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Die wunderbare Welt der Umgebungsionisation: Wie erzeugt man Ionen, ohne eine Probe vorzubereiten?
Im Zuge des wissenschaftlichen Fortschritts hat die Umweltionisationstechnologie in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Hierbei handelt es sich um eine Ionisationstechnologie außerhalb des Massenspektrometers, die keine Probenvorbereitung oder -trennung erfordert. Diese Technologie basiert auf einer Vielzahl von Methoden, einschließlich der Extraktion aus geladenen Sprühtröpfchen, der thermischen Desorption und der Verwendung von Laserdesorption, und eröffnet neue Möglichkeiten für die wissenschaftliche Forschung.
Fest-Flüssig-Extraktionisation
Fest-Flüssigkeit-Extraktionisation ist eine Technologie, die geladenen Spray verwendet, um einen Flüssigkeitsfilm auf der Probenoberfläche zu erzeugen. Bei diesem Vorgang werden Moleküle auf der Probenoberfläche in das Lösungsmittel extrahiert. Wenn die Primärtröpfchen anschließend mit der Oberfläche kollidieren, entstehen Sekundärtröpfchen, die die Ionenquellen des Massenspektrometers darstellen.
Die Daten zeigen, dass die Desorptions-Elektrospray-Ionisation (DESI) eine der frühesten Umweltionisationstechnologien ist, die in der Lage ist, feste Proben in Echtzeit zu analysieren.
Eine weitere Fest-Flüssigkeits-Extraktionsmethode ist die Desorptions-Atmosphärendruck-Photoionisation (DAPPI), die eine Kombination aus heißer Lösungsmitteldampfinjektion und ultraviolettem Licht verwendet, um auf der Oberfläche abgelagerte Proben direkt zu analysieren.
Plasmabasierte Technologie
Plasmabasierte Umgebungsionisationstechnologie erzeugt Ionen durch elektrische Entladungen, die in strömenden Gasen erzeugt werden. Dieser Prozess erfordert typischerweise den Einsatz von Wärme, um die Desorption flüchtiger Materialien aus der Probe zu unterstützen.
Zum Beispiel können protonierte Wassercluster Probenmoleküle durch Protonentransfer ionisieren, was für viele Anwendungen von entscheidender Bedeutung ist.
Eine der heute am weitesten verbreiteten Plasmatechnologien ist Direct Analysis Instant (DART), die kommerzialisiert wurde und Proben in einer Routineumgebung analysieren kann.
Laserunterstützte Ionisierung
Laserunterstützte Umgebungsionisation ist ein zweistufiger Prozess. Zunächst wird ein gepulster Laser verwendet, um Substanzen aus der Probe zu desorbieren oder abzutragen. Anschließend werden diese Substanzen mit einem Elektrospray oder Plasma in Wechselwirkung gebracht, um Ionen zu bilden. Laser werden zunehmend als Ionisationsquellen eingesetzt, insbesondere bei der Analyse von Metallen und der Untersuchung einer Vielzahl anderer Materialien.
Zweistufige Nicht-Laser-Methode
Bei der zweistufigen Nicht-Laser-Methode sind die Probenentnahme- und Ionisierungsschritte getrennt. Beispielsweise ermöglicht die Sonden-Elektrospray-Ionisation (PESI) eine direkte Probenahme mit hoher Salztoleranz und minimalem Probenverbrauch, was diese Technik für die analytische Chemie von großem Interesse macht.
Gasphasenionisationstechnologie
Da sich die Empfindlichkeit weiter verbessert, können Analyten in der Gasphase (z. B. Gerüche, flüchtige organische Verbindungen) auch dann nachgewiesen werden, wenn ihr Dampfdruck niedrig ist. Bei der sekundären Elektrospray-Ionisation (SESI) können winzige Tröpfchen, die durch Nanoelektrospray in einer thermischen Umgebung erzeugt werden, schnell verdampfen und die erforderlichen Ionen ausfällen.
Diese Methode ermöglicht die Analyse der Konzentrationen schwerflüchtiger Substanzen, insbesondere für Substanzen mit Molekulargewichten bis zu 700 Da.
Technische Klassifizierung der Umweltionisation
Umgebungsionisationstechnologien werden basierend auf ihren Betriebsmodi normalerweise in mehrere Kategorien unterteilt, darunter Fest-Flüssigkeit-Extraktion, Plasma-Ghost-Technologie, zweistufige Methoden und Lasertechnologie. Jede dieser Methoden hat ihre eigenen Vorzüge und kann weit verbreitet eingesetzt werden in unterschiedlichen analytischen Anforderungen.
Im Handel erhältliche Umgebungsionisationsquellen
Mit dem technologischen Fortschritt stehen Wissenschaftlern nun viele kommerzielle Umgebungsionisationsquellen zur Verfügung, wodurch diese Technologie zugänglich und kostenkontrollierbar wird.
Umweltionisationstechnologie verändert das Gesicht der analytischen Chemie und fördert die rasante Entwicklung in verschiedenen Bereichen. Angesichts dieser neuen Möglichkeiten müssen wir uns fragen: Wie werden zukünftige Technologien unser Verständnis der analytischen Chemie weiter verändern?
