Термоспрей — это источник мягкой ионизации, с помощью которого поток растворителя жидкого образца проходит через очень тонкую нагретую колонку, превращаясь в распыление мелких капель жидкости. В качестве формы ионизации при атмосферном давлении в масс-спектрометрии эти капли затем ионизируются через слаботочный разрядный электрод для создания плазмы ионов растворителя. Затем отражатель направляет эти заряженные частицы через скиммер и область ускорения для введения аэрозольного образца в масс-спектрометр. Это особенно полезно в жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии (ЖХ-МС). [1] [2] [3] [4] [5]
В более технических терминах термораспыление — это контролируемое частичное испарение жидкости, протекающей через нагретую капиллярную трубку. Распыление осуществляется путем прокачки жидкого образца при умеренно высоком давлении через электротермически нагретую капиллярную трубку. [6] Когда к текущему потоку образца подводится достаточная мощность, образуется частично испаренная смесь, состоящая из некоторой доли испаренного образца и некоторого количества оставшегося жидкого образца. При выходе из нагретого капилляра быстро расширяющийся пар образца преобразует оставшийся поток жидкости в аэрозоль . Образующийся пар действует как распыляющий «газ» и способствует разделению потока жидкости на капли [4] в процессе, аналогичном пневматическому распылению . [7] Таким образом, концептуально это можно рассматривать как пневматический процесс, в котором расширяющийся пар растворителя используется в качестве газа-распылителя. Раствор покидает трубку в виде сверхзвуковой струи или распыления очень мелких капель в паре растворителя. Качественно аэрозоли кажутся плотными с умеренно узким распределением размеров частиц.
Метод термораспылительной ионизации был впервые представлен патентом, засвидетельствованным еще в 1983 году, и описан более подробно в патенте, опубликованном 8 марта 1988 года. [8] Изобретатели Марвин Л. Вестал и Кэлвин Р. Блэкли предложили источник ионного пара для масс-спектрометрии жидкостей в рамках гранта США от Министерства здравоохранения, образования и социального обеспечения . Предложенный метод детализировал соединительное устройство между жидкостными хроматографическими колонками и различными методами обнаружения газообразных образцов; такими как масс-спектрометрия, захват электронов , атомная адсорбция и т. д. Четыре различных представления термораспылительного испарителя были представлены в патенте 1988 года - UA4730111A. Нелетучие, ионные и термически лабильные растворенные вещества были исследованы с различными системами управления на испарителях для достижения частичного испарения.
Медный испарительный блок нагревается электрически двумя нагревателями патронов мощностью 100 Вт, а капилляр из нержавеющей стали позволяет вводить образец и производить его частичное испарение. Капилляр и испарительный блок спаяны вместе для обеспечения стабильного теплового контакта. Полученная сверхзвуковая струя затем проходит через ионный источник для введения в квадрупольный масс-спектрометр .
Конструкция второго представления в основном такая же, как и первого; однако датчики температуры и давления были реализованы таким образом, что они могли контролировать мощность для получения как постоянной температуры, так и давления для идеальных рабочих условий. Эта конструкция идеальна для он-лайн ЖХ-МС с химической ионизацией и прямой десорбцией .
Учитывая неконтролируемую скорость потока или изменяющийся состав растворителя, другое представление было разработано таким образом, что другой источник нагрева и система управления допускали бы частичное испарение. Два разных метода нагрева были объединены, поскольку один из них способен на более быстрое время отклика, а другой — на более медленное. Эта комбинация позволяет третьему представлению испарителя обрабатывать колебания скорости потока, поступающего из колонки LC.
Четвертая версия испарителя с термораспылением нагревает капиллярную трубку только прямым омическим (джоулевым) нагревом постоянного/переменного тока . Термопара, помещенная в тепловой контакт с выходом капилляра, используется для предотвращения разрушительного теплового разгона, вызванного перегревом. Это представление было признано идеальной конструкцией патентом 1988 года.
Как метод прямого отбора проб, термораспыление способно мягко ионизировать различные типы аналитов, так что в результирующем спектре наблюдается мало фрагментов молекулярного иона и сопутствующих компонентов буферного газа. Такое отсутствие фрагментации обычно затрудняет получение структурной информации; [10] однако термораспыление все еще способно давать количественные результаты и ценится за свой диапазон жизнеспособных аналитов. [11] Когда термораспыление сочетается с высокоэффективной жидкостной хроматографией- масс-спектрометрией (TSP-HPLC-MS), результатом является высокочувствительный метод, способный обеспечивать более низкие пределы обнаружения, чем другие методы HPLC-MS. [12]
Термораспылительная ионизация имеет три возможных процесса, посредством которых она может происходить. Первый включает прямую десорбцию аналита, где испарение более летучего растворителя позволяет менее летучим ионам жидкого образца перейти в газовую фазу. Второй тип ионизации представляет собой кислотно-щелочной перенос, при котором ионы растворителя обмениваются протоном с ионными компонентами буфера. Эта форма ионизации чаще всего используется в обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (RP-HPLC). Третий процесс, посредством которого может происходить ионизация, называется плазменно-распылительной ионизацией, где электронная ионизация применяется к потоку растворителя в условиях окружающей среды для создания источника плазмы. Затем этот плазменный источник химически ионизирует ионы реагента растворителя. ( Также называется работой с накаливанием нити накала .)
Различные соединения, включая пептиды , динуклеотиды , простагландины , дичетвертичные аммониевые соли , пестициды, лекарства, красители и загрязнители окружающей среды, можно анализировать с помощью термораспыления. [10]
Недавно термораспыление также использовалось для производства полупроводниковых нанокристаллов, [13] анализа желчных кислот, [14] идентификации красителей, [15] и определения молекулярной массы белков с помощью многозарядных ионов. [16]