방법 논문

슐 리렌 사진의 사용과 주변 질량 분석의 시각화

DOI:

10.3791/54195

⸱

2016년 6월 20일

 ,  , 
1Department of Chemistry and Biochemistry, University of Maryland, Baltimore County

이 논문에서

요약

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 논문은 schlieren 사진 및 질량 분석법을 사용하여 주변 이온화 소스의 기체 흐름을 시각화하기 위한 프로토콜을 제시합니다.

초록

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이 원고는 슐 리렌 사진을 사용하여 질량 분석 주변 이온화 소스를 시각화하는 방법에 대해 설명합니다. 적절 질량 분석을 최적화하기 위하여, 특성화 및 소스의 물리적 원리를 이해하는 것이 필요하다. 대부분의 상용 주변 이온화 소스는 분석 물질의 이온화를 촉진하기 위해, 질소, 헬륨, 또는 대기 공기 제트를 이용한다. 결과적으로 슐 리렌 그래피 실시간으로 시각화 스트림과 주변 공기 사이의 굴절률의 차이를 이용하여 기체 스트림을 시각화 할 수있다. 기본 설정은 카메라, 거울, 손전등, 그리고 면도날이 필요합니다. 적절히 구성된 경우, 소스의 실시간 이미지는 반사를 보면서 관찰된다. 이는 소스 작용 기전에 대한 통찰력을 허용하고, 그 최적화 경로가 설명 될 수있다. 라이트는 달리 눈에 보이지 않는 상황에 흘려된다.

서론

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질량 분석, 분자량 식별에 사용할 수있는 분석 도구는 현재까지 가장 강력한 분석 기술 중 하나가되고있다. 지난 10 년간 새로운 주변 이온화 소스의 모든 호스트는 질량 분석 검출을 위하여 이용 될 수있다. 이 논문에서 수집 한 데이터의 경우, 직접 시료 분석 (DSA) 소스가 이용되었다. 이러한 소스는 매우 다양한 있지만, 실제 이온화 프로세스의보다 상세한 기술은 그 목적 및 최적화의 연장이 필요하다. 이 실험의 목적은 슐 리렌 그래피이라는 기술을 사용하는 장치에서 질소 기류 가시화 통해 주변 소스에서 이온화 과정의 더 나은 이해를 얻을 수있다.

과학 연구는 종종 연구의 목적은 육안으로 투명 경우 어려운 관찰을 시작합니다. 슐 리렌 사진은 눈에 보이지 않는 수 있도록하는 기술이다투명 용지 (1) 내의 굴절률의 변화에 의존을 통해 볼 수있게합니다. 굴절률의 불균일성 시각화를 허용 빛의 왜곡을 야기한다. 슐 리렌 기법은 통상적으로 전기 영동 2-5 단백질 밴드를 시각화 탄도 모델링, 항공 우주 공학, 일반적인 가스 검출 및 모니터링 흐름을 포함한 특수 다양한 분야에 때때로 사용된다.

대부분의 주변 이온화 소스는 이온화를 촉진하기 위해 기류를 사용한다. 다양한 조건 그러나이 실험의 파라미터는 주위 실험실 공기와 상이한 굴절률 가스의 이용을 포함하며, 소스 옵션 존재할 수있다. 이 특정 연구는 뜨거운 질소를 사용합니다. 굴절률 단지 작은 차이는 주로 때문에, RT (6)에서의 가스 흐름 및 공기 순수한 질소 사이에 관찰되는 것을 주목해야한다적외선은 대부분 질소로 구성되어있다. 이러한 문제로 인해 가스가 관찰 할 굴절률 상당한 정도로 변화를 일으키는 기류 순수한 질소의 고온 이때 극복된다.

리얼 타임 (DART)에 대기압 잔광 (FAPA) 8-10, 및 직접 분석을 흐르는 이러한 탈착 대기 화학 이온화 (DAPCI) 7과 같은 다른 질량 분석 원은 11 이온화 소스는 슐 리렌 사진을 사용했다. 이 프로토콜의 목적은 기본 슐 리렌 사진 구성을 사용하여 주변의 이온화를 공부하는 방법에 대해 설명하는 것입니다. 이 기술은, 그러나, 가스 흐름을 포함하는 다른 분석 기법의 임의의 수에 적용 할 수있다.

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프로토콜

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1. 슐 리렌 사진

  1. 테스트 지역의 설립
    참고 : 시험 영역은 직접 거울 앞에 존재한다.
    1. 거울을지지하기에 충분히 큰 링 스탠드 클램프 구형 오목 면경 (직경 150mm, 초점 길이 1,500mm)을 조인다. 바닥에 수직으로 서 링에 미러 링 스탠드 클램프를 연결합니다. 현재의 연구는 3 피트 링 스탠드를 사용하지만, 임의의 높이로는, 소스보기 창에서 미러를 중심 수있을만큼 높이로 사용될 수있다.
    2. 질량 분석기 소스의 측면에 링 스탠드와 거울을 배치합니다. 소스로서, 상기 미러에 평행 한면을하고, 같은 높이.
    3. 그 중심이 질량 분석의 중심 소스 영역과 정렬되도록 미러를 배치. 악기의 일부 중복이 발생합니다.
  2. 컷오프, 카메라 및 광원
    1. 절단
      1. 삼각대의 상단에 금속판을 부착합니다. 플레이트는 면도날 광원을 모두 보유하는 플랫폼 역할을합니다. 면도날은 슐 리렌 사진에서 "차단"으로 알려진 역할을합니다.
      2. 날카로운 에지가 수직이되도록 자석을 이용하여 금속판 면도날 첨부.
      3. 거울, 3,000mm의 두 배 초점 거리에있는 거울에 맞춰 삼각대를 놓습니다. 미러로부터 반사 된 광의 경로에 직교하는 면도날 정렬.
      4. 면도날의 날카로운 모서리가 약 거울의 중심과 정렬되도록 수동으로 삼각대의 높이를 조정합니다.
        참고 : 미세 조정 후에 발생합니다.
    2. 카메라
      1. 별도의 삼각대에 300mm의 망원 렌즈 디지털 카메라를 탑재합니다.
      2. (전체 줌에서) 렌즈 뒤에 같은 평에 4cm 직접 그래서 카메라의 위치를면도날로 GHT. 이 때 렌즈 캡을 제거하지 마십시오.
    3. 옵션 모니터
      1. 쉽게 실시간 슐 리렌 현상을 확인하기 위해 컴퓨터 모니터 또는 TV 카메라의 영상 출력을 연결한다.
        참고 :이 추천하는 과정입니다. 이 절차를 사용하는 카메라의 종류에 따라 달라질 수있다.
    4. 핀홀 광원
      1. 표지의 중심에 미세 구멍 (직경 약 0.6 mm)을 뚫는다 (이 경우에, 바이알을 캡 플래쉬 동일한 직경을 사용 하였다) 부착 될 수있는 / 광원에 녹화. 덮개가 완전히 손전등 렌즈를 커버하기에 충분한 직경을 가지고 있는지 확인하십시오.
      2. 호일 테이프를 사용하여 손전등을 LED 200 루멘을 통해 커버를 부착합니다.
        참고 : 손전등 따뜻한 얻을 것이다 고온 테이프를 권장합니다.
    5. 광원의 위치
      1. 먼저 라를 사용SER 포인터 광원의 적절한 포지셔닝을 보장하기 위해 미러, 면도날, 그리고 카메라와 광원을 정렬한다.
      2. 면도날 옆에 금속 접시에 레이저 포인터를 놓습니다.
      3. 빔은 거울의 중심을 타격되도록 수동으로 레이저 포인터를 이동합니다. 빔의 약 절반이 차단되도록 상기 반사 된 빔이 면도날 직교 교차되도록 필요한 조정한다.
      4. 수동 빔 정렬이 1.2.5.3으로 달성되지 않은 경우 면도날에 직접 레이저 포인터 빔을 목표로하는 거울의 위치를​​ 조정합니다.
        주의! 레이저 포인터 또는 반사 된 광선을 직접 보지 마십시오.
      5. 카메라에 렌즈 캡을 유지하면서 레이저 빔이 렌즈의 중앙에 있는지 확인.
      6. 모든 것이 정렬하는 동안 적용 손전등 레이저 포인터를 교체합니다. 손전등은 레이저 포인터와 같은 방향에 있는지 확인하십시오.
      7. 손전등을 켜고, 흰 종이를 사용하여, 컷오프에서 반사 된 빛을 관찰합니다. 빔이 컷오프에 작은 초점을 맞춘 자리가 있는지 확인합니다.
      8. 컷오프와 반사 된 광선의 약 절반을 차단하기 위해 모든 수직 조정이 필요합니다.
      9. 카메라의 렌즈 캡을 제거하고 거울에 초점을 맞 춥니 다.
        주 : 카메라 / 렌즈는 수동 초점 모드를 사용하는 것이 좋습니다.

2. 예 시험 대상 : 질량 분석 이온화 소스

  1. 수동 노즐의 단부와 질량 분석기의 입구 사이에 10mm의 거리를두고, 테스트 영역 내의 질량 스펙트럼 이온 소스를 정렬.
  2. 수동 질소 소스를 통해 흐르도록 주변 소스 니들 밸브를 연다.
  3. 질량 분석 장치를 제어하는​​ 데 사용되는 소프트웨어를 연다. 이 연구를 위해 사용 된 소프트웨어는 "SQ 드라이버 '이었다. Fi를 클릭합니다제작 : 다음 적절한 조정 파일을 선택 -open-.
  4. 수동 조정이 개방되면 주변 소스에 모든 전압 및 온도를 적용합니다. 각 질량 분석기는이 단계에 대한 자신의 소프트웨어를해야합니다. 수동 조정이 개방되면 현재의 연구에서, 버튼 "소스 전압이 꺼져"하고 버튼 "모든 가스 히터가 꺼져"이 작업을 수행합니다.
  5. 온도가 증가함에 따라 상기 디지털 카메라의 뷰 화면의 슐 리렌 장치와 상기 노즐로부터 방출되는 흐름의 외관을 관찰한다. 노즐의 끝에서 나오는 가스 스트림 ( "결과"절에 설명 참조) 준수하십시오. 가스 스트림은 카메라의 뒷면에서 볼 수 있으며, 혹은 LCD 모니터에 직접 볼 수있다.
  6. 카메라에서 영상을 기록하거나, 가스 스트림의 사진을 찍는 중 하나에 의해 이미지를 수집 일단 원하는 이미지가 카메라에서 실시간으로 시각화된다.
  7. 가 camer으로 컴퓨터에 수집 된 화상 (들)을 전송메모리 카드 또는 USB 연결하고 사용자가 선택한 소프트웨어로 이미지를 볼 수 있습니다.

수집 된 이미지에서 스프레이 절반 각도 3. 결정

  1. 이미지보기 소프트웨어를 사용하여 수집 된 이미지를 열고 수집 된 이미지 (들)을 인쇄.
  2. 자를 사용하여 흐름 방향으로 가스 흐름과 평행 한 중심 축선을 정의하는 인쇄 된 이미지 (들)의 선을 그린다.
  3. 눈금자를 사용하여 인쇄 된 이미지 (들)에서 시각화 가스 스트림의 가장자리를 따라 선을 그립니다. 이는 비디오 포맷에 존재하는 반짝임에 기록 된 비디오에서 잘 시각화 될 수있다; 인쇄 된 이미지의 가장자리를 식별하는 데 도움이 사용합니다. 분무 반 화각의 범위를 획득하기 위해 상기 가스 흐름의 바깥 쪽 가장자리를 표시한다.
  4. 중심 축 및 각도기를 사용하여 3.2으로 그린​​ 선 사이에 생성 된 각도를 측정한다.

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결과

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질량 분석기의 이온화 소스를 포함 슐 리렌 설정의 개략적 인 모든 슐 리렌 구성 요소가 제대로 정렬되어 그림 1.에서 찾아 볼 수있다, 시험 영역 내의 가스는 어둡고 밝은 영역을 대조로 볼 수있다. (2)이 대비 될 수있는 방법을 보여줍니다 그림 질량 스펙트럼 소스 변경되는 질소 제트류의 형상은 노즐 크기가 감소함에 따라 방법을 관찰하는데 사용.

소스 가스 유동의 전체, 자르지 슐 리렌 이미지는도 3에서 볼 수있다.이 이미지는 테스트의 방향은 미러에 대해 개체를 나타낸다. 도 3의 화상은 빛의 적정량은 약 50 %, 면도날에 의해 차단 될 때 예상되어야 하는지를 나타낸다. 컷오프는 너무 높은 (그...

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토론

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이 프로토콜을 시도하기 전에 해결해야 할 몇 가지 고려 사항이 있습니다. 소스 및 미러 질량 분석기 주위 공간에 더하여, 충분한 개방 공간은 거울의 두 배의 초점 거리를 수용 할 수 있어야. 또한, 미러의 크기는 궁극적 연구중인 소스의 크기에 의해 결정된다. 미러가 너무 작 으면, 소스가 완전히 가시화되지 않는다. 이는 원본 커버가 슐 리렌 포토 이미징 기술을 구현하기 위해 제거되어야의 전부는 아니더라도 일부를 주목하는 것이 중요하다.

실제 설정에서 가장 중요한 단계는 슐 리렌 장치의 각 부분의 배향이다. 거울은 거울의 두 배 초점 거리에 정확히 배치해야합니다 바닥과 면도기 블레이드에 수직해야합니다. 이 거리에서, 반사 된 광은 미소 스폿으로서 집광된다. 면도날에 의해 차단되는 빛의 양이 또한있다mportant. 불량한 이미지가 생성되는 경우, 조정하는 제 1 발명은 면도기 면도날의 배치로 할 것이다. 면도날 카메라에 도달하는 빛을 충분히 차단하지 않는 경우에는 콘트라스트가 ...

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공개 사항

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이 기사에는 경쟁하는 재정적 이해관계가 없습니다.

감사의 글

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저자는 이 출판물의 편집과 서식을 제공하는 데 도움을 준 Caitlin Kowalewski에게 감사의 뜻을 전합니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
손전등EAGTACD25A Ti또는 동급 
구형 오목 거울앵커 광학27633
Rebel EOS T2iCanon4462B001또는 동급 
300mm 망원 렌즈Canon6473A003또는 동급 
직접 시료 분석(DSA) 이온화 소스PerkinElmerMZ300560또는 이와 동등한 것 
PerkinElmerN2910801있는 Sq 300 MS 
링 스탠드Fisher Scientific11-474-207또는 동급 
레이저 포인터ApolloMP1200또는 동급 
면도날Blue Hawk34112또는 동급 
소형 드릴 비트 #73CML 공급503-273또는 동급 
각도기스털링 582또는 이에 상응하는 점수 
호스 클램프트라이던트720-6000L또는 동급 
SQ 드라이버 소프트웨어 또는 동급이

참고문헌

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
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