VZNIK IONTŮ V HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRII: IONIZACE A FRAGMENTACE

Význam tématu

Masová spektrometrie umožňuje přesné stanovení molekulové hmotnosti a strukturní analýzu širokého spektra látek. Klíčovým krokem je přeměna neutrálních molekul na ionty vhodné pro hmotnostní analýzu. Různé ionizační techniky ovlivňují detekční limity, rozsah fragmentace a stabilitu iontů, což je rozhodující pro aplikace od analýzy malých těkavých sloučenin až po biomakromolekuly.

Cíle a přehled článku

Článek shrnuje principy vzniku iontů v hmotnostní spektrometrii, popisuje hlavní ionizační procesy a vliv tlaku v iontovém zdroji. Zabývá se také historií a vývojem jednotlivých ionizačních technik a jejich vhodností pro různé typy analytů.

Použitá metodika a instrumentace

Text je přehledovou studií založenou na literárních zdrojích a dlouholetém výzkumu v oblasti iontových zdrojů. Neuvádí konkrétní modely přístrojů, ale popisuje principy elektronové ionizace, chemické ionizace, ionizace polem, desorpce polem, ionizace za atmosférického tlaku (ESI, APCI, APPI, MALDI, ambientní metody) a jejich kombinace s GC/MS či LC/MS.

Hlavní výsledky a diskuse

Ulrich procesy ionizace lze rozdělit do několika skupin:

• Elektronová ionizace (EI) – ztráta elektronu, tvrdá technika vhodná pro dostatečně těkavé látky spojená s bohatou fragmentací.
• Chemická ionizace (CI) – měkká technika využívající iontů reagujících plynů k přenosu protonu, nižší fragmentace a možnost stanovení molekulové hmotnosti.
• Ionizace polem/desorpce polem (FI, FD) – ionizace vysoce polarizovatelných látek v pevném nebo kapalném stavu bez výrazného rozkladu.
• Elektrosprejová ionizace (ESI) – měkká ionizace roztoků, široce aplikovaná pro peptidy, proteiny a polární metabolity.
• Matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) – desorpce a ionizace biomolekul v matrixu, vhodná pro velké molekuly do statisíců Da.
• Ionizace za atmosférického tlaku (APCI, APPI) – ionizace pomocí plazmy nebo fotonů, volba mezi radikál-kationty a protonovanými ionty.
• Ambientní ionizační techniky (DESI, DART) – přímá analýza vzorků za atmosféry bez složité přípravy.

Vliv tlaku v iontovém zdroji ovlivňuje převahu elektronové ionizace při vysokém vakuu a ion-molekulových reakcí při vyšším tlaku. Vyšší tlak podporuje vznik aduktů, klastrů a protonovaných či sodných iontů.

Přínosy a praktické využití metody

Výběr vhodné ionizační techniky zohledňuje volatilitu, termostabilitu, polaritu a požadovanou úroveň fragmentace analytu. Správná kombinace zdroje a analytického systému (GC/MS, LC/MS) umožňuje citlivé a selektivní stanovení látek v režimu QA/QC, farmaceutickém výzkumu i proteomice.

Budoucí trendy a možnosti využití

Rychlý rozvoj ambientních ionizačních metod usnadňuje přímou analýzu komplexních vzorků v polních i klinických podmínkách. Další směry zahrnují zlepšování selektivity, minimalizaci meziproduktů kontaminace a vývoj kompaktních přenosných spektrometrů pro on-site monitoring.

Závěr

Přes rozsáhlý vývoj ionizačních technik neexistuje univerzální metoda vhodná pro všechny typy analytů. Klíčovým krokem je volba ionizačního principu a pracovní podmínky zdroje podle vlastností vzorku a požadavků analýzy. Neustálý vývoj nových technik, zejména ambientních, otevírá další možnosti aplikací masové spektrometrie.

Reference

1. Tureček F.: Chem. Listy 114, 89 (2020).
2. Fryčák P., Jirkovský J., Ranc V., Bednář P., Havlíček V., Lemr K.: J. Mass Spectrom. 47, 720 (2012).
3. de Hoffmann E., Stroobant V.: Mass Spectrometry, Principles and Applications, 3. vyd. J. Wiley, Chichester 2007.
4. Gross J. H.: Mass Spectrometry, A Textbook, 3. vyd. Springer International Publishing AG, Cham 2017.
5. Dass C.: Fundamentals of Contemporary Mass Spectrometries. J. Wiley, Hoboken 2007.
6. Mansoori B. A., Volmer D. A., Boyd R. K.: Rapid Commun. Mass Spectrom. 11, 1120 (1997).
7. Jiang Y., Cole R. B.: J. Am. Soc. Mass Spectrom. 16, 60 (2005).
8. Projekt české terminologie v hmotnostní spektrometrii, terminologie-ms.sci.muni.cz (staženo 2. 12. 2019).
9. Robb D. B., Covey T. R., Bruins A. P.: Anal. Chem. 72, 3653 (2000).
10. Knochenmuss R.: v knize Electrospray and MALDI Mass Spectrometry; Fundamentals, Instrumentation, Practicalities, and Biological Applications (Cole R. B., ed.), kapitola 5, str. 149, J. Wiley, Hoboken 2010.
11. Cook K. D.: J. Am. Soc. Mass Spectrom. 13, 1359 (2002).
12. Feider C. L., Krieger A., DeHoog R. J., Eberlin L. S.: Anal. Chem. 91, 4266 (2019).
13. Cole R. B. (ed.): Electrospray and MALDI Mass Spectrometry; Fundamentals, Instrumentation, Practicalities, and Biological Applications, 2. vyd. J. Wiley, Hoboken 2010.
14. Grayson M. A. (ed.): Measuring Mass, From Positive Rays To Proteins. American Society for Mass Spectrometry, Santa Fe 2002.
15. Westman-Brinkmalm A., Brinkmalm G.: v knize Mass Spectrometry: Instrumentation, Interpretation, and Applications (Ekman R. a kol.), kapitola 2, str. 15, J. Wiley, Hoboken 2009.
16. Lattimer R. P., Schulten H.-R.: Anal. Chem. 61, 1201A (1989).