- Матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация
-
Матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация, МАЛДИ — (от англ. MALDI, Matrix Assisted Laser Desorbtion/Ionization) — десорбционный метод «мягкой» ионизации, обусловленной воздействием импульсами лазерного излучения на матрицу с анализируемым веществом. Матрица представляет собой материал, свойства которого обусловливают понижение деструктивных свойств лазерного излучения и ионизацию анализируемого вещества. МАЛДИ масс-спектрометрия находит свое широкое применение для анализа нелетучих высокомолекулярных соединений (пептиды, белки, углеводы, олигонуклеотиды и др.)
Впервые возможность применения матрицы для подавления фрагментации при анализе нелетучих органических соединений на примере белков и пептидов была продемонстрирована в 1987 году группой ученых в Германии (M. Karas and F. Hillenkamp)[1]. За открытие метода МАЛДИ японский инженер Коити Танака известной японской приборостроительной корпорации Shimadzu получил в 2002 году Нобелевскую премию.
Обычно используется в сочетании с времяпролетным масс-анализатором. Таким образом, верхний рубеж определяемых масс ограничивается пропускаемой способностью анализатора (около 1MDa). Чувствительность метода: << 1 фемтомоль.
Содержание
Матрица
Считается, что вещество, используемое в качестве матрицы, должно отвечать следующим основным требованиям:
- 1) обладать высоким коэффициентом экстинкции при длине волны лазерного излучения;
- 2) иметь способность к ионизации нейтральных молекул анализируемого вещества путем переноса заряда или заряженной частицы;
- 3) обладать хорошей растворимостью в растворителях, применяемых в процессе пробоподготовки;
- 4) быть химически инертным по отношению к анализируемому веществу;
- 5) иметь низкую летучесть и термическую устойчивость.
Стоит указать на селективность в выборе матричных соединений по отношению к классу анализируемых соединений. Во многом это определяется различной природой механизмов образования ионов анализируемого вещества. Как правило, доминирующим процессом в их образовании являются процессы вторичной ионизации, а именно ион-молекулярные взаимодействия между матричными ионами и молекулами анализируемого вещества. Иными словами, вторичная ионизация может происходить за счет таких процессов, как перенос протона (Н+), заряженной частицы в виде электрона (e−), металл-катионов (Na+, Ag+ и др.).
Например, существует широко распространенная группа кислотных матриц для анализа белков и пептидов: 2,5-дигидроксибензойная кислота, различные производные коричной (β-фенилакриловой) кислот и т. д. Пептиды и белки, как правило, обладают высокими значениями сродства к протону от 900 кДж/моль и более. Эти значения превышают величины сродства к протону матричных соединений (870–910 кДж/моль), в результате чего реакция переноса протона является экзотермической:
- А + МН+ → М + АН+, где А – молекула анализируемого вещества, М – матричная молекула.
Другой путь образования ионов происходит путем переноса электрона (процесс перезарядки), конечным результатом которого является образование молекулярного радикал-катиона:
- А + М+• → А+• + М.
Это наиболее эффективный способ образования положительных ионов для неполярных соединений с низкими значениями энергии ионизации.
Примеры МАЛДИ матриц Название Английское название (аббревиатура) Растворители для матрицы Типы исследуемых веществ 2,5-Дигидроксибензойная кислота 2,5-Dihydroxybenzoic Acid(DHB) Вода, этанол, метанол, ацетон, ацетонитрил, хлороформ, тетрагидрофуран Пептиды, олигонулеотиды, полисахариды, синтетические полимеры 2-(4-Гидроксифенилазо)-бензойная кислота 2-(4-Hydroxyphenyazo)-benzoic acid (HABA) Диоксан, ацетон, тетрагидрофуран, диметилформамид Пептиды, белки, синтетические полимеры α-Циано-4-Гидроксикоричная кислота α-Cyano-4-hydroxycinnamic acid Ацетон, водн. ацетонитрил, ТГФ, ДМФА, этанол Пептиды, синтетические полимеры Синапиновая кислота Sinapic Aсid ТГФ, ДМФА Пептиды, белки, липиды Феруловая кислота Ferulic Aсid ТГФ, ДМФА Пептиды, белки 1,8,9-Антрацентриол 1,8,9-anthracentriol(Dithranol) ТГФ, ДМФА, толуол, хлороформ, хлорбензол Синтетические полимеры, липиды Механизм ионизации
- При облучении лазером с длительностью импульса несколько наносекунд и высокими величинами интенсивности излучения (106 — 107 Вт/см²) из образца, представляющего собой твердый раствор или смесь анализируемого вещества и матрицы, происходит выброс материала в виде микрочастиц. Такие частицы могут достигать размеров несколько сотен микрометров. Над поверхностью образца возникает область высокого локального давления — так называемый факел (от англ. англ. plume — факел, шлейф, султан), который преимущественно состоит из нейтральных частиц. Вместе с тем, в нем присутствуют и заряженные частицы, доля которых по разным оценкам составляет 10−5—10−3 от полного числа всех частиц. На начальном этапе образования факела его плотность близка к плотности вещества в конденсированном состоянии.
- C расширением факела (в первые наносекунды) происходит распад конгломератов вплоть до образования отдельных молекул или их фрагментов, а также заряженных (преимущественно матричных) частиц. Ионизацию молекул, происходящую непосредственно при выбросе материала из конденсированного состояния, принято рассматривать как первичную.
- В расширяющемся факеле происходят непрерывные соударения между частицами, в том числе возможны ион-молекулярные реакции между матричными заряженными частицами и молекулами анализируемого вещества, которые приводят к ионизации последнего. Такого рода ионизацию относят к вторичной.
Применение
Диапазон применения МАЛДИ достаточно широк и охватывает многие классы химических соединений:
- Биоорганические соединения (пептиды, белки, олигонуклеотиды, олигосахариды и т. п.);
- синтетические полимеры;
- органические комплексные соединения;
- высокомолекулярные материалы;
- синтетические дендримеры;
- фуллерены и др.
См. также
- Ионизация
- Масс-спектрометрия
- Электроспрей
- Прямая лазерная десорбция
- Десорбционные методы ионизации в масс-спектрометрии
- Guide to Sample Preparation with FLUKA products and Sigma Calibration Kits (англ.)
Ссылки
- ↑ Karas M., Bachmann D., Bahr D. and Hillenkamp F. “Matrix-assisted ultraviolet-laser desorption of nonvolatile compounds” // Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc.. — 1987. — № 78. — С. 53-68.
Масс-спектрометрия
Mass • Спектр масс • MS softwareИонный источник ЭИ • ХИ • IA (англ.) • ББА • ДвЭП • МАЛДИ • APCI • ESI • DESI • GD • ICP • MIP • TS • DART Масс-анализатор Магнитный секторный • ВП • Квадрупольный • Квадрупольная ионная ловушка • Орбитрэп • Тандемные • ИЦР Detector Electron multiplier • Microchannel plate detector • Daly detector MS combination MS/MS • GC/MS • LC/MS • IMS/MS Категории:- Масс-спектрометрия
- Методы биологических исследований
- Аналитическая химия
- Ионизация
Wikimedia Foundation. 2010.