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Der Reiz der Plasmatechnik: Wie erzeugt man Ionen mittels elektrischer Entladung?
In der heutigen wissenschaftlichen Forschung zeigt die Ionisierungstechnologie zunehmend ihren einzigartigen Wert in der Massenspektrometrieanalyse. Insbesondere kann die Plasmatechnologie Proben nicht nur schnell analysieren, sondern auch direkt Ionen erzeugen, ohne dass eine Vorbehandlung der Proben erforderlich ist. Der Reiz dieser Technologie liegt in ihrer Effizienz und Benutzerfreundlichkeit. Lassen Sie uns die Funktionsprinzipien und Anwendungen dieser Technologie im Detail untersuchen.
Die Grundlagen der Extraktionstechnologie
Ein wichtiger Zweig der Umgebungsionisation ist die Fest-Flüssig-Extraktion, bei der zunächst ein geladener Sprühnebel in die Probenoberfläche eingebracht wird, um einen Flüssigkeitsfilm zu bilden. Dadurch gelangen Moleküle auf der Probenoberfläche in das Lösungsmittel, und wenn die primären Tröpfchen auf die Oberfläche treffen, entstehen sekundäre Tröpfchen. Diese sekundären Tröpfchen sind die Ionenquelle für die Massenspektrometrieanalyse.
„Die Desorptions-Elektrospray-Ionisation (DESI) ist eine klassische Umgebungsionisationsquelle, die mithilfe einer Elektrospray-Quelle geladene Tröpfchen erzeugt, die direkt mit festen Proben interagieren.“
Neben DESI gibt es noch die Desorptions-Atmosphärendruck-Photoionisation (DAPPI), bei der eine Kombination aus heißem Lösungsmitteldampf und ultraviolettem Licht verwendet wird, um Partikelproben auf der Oberfläche direkt zu analysieren. Dieser Prozess verbessert nicht nur die Genauigkeit der Analyse, sondern erweitert auch den Bereich der analysierbaren Proben.
Anwendung der Plasma-Basistechnologie
Plasma basiert auf dem Prinzip der elektrischen Entladung, die in strömendem Gas reaktive Ionen erzeugen und flüchtige Substanzen in der Probe chemisch ionisieren kann. Einige Techniken nutzen die Leiner- oder thermische Anregung in einer Heliumentladung, um eine Ionisierung in der Gasphase zu ermöglichen. Diese Ionen können dann mit dem Analyten reagieren und so die für die Massenspektrometrie erforderlichen Ionen erzeugen.
„Der intrinsische Protonierungsprozess durch umgebende Wassercluster in einer Heliumentladung ist ein wichtiger Weg für die Plasmaionisation.“
Diese Methode ist nicht auf die Erkennung positiver Ionen beschränkt. Für einige Proben kann auch der negative Ionenmodus verwendet werden. Dies ist besonders effektiv bei der Erkennung von Molekülen mit höherer Gasphasensäure, wie z. B. Carbonsäuren.
Vorteile der laserunterstützten Ionisierung
Bei der laserunterstützten Umgebungsionisierung wird eine Probe zunächst mit einem gepulsten Laser desorbiert oder verdampft. Anschließend reagiert das Material mit einem Spray oder Plasma, um Ionen zu erzeugen. Dieser Ansatz erhöht die Flexibilität der Probenanalyse und erweitert die Arten der Verbindungen, die analysiert werden können.
„Die Laserdesorptions-Elektrospray-Ionisation (ELDI) kombiniert die Vorteile von UV- und IR-Lasern, um Materialien effektiv in die Elektrospray-Wolke zu desorbieren und hochgeladene Ionen zu erzeugen.“
Diese Methode wurde erstmals in der Metallanalyse mit der Massenspektrometrie kombiniert und ihre Anwendungsbereiche wurden in nachfolgenden Forschungen kontinuierlich erweitert.
Neue zweistufige Methoden ohne Laser
Bei der zweistufigen Ionisationsmethode ohne Laser sind Materialentfernung und Ionisation getrennte Schritte. Eine neue Möglichkeit stellt beispielsweise die Elektrospray-Ionisation mit einer Sonde (PESI) in Kombination mit einer scharfen, festen Nadel dar, die die Hochsalztoleranz verbessern und den Probenverbrauch erheblich reduzieren kann.
Gasphasenionisation und chemische Reaktionen
Aus der Gasphase erzeugte Analyten, sei es Atem, Gerüche oder flüchtige organische Verbindungen (VOCs), können jetzt mit zunehmender Empfindlichkeit effektiv erkannt werden. Dieser Vorgang wird normalerweise durch chemische Reaktionen in der Gasphase erreicht, bei denen Ladungsträger mit den Analytmolekülen kollidieren und so ihre Ladung übertragen.
„Bei der sekundären Sprühionisation (SESI) wird Nanoelektrospray bei ultrahohen Temperaturen verwendet, um kleine Tröpfchen zu erzeugen, die schnell verdunsten. Dadurch eignet sich diese Methode gut für die Analyse flüchtiger Substanzen.“
Bei der Analyse von Spurengasgemischen und anderen schwerflüchtigen Substanzen zeigt diese Methode ihre besonderen Vorteile.
Umfassender technischer Vergleich
Mit dem Fortschritt der Technologie wurde die Umweltionisationstechnologie in verschiedene Technologien wie „Extraktion“, „Plasma“, „Doppelschritt“, „Laser“, „Akustik“ usw. eingeteilt. Jede Methode hat ihre eigenen Merkmale. und Anwendungsszenarien.
Heute bietet die Kombination von Plasma und anderen Ionisierungstechnologien eine umfassendere Lösung für wissenschaftliche Forschung und industrielle Anwendungen. Der Einsatz dieser Technologien bei der Analyse einer Vielzahl von Proben wird zukünftige Forschung genauer und effizienter machen. Wenn Sie über die Anwendungsmöglichkeiten und das Potenzial dieser Technologien nachdenken, spüren Sie dann auch die unendlichen Möglichkeiten der Technologie, unsere Welt zu verändern?
