环境质谱可视化纹影摄影的使用
2016年6月20日
本文提出了一种使用纹影摄影和质谱法对环境电离源的气体流进行可视化的方案。
该程序的总体目标是可视化与质谱法一起使用的环境电离源的气流，以便了解和优化电离源。该方法有助于回答环境电离质谱领域的关键问题，例如电离效率与源位置的关系。该技术的主要优点是使用具有环境电离源的可视化气流，以更好地了解与检测技术相关的物理现象。
虽然这种方法可以提供对环境质谱的见解，但它也可以应用于其他系统，例如涉及气流的物理现象。一个例子是空气动力学场。通常，刚接触这种方法的人会很困难，因为最初很难弄清楚如何手动调整系统以实现相机的正确对齐。
首先，将球面凹面镜夹在足够大的环形支架夹中以支撑镜子。将带有镜子的环形支架夹连接到垂直于地板的三英尺环形支架上。将环形支架和镜子放在质谱仪源的一侧。
调整镜子的表面，使其与光源平行且高度相同。然后，定位镜子，使其中心与质谱仪的中心源区域对齐。接下来，将金属板连接到三脚架顶部。
使用磁铁将剃须刀片（称为切断）连接到金属板上，使锋利的边缘垂直。将三脚架与镜子对齐，焦距为镜子焦距的两倍。然后，将剃须刀片与从镜子反射的光路正交对齐。
手动调整三脚架的高度，使剃须刀片的锋利边缘与镜子的中心大致对齐。然后，将带有 300 毫米长焦镜头的数码相机安装在单独的三脚架上。调整摄像机的位置，使镜头位于正后方 4 厘米处，并与剃须刀片的高度相同。
将摄像机的视频输出连接到计算机监视器，轻松实时查看纹影现象。在小瓶盖的中心钻一个直径约为 6 毫米的零点小孔，以便将其连接到手电筒上。使用高温铝箔胶带将样品瓶盖贴在 200 流明 LED 手电筒上。
仅当所有组件的对齐正确时，实验才会起作用。请注意确保正确的位置。为确保手电筒的正确定位，请将激光指示器放在剃须刀片旁边的金属板上。
手动移动激光指示器，使 Bean 撞击镜子的中心。根据需要进行调整，以确保反射光束与剃须刀片正交相交，以便大约一半的光束被阻挡。如果光束未对准，请手动调整镜子的位置，将激光笔的光束直接对准剃须刀片。
确保激光束以镜头为中心后，在一切都对齐的同时，将激光笔更换为带盖的手电筒。接下来，打开手电筒。使用一张白纸，观察截断处的反射光，确保光束是一个小的聚焦点。
进行任何必要的垂直调整，以阻挡具有截止值的大约一半的反射光束。然后，取下相机上的镜头盖并对焦于反光镜。在测试区域内手动对准质谱离子源，喷嘴末端与质谱仪入口之间保持 10 mm 的距离。
然后，手动打开指向环境源的针阀，让氮气流过它。打开用于控制质谱仪的软件。点击 文件 ，然后选择 打开 Tune。
然后，选择相应的 Tune 文件。打开手动 Tune 后，将所有电压和温度施加到环境源。在温度升高时，在数码相机的观察屏幕上，使用 Schlieren 装置观察流出喷嘴的流量的外观。
在相机上看到所需的图像后，通过拍摄气流的照片来收集它。此时，使用图像查看软件打开获取的图像，并打印它。使用铅笔和尺子在打印的图像上手动画一条线，定义平行于流动方向的气流中心轴。
使用尺子，在打印图像上沿可视化气流的边缘手动绘制一条线。标记气流的外边缘以获得喷雾半角的范围。最后，使用量角器测量中心轴和线之间产生的角度。
当纹影设置中的所有组件都正确对齐时，测试区域内的气体可以看作是对比鲜明的暗区和亮区。这种对比可用于观察来自质谱源的氮气射流的形状如何随着喷嘴尺寸的减小而变化。源和气流的完整、未裁剪的纹影图像说明了测试对象相对于镜子的方向，并显示了当适当数量的光被切断时应该出现的情况。
如果截止值太高或太低，将导致图像质量不佳。在喷嘴尺寸恒定的情况下，半角随压力的增加而相应增加，表明气流的整体尺寸增加。在恒定压力下，半角随着喷嘴直径的增大而增加，这意味着随着喷嘴直径的增加，从源头出来的氮气射流尺寸的整体规模增加。
一旦掌握，如果执行得当，这项技术可以在一到两个小时内完成。观看此视频后，您应该对如何可视化环境电离源的气流有很好的了解。不要忘记，使用激光笔可能非常危险，因此在执行此程序时应始终佩戴防护眼镜。
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概述
本文提出了一种用于质谱仪的环境电离源气流可视化的协议。该方法旨在增强对电离源的理解和优化。
关键研究组成部分
科学领域
- 质谱分析
- 电离技术
- 气流可视化
背景
- 了解电离效率与源位置的关系至关重要。
- 可视化的气流可以揭示与检测技术相关的物理现象。
- 这种方法也可以应用于其他领域，如空气动力学。
- 新用户可能在系统对齐方面面临挑战。
研究目的
- 可视化气流以更好地理解电离源。
- 优化环境电离质谱的性能。
- 提供适用于各种科学领域的见解。
使用的方法
- 利用谢尔伦摄影法可视化气流。
- 使用质谱分析电离过程。
- 手动调整相机对齐。
- 电离效率的比较分析。
主要结果
- 成功可视化气体流。
- 对电离源的物理现象有了见解。
- 识别影响电离效率的因素。
- 在其他科学领域的潜在应用。
结论
- 该协议增强了对环境电离源的理解。
- 可视化的气流为优化提供了宝贵的见解。
- 该方法具有多功能性，适用于各种领域。
常见问题
Executive Industry Relevance
Visualization of ambient ionization gas streams using schlieren photography enables direct assessment of physical parameters critical to mass spectrometry source optimization. This capability supports predictive confidence in ionization efficiency and informs early-stage decisions on source configuration, directly impacting assay reliability and downstream analytical workflows. Integrating real-time visualization into R&D pipelines enhances mechanistic understanding and reduces ambiguity in source performance, supporting robust portfolio advancement.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables direct observation of gas flow dynamics to clarify ionization mechanisms.
- Supports functional de-risking of ion source configurations for target validation assays.
- Improves predictive confidence in analyte ionization, informing early go/no-go decisions.
Screening & Assay Development
- Facilitates standardization of ion source setup for reproducible assay conditions.
- Provides quantitative visualization of gas stream geometry, supporting assay optimization.
- Enables rapid troubleshooting and alignment, reducing variability in screening workflows.
Translational & Preclinical Research
- Aligns physical source parameters with analytical requirements for translational studies.
- Supports continuity from discovery through preclinical validation by ensuring consistent ionization performance.
- Reduces risk of analytical artifacts in biomarker or pharmacokinetic studies.
Pipeline & Workflow Integration
Schlieren visualization integrates at the interface of analytical method development and assay optimization, bridging early discovery and preclinical workflows.
- Discovery Biology: Provides real-time feedback on source alignment and gas flow, supporting hypothesis-driven optimization.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative visualization of gas streams for assay readiness.
- Analytics: Enables measurement of spray angles and flow profiles, supporting comparative analysis of source conditions.
- Translational Research: Ensures analytical consistency across model systems when supported by source data.
- Enterprise Reuse: Establishes a standardized visualization protocol applicable across multiple ionization platforms.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in ionization efficiency and reduces mechanistic ambiguity.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and troubleshooting of mass spectrometry sources.
- Strategic Value: Supports informed go/no-go decisions and capital-efficient assay development.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of analytical platforms and workflows.
Implementation Considerations
- Requires expertise in optical alignment and mass spectrometry source configuration.
- Needs access to basic optical components and imaging infrastructure.
- Demands cross-team standardization for reproducible visualization outcomes.
- Adaptable to various ionization sources and gas types with proper alignment.
- Manual alignment and safety precautions are critical for reliable results.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
0:59
Schlieren Photography
3:40
Example Test Object: Mass Spectrometry Ionization Source
4:33
Determination of Spray Half Angle from a Collected Image
5:11
Results: Visualization of Mass Spectrometry Ambient Ionization Source Using Schlieren Photography
6:15
Conclusion
