قصف الذرات السريع

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة
رسم تخطيطي لمصدر أيونات قصف الذرات السريع لجهاز مطياف الكتلة.

قصف الذرات السريع ( FAB ) هو تقنية تأيين تُستخدم في مطيافية الكتلة ، حيث يصطدم شعاع من الذرات عالية الطاقة بسطح ما لتكوين أيونات . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] طُوِّرت هذه التقنية على يد مايكل باربر في جامعة مانشستر عام 1980. [ 4 ] عندما يُستخدم شعاع من الأيونات عالية الطاقة بدلًا من الذرات (كما في مطيافية الكتلة الأيونية الثانوية )، تُعرف هذه الطريقة باسم مطيافية الكتلة الأيونية الثانوية السائلة ( LSIMS ). [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] في كل من FAB وLSIMS، تُخلط المادة المراد تحليلها مع بيئة حماية كيميائية غير متطايرة، تُسمى المصفوفة ، ثم تُقصف تحت فراغ بشعاع ذري عالي الطاقة (من 4000 إلى 10000 إلكترون فولت ) . عادةً ما تكون الذرات من غاز خامل مثل الأرجون أو الزينون . تشمل المواد الشائعة الجلسرين ، والثيوجلسرين ، وكحول 3-نيتروبنزيل (3-NBA)، وإيثر 18-كراون-6 ، وإيثر 2-نيتروفينيل أوكتيل ، والسلفولان ، وثنائي إيثانول أمين ، وثلاثي إيثانول أمين . هذه التقنية مشابهة لتقنية مطيافية الكتلة الأيونية الثانوية وتقنية مطيافية الكتلة بالامتزاز البلازمي .

آلية التأين

رسم تخطيطي لعملية قصف الذرات السريع.

تقنية التأين بالقصف الذري السريع (FAB) هي تقنية تأين ذات تجزئة منخفضة نسبيًا (تأين ناعم)، وتنتج في المقام الأول جزيئات بروتونية سليمة يُرمز لها بـ [M + H] +، وجزيئات منزوعة البروتون مثل [M - H] − . ويمكن أيضًا رصد الكاتيونات الجذرية في طيف FAB في حالات نادرة. صُممت تقنية FAB كنسخة محسّنة من تقنية مطيافية الكتلة الأيونية الثانوية (SIMS)، مما سمح للشعاع الأولي بعدم إحداث أي آثار ضارة على العينة. ويكمن الاختلاف الرئيسي بين التقنيتين في طبيعة الشعاع الأولي المستخدم؛ أيونات مقابل ذرات. [ 8 ] في تقنية LSIMS، يتكون الشعاع الأولي من أيونات السيزيوم (Cs +) ، بينما في تقنية FAB، يتكون الشعاع الأولي من ذرات الزينون (Xe) أو الأرجون (Ar). [ 8 ] تُستخدم ذرات الزينون لأنها أكثر حساسية من ذرات الأرجون نظرًا لكتلتها الأكبر وزخمها الأكبر. ولكي تتأين الجزيئات بواسطة تقنية FAB، تتأين الذرات بطيئة الحركة (الزينون أو الأرجون) أولًا عن طريق تصادم الإلكترونات. تُؤيَّن هذه الذرات بطيئة الحركة وتُسرَّع إلى جهد معين، حيث تتحول إلى أيونات سريعة الحركة تصبح متعادلة في سحابة كثيفة من ذرات الغاز الطبيعي الزائدة، مما يُشكِّل تيارًا متدفقًا من الذرات ذات الطاقة الانتقالية العالية. [ 8 ] على الرغم من أن الآلية الدقيقة لتأيين العينات لم تُكتشف بالكامل، إلا أن طبيعة آلية التأيين تُشابه التأيين/الامتزاز الليزري بمساعدة المصفوفة (MALDI) [ 9 ] [ 10 ] والتأيين الكيميائي . [ 11 ]

المصفوفات ومقدمة نموذجية

كما ذُكر سابقًا، في تقنية التأين بالقصف الذري السريع (FAB)، تُخلط العينات مع وسط غير متطاير ( مصفوفة ) لتحليلها. تستخدم هذه التقنية مصفوفة سائلة تُخلط مع العينة لتوفير تيار أيوني مستدام، وتقليل الضرر الذي يلحق بها عن طريق امتصاص تأثير الشعاع الأولي، ومنع جزيئات العينة من التكتل. [ 8 ] والأهم من ذلك، أن المصفوفة السائلة، كأي مصفوفة أخرى، توفر بيئة تُعزز تأين العينة. يُعد الجلسرين المصفوفة الأكثر شيوعًا لهذا النوع من التأين . يُعد اختيار المصفوفة المناسبة للعينة أمرًا بالغ الأهمية، لأنها تؤثر أيضًا على درجة تجزئة أيونات العينة (المادة المُحللة). بعد ذلك، تُدخل العينة إلى جهاز تحليل FAB. الطريقة المعتادة لإدخال خليط العينة والمصفوفة هي عبر مسبار إدخال. يُوضع الخليط على هدف عينة من الفولاذ المقاوم للصدأ مثبت على المسبار، ثم يُوضع المسبار في مصدر الأيونات عبر قفل فراغي. الطريقة البديلة لإدخال العينة هي باستخدام جهاز يسمى قصف الذرات السريع ذو التدفق المستمر (CF)-FAB.

قصف الذرات السريعة المتدفقة باستمرار

في تقنية القصف الذري السريع ذي التدفق المستمر (CF-FAB)، تُدخل العينة إلى مسبار مطياف الكتلة عبر أنبوب شعري صغير القطر. [ 12 ] طُوّرت تقنية (CF- FAB ) لتقليل مشكلة ضعف حساسية الكشف الناتجة عن زيادة إشارة الخلفية للمادة الأساسية، مما يؤدي إلى ارتفاع نسبة المادة الأساسية إلى العينة. [ 8 ] عند استخدام قرص معدني مسامي لتوزيع السائل على المسبار، تُعرف هذه التقنية باسم القصف الذري السريع باستخدام القرص المسامي. [ 13 ] [ 14 ] يمكن إدخال العينات عن طريق الحقن التدفقية، أو التحليل المجهري، أو عن طريق الاقتران مع كروماتوغرافيا السائل. [ 15 ] تتراوح معدلات التدفق عادةً بين 1 و20 ميكرولتر/دقيقة. [ 13 ] تتميز تقنية CF-FAB بحساسية أعلى مقارنةً بتقنية القصف الذري السريع الثابت. [ 16 ]

التطبيقات

جهاز ThermoQuest AvantGarde MS مزود بكاشف رباعي الأقطاب ومصدر FAB/EI.

كان أول مثال على التطبيق العملي لتقنية FAB هو تحديد تسلسل الأحماض الأمينية للببتيد القليل إفراببتين د، الذي احتوى على مجموعة متنوعة من بقايا الأحماض الأمينية غير المألوفة. [ 17 ] وقد تبين أن التسلسل هو: N-أسيتيل-L-بيب-AIB-L-بيب-AIB-AIB-L-ليو-بيتا-ألا-غلي-AIB-AIB-L-بيب-AIB-غلي-L-ليو-L-إيفا-AIB-X. حيث PIP = حمض البيبيكوليك ، AIB = حمض ألفا-أمينو-أيزوبيوتيريك ، leu = ليوسين ، iva = أيزوفالين ، gly = غليسين . يُعد هذا الببتيد مثبطًا قويًا لنشاط إنزيم ATPase الميتوكوندري . ومن التطبيقات الأخرى لتقنية FAB استخدامها الأصلي في تحليل عينات الطور المكثف. يمكن استخدام تقنية FAB لقياس الوزن الجزيئي للعينات التي يقل وزنها عن 5000 دالتون، بالإضافة إلى خصائصها البنيوية. ويمكن ربط تقنية FAB بأجهزة مطياف الكتلة المختلفة لتحليل البيانات، مثل محلل الكتلة الرباعي ، ومطياف الكتلة المقترن بالكروماتوغرافيا السائلة ، وغيرها.

التحليل غير العضوي

في عام ١٩٨٣، نُشرت ورقة بحثية تصف استخدام مطياف الكتلة بالقصف الذري السريع (FAB-MS) لتحليل نظائر الكالسيوم. [ ١٨ ] لم يُستخدم الجلسرين؛ بل وُضعت العينات في محلول مائي على هدف العينة وجُففت قبل التحليل. كانت هذه التقنية في جوهرها مطياف كتلة الأيونات الثانوية باستخدام حزمة أولية متعادلة. وقد مثّل هذا تطورًا مرحبًا به للباحثين في مجال الطب الحيوي الذين يدرسون تغذية واستقلاب المعادن الأساسية ، ولكنهم يفتقرون إلى أجهزة مطياف الكتلة غير العضوية، مثل مطياف الكتلة بالتأين الحراري أو مطياف الكتلة بالبلازما المقترنة حثيًا (ICP-MS). في المقابل، كانت مطيافات الكتلة بتقنية القصف الذري السريع (FAB) منتشرة على نطاق واسع في مؤسسات البحوث الطبية الحيوية. وقد تبنت مختبرات عديدة هذه التقنية، مستخدمةً مطياف الكتلة بتقنية القصف الذري السريع (FAB-MS) لقياس نسب النظائر في دراسات التتبع النظائري للكالسيوم والحديد والمغنيسيوم والزنك. [ 19 ] تطلّب تحليل المعادن تعديلات طفيفة على مطياف الكتلة، حيث استُبدلت أهداف عينات الفولاذ المقاوم للصدأ بأهداف من الفضة النقية للتخلص من التشويش الناتج عن تأين مكونات الفولاذ المقاوم للصدأ. [ 20 ] جرى تعديل أنظمة جمع الإشارات أحيانًا لإجراء قفزات الذروة بدلًا من المسح الضوئي، ولإجراء كشف عدّ الأيونات. [ 21 ] على الرغم من تحقيق دقة ووضوح مرضيين باستخدام مطياف الكتلة بالقصف الذري السريع (FAB-MS)، إلا أن هذه التقنية كانت تتطلب جهدًا كبيرًا مع معدل إنتاجية منخفض جدًا للعينات، ويعود ذلك جزئيًا إلى عدم وجود خيارات أخذ العينات التلقائية. [ 19 ] بحلول أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، دفع هذا القيد الشديد في معدل أخذ العينات مستخدمي مطياف الكتلة بالقصف الذري السريع (FAB-MS) لتحليل نظائر المعادن إلى التحول إلى مطياف الكتلة غير العضوي التقليدي، وعادةً ما يكون مطياف الكتلة بالبلازما المقترنة حثيًا (ICP-MS)، والذي أظهر أيضًا تحسنًا في التكلفة وأداء تحليل نسب النظائر بحلول ذلك الوقت.

مراجع

  1. ↑ موريس إتش آر، بانيكو إم، باربر إم، بوردولي آر إس، سيدجويك آر دي، تايلر إيه (1981). "قصف الذرات السريع: طريقة جديدة لقياس الطيف الكتلي لتحليل تسلسل الببتيدات". مجلة بحوث الكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية . 101 (2): 623-31 . doi : 10.1016/0006-291X(81)91304-8 . PMID 7306100 . 
  2. ↑ باربر، مايكل؛ بوردولي، روبرت س.؛ إليوت، جيرارد ج.؛ سيدجويك، ر. دونالد؛ تايلر، أندرو ن. (1982). "مطيافية الكتلة بقصف الذرات السريعة". الكيمياء التحليلية . 54 (4): 645أ– 657أ. doi : 10.1021/ac00241a817 . ISSN 0003-2700 . 
  3. ↑ باربر م، بوردولي ر.س، سيدجويك ر.د، تايلر أ.ن (1981). "قصف الذرات السريعة للمواد الصلبة (FAB): مصدر أيوني جديد لتحليل الطيف الكتلي". مجلة الجمعية الكيميائية، الاتصالات الكيميائية (7): 325-327 . doi : 10.1039/C39810000325 .
  4. ↑ باربر، م.؛ بوردولي، ر.س.؛ سيدجويك، ر.د.؛ تايلر، أ.ن. (سبتمبر 1981). "قصف المواد الصلبة بالذرات السريعة كمصدر للأيونات في مطياف الكتلة". مجلة نيتشر . 293 (5830): 270-275 . doi : 10.1038/293270a0 . ISSN 0028-0836 . 
  5. ↑ ستول، آر جي؛ هارفان، دي جيه؛ هاس، جيه آر (1984). "مطيافية الكتلة الأيونية الثانوية السائلة مع مصدر أيوني أولي مركّز". المجلة الدولية لمطيافية الكتلة وعمليات الأيونات . 61 (1): 71-79 . Bibcode : 1984IJMSI..61...71S . doi : 10.1016/0168-1176(84)85118-6 . ISSN 0168-1176 . 
  6. ↑ دومينيك م. ديزيديريو (14 نوفمبر 1990). مطيافية الكتلة للببتيدات . مطبعة سي آر سي. ص 174–. ISBN  978-0-8493-6293-4.
  7. ↑ دي باو، إي.؛ أنيلو، أ.؛ ديروا، ف. (1991). "المصفوفات السائلة لتحليل الطيف الكتلي للأيونات الثانوية السائلة - قصف الذرات السريعة: تحديث". مراجعات قياس الطيف الكتلي . 10 (4): 283-301 . Bibcode : 1991MSRv...10..283D . doi : 10.1002/mas.1280100402 . ISSN 0277-7037 . 
  8. 1 2 3 4 5 تشابيل، داس (2007-01-01). أساسيات قياس الطيف الكتلي المعاصر . وايلي-إنترساينس. ISBN 9780471682295. OCLC 609942304 . 
  9. ↑ باتشوتا، ستيفن جيه؛ كوكس، آر جي (1987). "آليات في مطياف الكتلة الأيونية الثانوية الجزيئية". المراجعات الكيميائية . 87 (3): 647-669 . doi : 10.1021/cr00079a009 . ISSN 0009-2665 . 
  10. ↑ تومر، ك.ب. (1989). "تطوير تقنية قصف الذرات السريع المقترنة بقياس الطيف الكتلي الترادفي لتحديد الجزيئات الحيوية" . مراجعات قياس الطيف الكتلي . 8 (6): 445-482 . Bibcode : 1989MSRv....8..445T . doi : 10.1002/mas.1280080602 .
  11. ↑ سيكلي، غابرييلا؛ أليسون، جون (1997). "إذا كانت آلية التأين في قصف الذرات السريعة تتضمن تفاعلات أيونية/جزيئية، فما هي أيونات الكاشف؟ التغير الزمني لأطياف الكتلة الناتجة عن قصف الذرات السريعة وأوجه التشابه مع التأين الكيميائي". مجلة الجمعية الأمريكية لعلم قياس الطيف الكتلي . 8 (4): 337-351 . doi : 10.1016/S1044-0305(97)00003-2 . ISSN 1044-0305 . 
  12. ↑ كابريولي، ريتشارد م. (1990). "مطيافية الكتلة بالقصف الذري السريع ذي التدفق المستمر". الكيمياء التحليلية . 62 (8): 477أ– 485أ. doi : 10.1021/ac00207a715 . ISSN 0003-2700 . PMID 2190496 .  
  13. 1 2 يورغن هـ. غروس (14 فبراير 2011). مطيافية الكتلة: كتاب دراسي . المجلد 58. سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. الصفحات 494–. Bibcode : 2005PhT....58f..59G . doi : 10.1063/1.1996478 . ISBN   978-3-642-10709-2.{{cite book}}تم |journal=تجاهله ( مساعدة )
  14. ↑ كابريولي، آر إم (1990). مطيافية الكتلة بالقصف الذري السريع ذي التدفق المستمر . نيويورك: وايلي. ISBN 978-0-471-92863-8.
  15. ↑ أبيان، ج. (1999). "ربط كروماتوغرافيا الغاز والسائل مع مطياف الكتلة" . مجلة مطياف الكتلة . 34 (3): 157-168 . Bibcode : 1999JMSp...34..157A . doi : 10.1002/(SICI)1096-9888(199903)34:3 < 157::AID-JMS804 > 3.0.CO ; 2-4 . ISSN 1076-5174 . 
  16. ↑ تومر، ك.ب.؛ بيركنز، ج.ر.؛ باركر، س.إ.؛ ديتيردينغ، ل.ج. (1991-12-01). "قصف الذرات السريعة المتدفقة باستمرار المحورية للببتيدات ذات الوزن الجزيئي العالي: مقارنة مع قصف الذرات السريعة الساكنة والتأين بالرذاذ الإلكتروني" . قياس الطيف الكتلي البيولوجي . 20 (12): 783-788 . doi : 10.1002/bms.1200201207 . ISSN 1052-9306 . PMID 1812988 .  
  17. ↑ بولوف، د.أ.، جاكسون، س.ج.، هندرسون، ب.ج.ف.، كوتي، ف.هـ.، بيتشي، ر.ب.، ولينيت، ب.إ.، الكيمياء الحيوية الدولية (1981) 4، 543-549
  18. ↑ سميث، ديفيد (ديسمبر 1983). "تحديد النظائر المستقرة للكالسيوم في السوائل البيولوجية باستخدام مطياف الكتلة بقصف الذرات السريع". الكيمياء التحليلية . 55 (14): 2391-2393 . doi : 10.1021/ac00264a042 .
  19. 1 2 إيجلز، جون؛ ميلون، فريد (1996). "الفصل 10: مطيافية الكتلة بقصف الذرات السريعة (FABMS)". في ميلون، فريد؛ ساندستروم، بريت ماري (محرران). النظائر المستقرة في تغذية الإنسان: استقلاب المغذيات غير العضوية . لندن: أكاديميك برس. ص 73-80 . ISBN  0-12-490540-4.
  20. ↑ ميلر، ليلاند؛ هامبيدج، مايكل؛ فينيسي، بول (1991). "تجزئة النظائر وتداخل الهيدريد في تحليل نظائر المعادن بواسطة مطيافية الكتلة الأيونية الثانوية المستحثة بقصف الذرات السريعة". مجلة تحليل المغذيات الدقيقة . 8 : 179-197 .
  21. ↑ كريبس، نانسي؛ ميلر، ليلاند؛ ناك، فيرنون؛ لي، سيان؛ ويستكوت، جيمي؛ فيننسي، بول؛ هامبيدج، مايكل (يونيو 1995). "استخدام تقنيات النظائر المستقرة لتقييم استقلاب الزنك". الكيمياء الحيوية الغذائية . 6 (6): 292-301 . doi : 10.1016/0955-2863(95)00043-Y .