Введение

Быстрая атомная бомбардировка (FAB) — это метод ионизации, используемый в масс-спектрометрии, при котором пучок атомов высокой энергии направляется на поверхность для создания ионов. Он был разработан Майклом Барбером в Манчестерском университете в 1980 году. Если вместо атомов используется пучок ионов высокой энергии (как в вторичной ионной масс-спектрометрии), метод называется жидкостной вторичной ионной масс-спектрометрией (LSIMS). В методах FAB и LSIMS анализируемое вещество смешивается с нелетучей химической средой, обеспечивающей защиту, называемой матрицей, и подвергается бомбардировке под вакуумом пучком атомов высокой энергии (от 4000 до 10000 электронвольт). Атомы обычно берутся из инертного газа, такого как аргон или ксенон. К распространенным матрицам относятся глицерин, тиоглицерин, 3-нитробензиловый спирт (3-НБА), 18-краун-6 эфир, 2-нитрофенилоктиловый эфир, сульфолан, диэтаноламин и триэтаноламин. Этот метод схож с вторичной ионной масс-спектрометрией и масс-спектрометрией плазменной десорбции.

Механизм ионизации

FAB — это методика ионизации с относительно низкой степенью фрагментации (мягкая ионизация), которая преимущественно образует неповрежденные протонированные молекулы, обозначаемые как [M + H]+, и депротонированные молекулы, такие как [M – H]−. Радикальные катионы также могут наблюдаться в спектре FAB, хотя и редко. FAB был разработан как усовершенствованная версия SIMS, позволяющая избежать повреждающего воздействия первичного пучка на образец. Основное различие между этими двумя методиками заключается в природе используемого первичного пучка: ионы против атомов. Атомы Xe используются, поскольку они, как правило, более чувствительны, чем атомы аргона, благодаря большей массе и большему импульсу. Для ионизации молекул методом FAB, сначала медленно движущиеся атомы (Xe или Ar) ионизируются при столкновении с электронами. Затем эти медленно движущиеся атомы ионизируются и ускоряются до определенного потенциала, превращаясь в быстродвижущиеся ионы, которые нейтрализуются в плотном облаке избыточных атомов природного газа, формируя поток атомов с высокой кинетической энергией, что приводит к химической ионизации.

Матрицы и введение образцов

Как уже было сказано ранее, в FAB образцы смешиваются с нелетучей средой (матрицей) для проведения анализа. FAB использует жидкую матрицу, которая смешивается с образцом для обеспечения устойчивого ионного тока, снижения повреждений образца за счет поглощения удара первичного пучка и предотвращения агрегации молекул образца. (CF) FAB был разработан для минимизации проблемы низкой чувствительности детектирования, вызванной избытком матричного фона, приводящего к высокому соотношению матрицы к образцу. Образцы могут вводиться методом проточной инъекции, микродиализа или путем соединения с жидкостной хроматографией. Скорость потока обычно составляет от 1 до 20 мкл/мин.

Приложения

Первым примером практического применения этого FAB стало установление аминокислотной последовательности олигопептида эфрапептида D. Он содержал ряд весьма необычных аминокислотных остатков. Последовательность была определена как: N-ацетил-L-pip-AIB-L-pip-AIB-AIB-L-leu-β-ала-гли-AIB-AIB-L-pip-AIB-гли-L-leu-L-iva-AIB-X. PIP = пипеколиновая кислота, AIB = альфа-аминоизомасляная кислота, leu = лейцин, iva = изовалин, гли = глицин. Это сильный ингибитор активности митохондриальной АТФазы. Другое применение FAB включает его изначальное использование для анализа образцов в конденсированной фазе. FAB может применяться для измерения молекулярной массы образцов менее 5000 Да, а также для определения их структурных характеристик. FAB можно комбинировать с различными масс-спектрометрами для анализа данных, такими как квадропольный масс-анализатор, жидкостная хроматография – масс-спектрометрия и другие методы.

Анализ неорганических веществ

В 1983 году была опубликована статья, описывающая использование масс-спектрометрии быстрого атомного обстрела (FAB MS) для анализа изотопов кальция. Глицерин не использовался; образцы в водном растворе наносились на мишень и высушивались перед анализом. По сути, это была вторичная ионная масс-спектрометрия с использованием нейтрального первичного пучка. Это стало важным достижением для биомедицинских исследователей, изучающих питание и метаболизм необходимых минералов, но не имеющих доступа к приборам для неорганической масс-спектрометрии, таким как масс-спектрометрия с термической ионизацией или индуктивно связанной плазмой (ICP MS). В отличие от этого, ФАБ-масс-спектрометры широко использовались в биомедицинских исследовательских институтах. Многие лаборатории переняли эту методику, используя FAB MS для измерения изотопных соотношений в исследованиях с использованием изотопных трассеров кальция, железа, магния и цинка. Анализ металлов требовал минимальной модификации масс-спектрометров, например, замены мишеней из нержавеющей стали на мишени из чистого серебра для устранения фонового сигнала от ионизации компонентов из нержавеющей стали. Системы регистрации сигналов иногда модифицировались для выполнения «перескока» пиков вместо сканирования и для проведения ионного счета. Несмотря на достижение удовлетворительной точности и прецизионности с помощью FAB MS, методика была трудоемкой и характеризовалась очень низкой производительностью из-за отсутствия автоматической подачи проб. К началу 2000-х годов это серьезное ограничение скорости анализа побудило пользователей FAB MS для анализа изотопов минералов перейти на традиционные неорганические масс-спектрометры, как правило, ICP MS, которые к тому времени также стали более доступными и обеспечивали более высокую производительность анализа изотопных соотношений.