Vis kilden til Direkte analyse i sanntid

I [[massespektrometri]] er '''direkte analyse i sanntid''' (ofte forkortet '''DART''' fra engelsk '''direct analysis in real time''') en [[ionkilde]] som produserer elektronisk eller vibronisk [[Eksitasjon|eksitert]] tilstandsart fra gasser som [[helium]], [[argon]] eller [[nitrogen]] som ioniserer atmosfæriske [[molekyl]]er eller dopemolekyler. Ionene generert fra atmosfæriske eller dopantmolekyler gjennomgår ion-molekylreaksjoner med prøvemolekylene for å produsere analytioner. Analyser med lav ioniseringsenergi kan ioniseres direkte. DART-ioniseringsprosessen kan produsere positive eller negative ioner avhengig av potensialet som påføres utgangselektroden.

Denne ioniseringen kan forekomme for [[Kjemiske specier|specier]] som er desorbert direkte fra overflater som [[valuta]], [[tablett]]er, kroppsvæsker ([[blod]], [[spytt]] og [[urin]]), [[polymer]]er, [[Glass (materiale)|glass]], [[Blad|planteblader]], [[frukt]] og [[grønnsak]]er, [[klær]] og levende [[organisme]]r. DART brukes for rask analyse av et bredt utvalg av prøver ved atmosfærisk trykk og i det åpne laboratoriemiljøet. Det trenger ikke et spesifikt prøvepreparat, så det kan brukes til analyse av faste, flytende og gassformede prøver i sin opprinnelige tilstand.

Ved hjelp av DART kan eksakte massemålinger gjøres raskt med massespektrometere med høy [[Oppløsning (massespektrometri)|oppløsning]]. DART massespektrometri har blitt brukt i [[Farmasi|farmasøytiske]] applikasjoner, [[rettsmedisin]]ske studier, kvalitetskontroll og miljøstudier.<ref name=":0">{{Kilde artikkel|tittel=Direct analysis in real time—a critical review on DART-MS|publikasjon=Analytical and Bioanalytical Chemistry|doi=10.1007/s00216-013-7316-0|url=http://link.springer.com/10.1007/s00216-013-7316-0|dato=Januar 2014|fornavn=Jürgen H.|etternavn=Gross|serie=1|språk=en|bind=406|sider=63–80|issn=1618-2642|besøksdato=2021-03-10}}</ref>

== Historie ==
DART stammer fra samtaler mellom Laramee og Cody om utviklingen av en atmosfærisk trykkionkilde for å erstatte de [[Radioaktivitet|radioaktive]] kildene i håndholdte kjemiske våpendetektorer. DART ble utviklet i slutten av 2002 til begynnelsen av 2003 av Cody og Laramee som en ny ioniseringsprosess for atmosfæretrykk,<ref>{{Kilde artikkel|tittel=Versatile New Ion Source for the Analysis of Materials in Open Air under Ambient Conditions|publikasjon=Analytical Chemistry|doi=10.1021/ac050162j|url=https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ac050162j|dato=April 2005|fornavn=Robert B.|etternavn=Cody|etternavn2=Laramée|fornavn2=James A.|etternavn3=Durst|fornavn3=H. Dupont|serie=8|språk=en|bind=77|sider=2297–2302|issn=0003-2700|besøksdato=2021-03-10}}</ref> og en amerikansk patentsøknad ble inngitt i april 2003. Selv om utviklingen av DART faktisk var forut for [[desorpsjonselektrosprayionisering]] (DESI)<ref>{{Kilde artikkel|tittel=Desorption electrospray ionization and other ambient ionization methods: current progress and preview|publikasjon=The Analyst|doi=10.1039/b925257f|url=http://xlink.rsc.org/?DOI=b925257f|dato=2010|fornavn=Demian R.|etternavn=Ifa|etternavn2=Wu|fornavn2=Chunping|etternavn3=Ouyang|fornavn3=Zheng|etternavn4=Cooks|fornavn4=R. Graham|serie=4|språk=en|bind=135|sider=669|issn=0003-2654|besøksdato=2021-03-10}}</ref> ionekilde, kom den første DART-publikasjonen først til kort tid etter DESI-publikasjonen, og begge ionekildene ble offentlig introdusert i back-to-back presentasjoner av R. G. Cooks og R. B. Cody på ASMS Sanibel-konferansen i januar 2005. DESI og DART betraktes som banebrytende teknikker innen ionisering av omgivelsene,<ref>{{Kilde bok|url=http://ebook.rsc.org/?DOI=10.1039/9781782628026|tittel=Ambient Ionization Mass Spectrometry:|dato=2014|utgiver=Royal Society of Chemistry|isbn=978-1-84973-926-9|redaktør-etternavn=Domin|redaktør-fornavn=Marek|redaktør2-etternavn=Cody|redaktør2-fornavn=Robert|serie=New Developments in Mass Spectrometry|utgivelsessted=Cambridge|doi=10.1039/9781782628026|url-status=yes}}</ref> siden de opererer i det åpne laboratoriemiljøet og ikke krever forbehandling av prøven.<ref>{{Kilde artikkel|tittel=Ambient Ionization Mass Spectrometry|publikasjon=Annual Review of Analytical Chemistry|doi=10.1146/annurev.anchem.111808.073702|url=http://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev.anchem.111808.073702|dato=Juni 2010|fornavn=Min-Zong|etternavn=Huang|etternavn2=Yuan|fornavn2=Cheng-Hui|etternavn3=Cheng|fornavn3=Sy-Chyi|etternavn4=Cho|fornavn4=Yi-Tzu|etternavn5=Shiea|fornavn5=Jentaie|serie=1|språk=en|bind=3|sider=43–65|issn=1936-1327|besøksdato=2021-03-10}}</ref><ref>{{Kilde artikkel|tittel=Ambient ionization mass spectrometry: real-time, proximal sample processing and ionization|publikasjon=Analytical Methods|doi=10.1039/C7AY00948H|url=http://xlink.rsc.org/?DOI=C7AY00948H|dato=2017|fornavn=R.|etternavn=Javanshad|etternavn2=Venter|fornavn2=A. R.|serie=34|språk=en|bind=9|sider=4896–4907|issn=1759-9660|besøksdato=2021-03-10}}</ref> I motsetning til den flytende sprayen som brukes av DESI, inneholder den ioniserende gassen fra DART-ionekilden en tørr strøm som inneholder [[Eksitasjon|eksitert]] tilstands specier.

== Prinsipp for drift ==

=== Ioniseringsprosess ===

==== Dannelse av metastabile specier ====
Når gassen (M) kommer inn i [[ionkilde]]n, påføres et [[elektrisk potensial]] i området +1 til +5 kV for å generere en glødutladning. Glødeavladningsplasmaet inneholder også kortvarige energiske specier, inkludert [[elektron]]er, [[ion]]er og eksiterte ustabile molekyler. Ion/elektron-rekombinasjon fører til dannelse av langlivede eksiterte nøytrale atomer eller molekyler (metastabile arter, M*) i den strømmende etterglød-regionen. DART-gassen kan oppvarmes fra romtemperatur (RT) til 550&nbsp;°C for å lette desorpsjon av analytmolekyler. Oppvarming er valgfritt, men kan være nødvendig avhengig av overflaten eller [[Kjemisk substans|kjemikaliet]] som analyseres. Den oppvarmede strømmen av gassformede metastabile specier passerer gjennom en porøs utgangselektrode som er forspent til et positivt eller negativt potensial i området 0 til 530V. Når forspent til et positivt potensial, fungerer utgangselektroden for å fjerne elektroner og negative ioner dannet av [[Penning-ionisering]] fra gasstrømmen for å forhindre ion/elektron-rekombinasjon og ion tap. Hvis utgangselektroden er forspent til et negativt potensial, kan elektroner genereres direkte fra elektrodematerialet ved overflatepenningionisering. En [[Elektrisk isolator|isolator]]<nowiki/>hette ved enden av ionekilden beskytter operatøren mot skade.

: <chem>M + energi -> M^\star </chem>

DART kan brukes til analyse av [[Faststoff|faste]], [[Væske|flytende]] eller [[gass]]formede prøver. Væsker blir vanligvis analysert ved å dyppe en gjenstand (for eksempel en glass-stang) i væskeprøven og deretter presentere den for DART-ionekilden. Damp blir introdusert direkte i DART-gasstrømmen.<ref name=":1">{{Kilde artikkel|tittel=Plasma-based ambient ionization mass spectrometry in bioanalytical sciences: PLASMA-BASED AMBIENT IONIZATION MS|publikasjon=Mass Spectrometry Reviews|doi=10.1002/mas.21460|url=http://doi.wiley.com/10.1002/mas.21460|dato=Januar 2016|fornavn=Marek|etternavn=Smoluch|etternavn2=Mielczarek|fornavn2=Przemyslaw|etternavn3=Silberring|fornavn3=Jerzy|serie=1|språk=en|bind=35|sider=22–34|besøksdato=2021-03-10}}</ref>
[[Fil:Schematic_diagram_of_a_DART_ion_source.png|miniatyr|Skjematisk diagram over en DART-ionekilde]]

==== Positiv iondannelse ====
Når de metastabile bærergassatomer (M*) er frigjort fra kilden, initierer de Penning-ionisering av nitrogen, atmosfærisk vann og andre gassarter. Selv om noen forbindelser kan ioniseres direkte ved Penning-ionisering,<ref>{{Kilde artikkel|tittel=Observation of Molecular Ions and Analysis of Nonpolar Compounds with the Direct Analysis in Real Time Ion Source|publikasjon=Analytical Chemistry|doi=10.1021/ac8022108|url=https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ac8022108|dato=Februar 2009|fornavn=Robert B.|etternavn=Cody|serie=3|språk=en|bind=81|sider=1101–1107|issn=0003-2700|besøksdato=2021-03-10}}</ref> involverer den vanligste mekanismen for dannelse av positive ioner for DART ionisering av atmosfærisk vann.

: <chem> {M^{\ast}} + {N2} -> {M} + {N2}^{+\bullet} + e^-</chem>
: <chem> {M^{\ast}} + {H2O} -> {M} + {H2O}^{+\bullet} + e^-</chem>

Selv om den eksakte ionedannelsesmekanismen ikke er klar, kan vann ioniseres direkte ved Penning-ionisering. Et annet forslag er at vann ioniseres av den samme mekanismen som er blitt foreslått for [[Atmosfærisk trykk kjemisk ionisering|kjemisk ionisering ved atmosfæretrykk]]<ref name=":0" />

: <chem> {N2^{+\bullet}} + {2N2} -> {N4+} + {N2}</chem>

: <chem> {N4^{+\bullet}} + {H2O} -> {2N2} + {H2O}^{+\bullet} </chem>

Ionisert vann kan gjennomgå ytterligere ion-molekylreaksjoner for å danne protonerte vannklynger <chem>[(H2O)_{n} H]^+</chem><ref>{{Kilde artikkel|tittel=Recent developments in ambient ionization techniques for analytical mass spectrometry|publikasjon=The Analyst|doi=10.1039/b806810k|url=http://xlink.rsc.org/?DOI=b806810k|dato=2008|fornavn=Glenn A.|etternavn=Harris|etternavn2=Nyadong|fornavn2=Leonard|etternavn3=Fernandez|fornavn3=Facundo M.|serie=10|språk=en|bind=133|sider=1297|issn=0003-2654|besøksdato=2021-03-10}}</ref>

: <chem> {H2O^{+\bullet}} + {H2O} -> {H3O+} + {OH^-} </chem>

: <chem> {H3O^+} + \mathit{n}H2O -> {[{\mathit{n}H2O} + H]}^+ </chem>

Strømmen av protonerte vannklynger fungerer som en sekundær ioniserende specier<ref name=":2">{{Kilde artikkel|tittel=Ambient mass spectrometry: bringing MS into the “real world”|publikasjon=Analytical and Bioanalytical Chemistry|doi=10.1007/s00216-010-3808-3|url=http://link.springer.com/10.1007/s00216-010-3808-3|dato=September 2010|fornavn=Rosana M.|etternavn=Alberici|etternavn2=Simas|fornavn2=Rosineide C.|etternavn3=Sanvido|fornavn3=Gustavo B.|etternavn4=Romão|fornavn4=Wanderson|etternavn5=Lalli|fornavn5=Priscila M.|etternavn6=Benassi|fornavn6=Mario|etternavn7=Cunha|fornavn7=Ildenize B. S.|etternavn8=Eberlin|fornavn8=Marcos N.|serie=1|språk=en|bind=398|sider=265–294|issn=1618-2642|besøksdato=2021-03-10}}</ref> og genererer analytioner ved kjemiske ioniseringsmekanismer ved atmosfæretrykk.<ref>{{Kilde artikkel|tittel=Ambient ionization mass spectrometry: current understanding of mechanistic theory; analytical performance and application areas|publikasjon=The Analyst|doi=10.1039/b925579f|url=http://xlink.rsc.org/?DOI=b925579f|dato=2010|fornavn=Daniel J.|etternavn=Weston|serie=4|språk=en|bind=135|sider=661|issn=0003-2654|besøksdato=2021-03-10}}</ref> Her kan protonering, deprotonering, direkte ladningsoverføring og dannelse av adduktioner forekomme.<ref name=":0" /><ref name=":1" />

: <chem> {S} + {[{\mathit{n}H2O} + H]}^{+} -> {[{S} + H]}^+ + \mathit{n}H2O </chem>

: <chem> {N4}^{+\bullet} + S -> {2N2} + S^{+\bullet} </chem>

: <chem> {O2}^{+\bullet} + S -> {O2} + S^{+\bullet} </chem>

: <chem> {NO^+} + S -> {NO} + S^{+\bullet} </chem>

: <chem> {[NH4]^+} + S -> {[{S} + NH4]}^+ </chem>

Metastabile argonatomer har ikke nok indre energi til å ionisere vann, så DART-ionisering med argongass krever bruk av dopmiddel.<ref>{{Kilde artikkel|tittel=Dopant-assisted direct analysis in real time mass spectrometry with argon gas: Dopant-assisted DART-MS with argon gas|publikasjon=Rapid Communications in Mass Spectrometry|doi=10.1002/rcm.7552|url=http://doi.wiley.com/10.1002/rcm.7552|dato=2016-05-30|fornavn=Robert B.|etternavn=Cody|etternavn2=Dane|fornavn2=A. John|serie=10|språk=en|bind=30|sider=1181–1189|besøksdato=2021-03-10}}</ref>

==== Negativ iondannelse ====
I negativ-ion-modus kan potensialet til utgangsgitterelektroden settes til negative potensialer. Penningelektroner gjennomgår elektronfangst med atmosfærisk oksygen for å produsere O<sub>2</sub><sup>−</sup>. O<sub>2</sub><sup>−</sup> vil produsere [[Frie radikaler|radikale]] anioner. Flere reaksjoner er mulige, avhengig av analyten.<ref name=":0" />

: <chem> {O2} + {e}^{-} -> {O2} ^{-\bullet} </chem>

: <chem> {O2} ^{-\bullet} + {S} -> {S}^{-\bullet} + O2 </chem>

: <chem> {S} + {e}^{-} ->  {S}^{-\bullet} </chem>

: <chem> {SX} + {e}^{-} ->  {S}^{-} + {X}^{\bullet} </chem>

: <chem> {SH}  ->  {[S-H]}^{-} + {H}^{+} </chem>

Den negative ionefølsomheten til DART-gasser varierer med effektiviteten i å danne elektroner ved Penning-ionisering, noe som betyr at den negative ionefølsomheten øker med den indre energien til det metastabile speciet, for eksempel nitrogen<neon<helium.

=== Instrumentering ===

==== Kilde til analysatorgrensesnitt ====
[[Fil:DART ion source capsule.jpg|miniatyr|En [[Kapsler (legemiddel)|kapsel]] som analyseres holdes i prøvekammeret mellom DART-ionekilden (høyre) og spektrometerinnløpet (kjeglen til venstre).]]
Analyttioner dannes ved omgivelsestrykk under Penning og [[kjemisk ionisering]]. Massespektrometrianalysen finner imidlertid sted under høyt [[vakuum]]. Derfor går ioner som kommer inn i massespektrometeret først gjennom et kilde-til-analysatorgrensesnitt (vakuumgrensesnitt), som ble designet for å bygge bro over atmosfæretrykkområdet til massespektrometervakuumet. Det minimerer også spektrometerforurensning.

I det originale JEOL-atmosfæriske trykkgrensesnittet som brukes til DART, blir ionene ledet til ioneføringen gjennom (ytre) og (indre) skimmeråpninger ved å bruke en liten potensialforskjell mellom dem: åpning 1: 20 V og åpning 2: 5 V Innrettingen av de to åpningene er forskjøvet for å fange nøytral forurensning og beskytte regionen med høyt vakuum. Ladede specier (ioner) ledes til den andre åpningen gjennom en mellomliggende sylindrisk elektrode ("ringlinse"), men nøytrale molekyler beveger seg i en rett vei og blir dermed blokkert fra å komme inn i ioneføreren. Den nøytrale forurensningen fjernes deretter av [[Vakuumpumpe|pumpen]].

DART-kilden kan brukes i overflates desorpsjonsmodus eller overføringsmodus. I den vanlige overflatestesorpsjonsmodusen plasseres prøven på en måte som gjør det mulig for den reaktive DART-reagensionstrømmen å strømme videre til overflaten samtidig som den tillater strøm av desorberte analytioner inn i grensesnittet. Derfor krever denne modusen at gasstrømmen beiter prøveoverflaten og ikke blokkerer gasstrømmen til massespektrometer-prøvetakingsåpningen. I motsetning til dette bruker overføringsmodus DART (tm-DART) en spesiallaget prøveholder og introduserer prøven i en fast geometri.<ref name=":2" /><ref>{{Kilde artikkel|tittel=Applications of ambient mass spectrometry in high-throughput screening|publikasjon=The Analyst|doi=10.1039/c3an00119a|url=http://xlink.rsc.org/?DOI=c3an00119a|dato=2013|fornavn=Li-Ping|etternavn=Li|etternavn2=Feng|fornavn2=Bao-Sheng|etternavn3=Yang|fornavn3=Jian-Wang|etternavn4=Chang|fornavn4=Cui-Lan|etternavn5=Bai|fornavn5=Yu|etternavn6=Liu|fornavn6=Hu-Wei|serie=11|språk=en|bind=138|sider=3097|issn=0003-2654|besøksdato=2021-03-10}}</ref>
[[Fil:DART-transmission mode.png|miniatyr|Skjematisk diagram over DART-overføringsmodus]]

==== Kobling med separasjonsteknikker ====
DART kan kombineres med mange separasjonsteknikker. [[Tynnsjiktkromatografi]] (TLC) er analysert ved å plassere dem direkte i DART-gasstrømmen. [[Gasskromatografi]] er utført ved å koble gasskromatografikolonner direkte inn i DART-gasstrømmen gjennom et oppvarmet grensesnitt. Eluat fra en [[Væskekromatografi|høytrykks væskekromatograf]] (HPLC) kan også innføres i reaksjonssonen til DART-kilden og analyseres. DART kan kobles med kapillærelektroforese (CE) og eluatet av CE blir ført til massespektrometeret gjennom DART-ionekilden.<ref name=":0" />

== Massespektre ==
I positiv ion-modus produserer DART overveiende protonerte molekyler [M + H]<sup>+</sup> og i negativ-ion-modus deprotonerte molekyler [M-H]<sup>-</sup>. Både negative og positive moduser for DART gir relativt enkle [[Massespektrum|massespektre]]. Avhengig av typen analyt, kan andre speciet som dannes, for eksempel flere ladede addukter. DART kategorisert under myk ioniseringsteknikk. Fragmentering kan sjelden observeres for noen molekyler.
[[Fil:DART source red ink spectrum.png|miniatyr|DART kilden er markert i rødt i spektrumet]]
Bruk av DART sammenlignet med tradisjonelle metoder minimerer prøvemengden, forberedelse av prøven, eliminerer ekstraksjonstrinn, reduserer deteksjonsgrensen og analysetiden. Det gir også et bredt spekter av følsomhet, samtidig bestemmelse av multi-drug analytter og tilstrekkelig massenøyaktighet for formuleringsbestemmelse.<ref name=":1" />

DART-ionekilden er en slags gassfase-ionisering, og den krever en slags flyktighet av analytten for å støtte termisk assistert desorpsjon av analytioner.<ref>{{Kilde artikkel|tittel=Ambient ionization mass spectrometry: A tutorial|publikasjon=Analytica Chimica Acta|doi=10.1016/j.aca.2011.06.017|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0003267011008440|dato=September 2011|fornavn=Min-Zong|etternavn=Huang|etternavn2=Cheng|fornavn2=Sy-Chi|etternavn3=Cho|fornavn3=Yi-Tzu|etternavn4=Shiea|fornavn4=Jentaie|serie=1|språk=en|bind=702|sider=1–15|besøksdato=2021-03-10}}</ref> Dette begrenser størrelsesområdet for molekylene som kan analyseres av DART, dvs. [[Masse-til-ladningsforhold|m/z]] 50 til 1200.<ref name=":0" /><ref>{{Kilde artikkel|tittel=Chemical Aspects of the Extractive Methods of Ambient Ionization Mass Spectrometry|publikasjon=Annual Review of Physical Chemistry|doi=10.1146/annurev-physchem-040412-110026|url=http://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev-physchem-040412-110026|dato=April 2013|fornavn=Abraham K.|etternavn=Badu-Tawiah|etternavn2=Eberlin|fornavn2=Livia S.|etternavn3=Ouyang|fornavn3=Zheng|etternavn4=Cooks|fornavn4=R. Graham|serie=1|språk=en|bind=64|sider=481–505|issn=0066-426X|besøksdato=2021-03-10}}</ref> DART-MS er i stand til semikvantitativ og kvantitativ analyse. For å akselerere frigjøring av prøven fra overflaten, oppvarmes DART-gasstrømmen vanligvis til temperatur i området 100-500&nbsp;°C, og denne operasjonen kan brukes til temperaturavhengig analyse.<ref>{{Kilde artikkel|tittel=Temperature-dependent release of volatile organic compounds of eucalypts by direct analysis in real time (DART) mass spectrometry: Temperature-dependent release of VOCs of eucalypts|publikasjon=Rapid Communications in Mass Spectrometry|doi=10.1002/rcm.4133|url=http://doi.wiley.com/10.1002/rcm.4133|dato=2009-08-15|fornavn=Simin D.|etternavn=Maleknia|etternavn2=Vail|fornavn2=Teresa M.|etternavn3=Cody|fornavn3=Robert B.|etternavn4=Sparkman|fornavn4=David O.|etternavn5=Bell|fornavn5=Tina L.|etternavn6=Adams|fornavn6=Mark A.|serie=15|språk=en|bind=23|sider=2241–2246|besøksdato=2021-03-10}}</ref>

== Referanser ==
<references />

{{Massespektrometri}}

{{Autoritetsdata}}

[[Kategori:Ionekilde]]
[[Kategori:Måleinstrumenter]]