Bombardeo atómico rápido

bombardeo atómico rápido (FAB) es una técnica de ionización utilizada en espectrometría de masas en la que un haz de átomos de alta energía golpea una superficie para crear iones. Fue desarrollado por Michael Barber en la Universidad de Manchester en 1980. Cuando se utiliza un haz de iones de alta energía en lugar de átomos (como en la espectrometría de masas de iones secundarios), el método se conoce como espectrometría de masas de iones secundarios líquidos (LSIMS). En FAB y LSIMS, el material a analizar se mezcla con un entorno de protección química no volátil, llamado matriz, y se bombardea al vacío con un haz atómico de alta energía (4000 a 10 000 electronvoltios). Los átomos suelen proceder de un gas inerte como argón o xenón. Las matrices comunes incluyen glicerol, tioglicerol, alcohol 3-nitrobencílico (3-NBA), éter 18-corona-6, éter 2-nitrofeniloctilo, sulfolano, dietanolamina y trietanolamina. Esta técnica es similar a la espectrometría de masas de iones secundarios y a la espectrometría de masas por desorción de plasma.

Mecanismo de ionización

FAB es una técnica de ionización de fragmentación relativamente baja (suave) y produce principalmente moléculas protonadas intactas denominadas [M + H]⁺ y moléculas desprotonadas como [M - H]⁻. En casos raros, también se pueden observar cationes radicales en un espectro FAB. FAB fue diseñado como una versión mejorada de SIMS que permitió que el haz primario ya no causara efectos dañinos a la muestra. La principal diferencia entre las dos técnicas es la diferencia en la naturaleza del haz primario utilizado; iones versus átomos. Para LSIMS, los iones de cesio y Cs⁺ forman el haz primario y para FAB, el haz primario está formado por átomos de Xe o Ar. Los átomos de Xe se utilizan porque tienden a ser más sensibles que los átomos de argón debido a sus mayores masas y su mayor impulso. Para que FAB ionice las moléculas, primero los átomos de movimiento lento (Xe o Ar) se ionizan mediante la colisión de electrones. Luego, esos átomos de movimiento lento se ionizan y aceleran hasta un cierto potencial donde se convierten en iones de movimiento rápido que se vuelven neutrales en una densa nube de exceso de átomos de gas natural que forman una corriente fluida de átomos de alta energía de traslación. Aunque no se ha descubierto completamente el mecanismo exacto de cómo se ionizan las muestras, la naturaleza de su mecanismo de ionización es similar a la desorción/ionización por láser asistida por matriz (MALDI) y la ionización química.

Matrices e introducción de ejemplos

Como se indicó anteriormente, en FAB las muestras se mezclan con un ambiente no volátil (matriz) para poder ser analizadas. FAB utiliza una matriz líquida que se mezcla con la muestra para proporcionar una corriente iónica de muestra sostenida, reduce los daños causados a la muestra al absorber el impacto del haz primario y mantiene las moléculas de la muestra en forma agregada. La matriz líquida, como cualquier otra matriz, proporciona lo más importante un medio que promueve la ionización de la muestra. La matriz más aceptada para este tipo de ionización es el glicerol. Elegir la matriz adecuada para la muestra es crucial porque la matriz también puede influir en el grado de fragmentación de los iones de la muestra (analito). Luego, la muestra se puede introducir en el análisis FAB. El método normal de introducir la mezcla muestra-matriz es a través de una sonda de inserción. La mezcla de muestra y matriz se carga en un objetivo de muestra de acero inoxidable en la sonda, que luego se coloca en la fuente de iones mediante un cierre de vacío. El método alternativo para introducir la muestra es mediante el uso de un dispositivo llamado bombardeo atómico rápido (CF) de flujo continuo -FAB.

Bombardeo atómico rápido de flujo continuo

En ccontinuo fbajo fast untom bombardamiento ( CF-FAB), la muestra se introduce en la sonda de inserción del espectrómetro de masas a través de un capilar de pequeño diámetro. (CF)-FAB se desarrolló para minimizar el problema de la mala sensibilidad de detección causada por un exceso del fondo de la matriz que da como resultado una alta relación matriz-muestra. Cuando se utiliza una frita metálica para dispersar el líquido en la sonda, la técnica se conoce como frita FAB. Las muestras se pueden introducir mediante inyección de flujo, microdiálisis o mediante acoplamiento con cromatografía líquida. Los caudales suelen estar entre 1 y 20 μL/min. CF-FAB tiene una mayor sensibilidad en comparación con FAB estático

Aplicaciones

El primer ejemplo de la aplicación práctica de este FAB fue la elucidación de la secuencia de aminoácidos del oligopéptido efrapeptina D. Este contenía una variedad de residuos de aminoácidos muy inusuales. Se demostró que la secuencia era: N-acetil-L-pip-AIB-L-pip-AIB-AIB-L-leu-beta-ala-gly-AIB-AIB-L-pip-AIB-gly-L-leu -L-iva-AIB-X. PIP = ácido pipecólico, AIB = ácido alfa-amino-isobutírico, leu = leucina, iva = isovalina, gly = glicina. Este es un potente inhibidor de la actividad de la ATPasa mitocondrial. Otra aplicación de FAB incluye su uso original para el análisis de muestras en fase condensada. FAB se puede utilizar para medir el peso molecular de muestras por debajo de 5000 Da, así como sus características estructurales. FAB se puede combinar con varios espectrómetros de masas para el análisis de datos, como un analizador de masas cuadrupolo, cromatografía líquida-espectrometría de masas y más.

Análisis inorgánico

En 1983 se publicó un artículo que describía el uso de la espectrometría de masas por bombardeo atómico rápido (FAB-MS) para analizar isótopos de calcio. No se utilizó glicerol; Se depositaron muestras en solución acuosa sobre el objetivo de muestra y se secaron antes del análisis. La técnica fue efectivamente espectrometría de masas de iones secundarios utilizando un haz primario neutro. Este fue un avance bienvenido para los investigadores biomédicos que estudian la nutrición y el metabolismo de minerales esenciales pero que carecen de acceso a instrumentos de espectrometría de masas inorgánicas, como la espectrometría de masas de ionización térmica o la espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS). Por el contrario, los espectrómetros de masas FAB se encuentran ampliamente en las instituciones de investigación biomédica. Varios laboratorios adoptaron esta técnica y utilizaron FAB-MS para medir las proporciones de isótopos en estudios de trazadores de isótopos de calcio, hierro, magnesio y zinc. El análisis de metales requirió modificaciones mínimas de los espectrómetros de masas, por ejemplo, reemplazar los objetivos de muestra de acero inoxidable por otros de plata pura para eliminar el fondo de la ionización de los componentes de acero inoxidable. En ocasiones, los sistemas de adquisición de señales se modificaban para realizar saltos de picos en lugar de escaneo y para realizar detección de conteo de iones. Si bien se logró una precisión y exactitud satisfactorias con FAB-MS, la técnica requirió mucha mano de obra con una tasa de rendimiento de muestra muy baja debido en parte a la ausencia de opciones de muestreo automático. A principios de la década de 2000, esta grave limitación de la tasa de muestreo había motivado a los usuarios de FAB-MS para análisis de isótopos minerales a cambiar a espectrómetros de masas inorgánicos convencionales, generalmente ICP-MS, que también mostraban una mayor asequibilidad y un rendimiento de análisis de relaciones isotópicas en ese momento.