15.14
Spektrometria masowa z jonizacją metodą elektrorozpylania (ESI)
Biomolekuły o wyższej masie cząsteczkowej to związki nielotne, które mogą się rozkładać przed jonizacją lub odparowaniem podczas analizy masy za pomoc…
Biomolekuły, takie jak białka i kwasy nukleinowe, są związkami o niskiej lotności i dużej masie cząsteczkowej. Konwencjonalna spektrometria mas z jonizacją uderzeniową elektronów stoi przed wyzwaniami związanymi z takimi cząsteczkami, w tym poważną fragmentacją molekularną.
Jonizacja elektronrozpylania jest alternatywną "miękką" metodą jonizacji, która generuje nierodnikowe jony molekularne do spektrometrii mas takich biomolekuł.
W tej metodzie próbkę miesza się z rozpuszczalnikiem polarnym, takim jak metanol, metanol-woda lub acetonitryl z dodatkiem soli lub bez.
Mieszanina jest rozpylana przez kapilarnę wysokiego napięcia do komory próżniowej. Szybkie odparowanie rozpuszczalnika z drobnego rozpylenia naładowanych kropel ostatecznie prowadzi do powstania naładowanej cząsteczki próbki gazowej.
Ta naładowana cząsteczka próbki jest wykrywana w widmie masowym jako suma masy cząsteczkowej próbki i mas związanych jonów.
Na przykład, jeśli jony sodu są obecne w roztworze jonowym, widmo zwykle zawiera pik M+23.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: Why is electrospray ionization better than electron-impact ionization for biomolecules?
Electron-impact ionization causes severe molecular fragmentation of high molecular weight biomolecules like proteins and nucleic acids. Electrospray ionization is a soft ionization method that generates nonradical molecular ions, preserving the intact biomolecule structure. This allows mass spectrometry analysis of biomolecules without excessive decomposition.
Q2: How does electrospray ionization transfer ions from liquid to gas phase?
The sample is mixed with a polar solvent and sprayed through a high-voltage capillary into a vacuum chamber. Electrical energy applied between the capillary and analysis chamber entrance moves charged droplets toward the chamber. Rapid solvent evaporation from the fine aerosol leaves behind charged gaseous sample molecules ready for mass detection.
Q3: What role does the ionic liquid play in electrospray ionization?
The ionic liquid serves as the ionization source in the sample solution. It provides cations that associate with the analyte biomolecule during ionization. The type and mass of these cations directly affect the m/z values detected in the mass spectrum, determining peak positions.
Q4: What does an M+23 peak indicate in an ESI mass spectrum?
An M+23 peak indicates that sodium ions from the ionic liquid have associated with the analyte molecule during ionization. The m/z value equals the sample's molecular mass plus 23, the atomic mass of sodium. Different cations produce different mass shifts, allowing identification of which ions are present.
Q5: How does solvent composition affect electrospray ionization performance?
The sample is mixed with polar solvents such as methanol, methanol-water, or acetonitrile, with or without added salts. These solvents facilitate the formation of charged droplets and enable efficient solvent evaporation. The choice of solvent and salt composition influences ionization efficiency and the types of cations available for association.
Q6: How does ESI handle multiple cation associations with a single biomolecule?
A biomolecule can associate with multiple cations during electrospray ionization, resulting in variably protonated or ionized species. Each association produces a distinct m/z value in the mass spectrum. The sum of the molecular mass and all associated ion masses determines the detected m/z, allowing analysis of chemical ionization mass spectrometry patterns.
Q7: What is the relationship between capillary voltage and charged droplet movement in ESI?
The voltage difference applied between the capillary and the analysis chamber entrance creates an electric field that drives charged droplets toward the chamber. Higher voltage increases droplet acceleration and ionization efficiency. This electrical energy is fundamental to transferring ions from the liquid phase into the gaseous phase for mass analysis.