Resonance-Enhanced Multiphoton Ionization inside the C-trap of an Orbitrap Mass Spectrometer

Význam tématu

Vývoj vysoce selektivních a citlivých metod pro stanovení aromatických sloučenin, zejména polycyklických aromatických uhlovodíků (PAU), je velmi důležitý pro environmentální monitoring a průmyslové aplikace. Resonance‐Enhanced Multiphoton Ionization (REMPI) umožňuje selektivní ionizaci těchto molekul s vysokou účinností a nízkým limitem detekce, což je klíčové pro rozbor stopových koncentrací v komplexních matricích.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo implementovat a ověřit princip 1+1 REMPI uvnitř C-trapu Orbitrapového hmotnostního analyzátoru a zhodnotit jeho výkon při analýze aromatických a polyaromatických sloučenin. Studie zahrnovala laboratorní stanovení pro standardní plynové směsi, PAU směsi a komplexní petrochemické matrice.

Použitá metodika a instrumentace

• Ionizační schéma 1+1 REMPI s excitací fotonem (248/266 nm) do rezonančního meziproduktu a sekundárním fotonem do ionizačního continuum.
• Modifikovaný C-trap ve vysoce rezolucním Orbitrap Exactive (Thermo Fisher Scientific) a FTMS Booster X2 (Spectroswiss) pro plný profil signálu.
• Nd:YAG laser (9. harmonická, 266 nm, Ø 0,7 mm) s možností vysoké frekvence výstřelů pro zvýšení ionizačního výtěžku.
• Neohřívaný a ohřívaný kapilární vstup pro plynové a pololétavé vzorky, včetně připojení GC pro hyphenaci.

Hlavní výsledky a diskuse

• Limity detekce v řádu jednotek až desítek ppb pro benzén, toluen, xyleny a 1,2,4-trimethylbenzen.
• Rozlišovací schopnost až R = 2,15·10^5 a hmotnostní přesnost pod 1 ppm, umožňující separaci izobarických interferencí (např. Δm = 3,4 mDa při m/z 252).
• Úspěšná aplikace na standardní směsi PAU i komplexní vzorky těžkého palivového oleje (HFO), lodního motorového oleje (MGO) a směsi pneumatikového oleje.
• GC-REMPI-Orbitrap hyphenace pro simultánní rozlišení izomerů a izobarů.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí vysokou selektivitu a citlivost pro monitorování toxických a karcinogenních sloučenin ve vzduchu, výfukových plynech či petrochemických produktech. Možnost online měření a hyphenace s termálními analyzátory rozšiřuje její uplatnění v QA/QC i vývojovém výzkumu.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření spektra cílových analytů použitím různých laserových vlnových délek (např. excimerové lasery, OPO).
• Zvýšení frekvence laserových pulzů pro lepší ionizační výtěžek a vyšší rychlost měření.
• Integrace s dalšími analytickými technikami (termální analýza, online emise plynů, vacuum photoionizace).
• Vývoj přenosných a polních verzí instrumentace pro in situ monitoring.

Závěr

Implementace REMPI uvnitř C-trapu Orbitrapu prokázala v praxi vysokou citlivost, selektivitu a rozlišovací schopnost pro analýzu aromatických látek. Metoda je slibná pro široké spektrum aplikací od environmentální analýzy po petrochemii a přispívá k rozšíření možností high‐resolution hmotnostní spektrometrie.

Reference

• Anal. Chem. 2021, 93 (27), 9418–9427.
• Annual Review of Analytical Chemistry 2015, 8 (1), 61–80.
• Annu. Rev. Anal. Chem. 2014, 7, 361−381.
• Energy Fuels 2016, 30, 196−203.
• Am. Soc. Mass Spectrom. 2020, 31, 1927−1942.
• Anal. Bioanal. Chem. 2015, 407, 5939−5951.
• Environ Sci Pollut Res 2017, 24 (12), 10976–10991.
• Energy Fuels 2013, 27, 4959−4968.
• Anal. Chem. 2004, 76, 1386−1402.
• Anal. Chem. 2015, 87, 6493−6499.
• Atmos. Meas. Tech. 2015, 8, 3337−3353.