ioner for noen molekyler, for eksempel (M+Cl) ^-. Termisk desorpsjon produserer vanligvis anionet (A⁻) og klyngeioner (f.eks. CA₂⁻) for salter.^[5]

Flere forskjellige emitterkonfigurasjoner har blitt brukt for FD-emittere, for eksempel enkeltspisser, skarpe knivblader og tynne ledninger. Enkeltmetallspisser kan fremstilles av etsetråder enten ved periodisk å dyppe dem i smeltede salter eller ved elektrolyse i vandige løsninger. Sammenlignet med andre emittertyper har enkelttspsene fordelen at de kan nå de høyeste feltstyrkene. I tillegg tillater veldefinert geometrisk form av en enkelt spiss nøyaktig beregning av potensialfordelingen i rommet mellom spissen og motelektroden. For knivblader som brukes som emittere, er robustheten under det høye elektriske feltet en av fordelene. Forskjellige tynne ledninger ble også brukt som emittere, for eksempel kabler av platina og wolfram. Platinakabler er skjøre, og wolframkabler er mye mer stabile enn platinakabler. Blant disse strålene er karbon-mikronå wolframkabler de mest brukte emitterne i FD-massespektrometri.^[6]

FD-MS har mange fordeler ved at den kan brukes på alle typer løsemiddler, og bare liten mengde prøve er nødvendig for analyse. I tillegg, siden det er en myk ionisering, vil det produseres et rent massespektrum (veldig begrenset eller ingen fragmentering). Det har også noen ulemper. For eksempel er emitterne skjøre, og bare små og mellomstore molekyler kan analyseres i FD-MS. Dessuten, hvis det var for mye salt, ville det være vanskelig å oppnå stabile ionemisjonsstrømmer.^[7] I tillegg er FD-spekteret til en forbindelse mindre reproduserbart enn spektrum fra andre ioniseringsmetoder. FD-metodene er gode for kvalitativ analyse, men mindre egnet for kvantitativ analyse av komplekse blandinger.^[8]