वायुमंडलीय दाब प्रकाशिक आयन: Difference between revisions

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वायुमंडलीय दबाव प्रकाशिक आयन कक्ष

वायुमंडलीय दबाव प्रकाशिक आयन (एपीपीआई) एक मृदु आयन स्रोत है जिसका उपयोग द्रव्यमान स्पेक्ट्रममिति (एमएस) में किया जाता है जो सामान्यतः उच्च-प्रदर्शन द्रव क्रोमैटोग्राफी (एलसी) से जुड़ा होता है। वायुमंडलीय दबाव (105 पास्कल) पर काम करने वाले निर्वात पराबैंगनी (वीयूवी ) प्रकाश स्रोत का उपयोग करके अणुओं को आयनित किया जाता है, या तो इलेक्ट्रॉन पृथक्कन के बाद प्रत्यक्ष अवशोषण द्वारा या डोपेंट अणु के आयनीकरण के माध्यम से जो लक्ष्य अणुओं के रासायनिक आयनीकरण की ओर जाता है। नमूना सामान्यतः विलायक स्प्रे होता है जिसे नेबुलाइजेशन और गर्मी द्वारा वाष्पीकृत किया जाता है। एपीपीआई का लाभ यह है कि यह ध्रुवीयता की विस्तृत श्रृंखला में अणुओं को आयनित करता है और निम्न ध्रुवता वाले अणुओं के आयनीकरण के लिए विशेष रूप से उपयोगी है, जिसके लिए अन्य लोकप्रिय आयनीकरण विधियां जैसे इलेक्ट्रोस्प्रे आयनीकरण (ईएसआई) और वायुमंडलीय दबाव रासायनिक आयनीकरण (एपीसीआई) न्यूनतर उपयुक्त हैं। ईएसआई और एपीसीआई की तुलना में इसमें आयन दमन और मैट्रिक्स प्रभावों का खतरा भी निम्न है और इसमें सामान्यतः विस्तृत रैखिक गतिक परिसर होती है। एलसी/एमएस के साथ एपीपीआई का उपयोग सामान्यतः ध्रुवीय प्रकार्यात्मक समूह की कमी वाले पेट्रोलियम यौगिकों, कीटनाशकों, स्टेरॉयड और औषधि उपापचयज के विश्लेषण के लिए किया जाता है और विशेष रूप से सुरक्षा अनुप्रयोगों में विस्फोटकों का पता लगाने के लिए परिवेश आयनीकरण के लिए बड़े पैमाने पर तैनात किया जा रहा है।[1][2]

उपकरण विन्यास

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यह आंकड़ा एपीपीआई स्रोत के मुख्य घटकों को दर्शाता है: नेबुलाइज़र अन्वेषण जिसे 350-500 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जा सकता है, वीयूवी फोटॉन स्रोत के साथ आयनीकरण क्षेत्र, और मध्यवर्ती दबाव के अनुसार आयन-स्थानांतरण क्षेत्र जो एमएस विश्लेषक में आयनों का परिचय देता है, एचपीएलसी से समाधान में सम्मिलित विश्लेषण प्रवाह दर पर नेब्युलाइज़र में प्रवाहित होता है जो μL/min से mL/min परिसर तक हो सकता है। द्रवप्रवाह को नेबुलाइजेशन और गर्मी द्वारा वाष्पीकृत किया जाता है। फिर वाष्पीकृत नमूना वीयूवी स्रोत के विकिरण क्षेत्र में प्रवेश करता है। नमूना आयन फिर घटते दबाव प्रवणता और विद्युत क्षेत्रों के संयोजन के माध्यम से एमएस अंतरपृष्‍ठ क्षेत्र अधिकांशतः एक केशिका में प्रवेश करते हैं।

एपीपीआई को व्यावसायिक रूप से दोहरे आयनीकरण स्रोतों के रूप में सामान्यतः एपीसीआई के साथ, लेकिन ईएसआई के साथ भी विकसित किया गया है।[3]

आयनीकरण तंत्र

निर्वात स्थितियों के अनुसार प्रकाशिक आयन तंत्र को सरल बनाया गया है: विश्लेषक अणु द्वारा फोटॉन अवशोषण, जिससे इलेक्ट्रॉन पृथक्कन होता है, आणविक मूलक धनायन M•+ बनता है, यह प्रक्रिया जीसी/एमएस में सामान्य इलेक्ट्रॉन आयनीकरण के समान है, सिवाय इसके कि आयनीकरण प्रक्रिया मृदु है, अर्थात निम्न विखंडन है। एलसी/एमएस प्रणाली के वायुमंडलीय क्षेत्र में, आयनीकरण तंत्र अधिक जटिल हो जाता है। आयनों का अप्रत्याशित परिणाम सामान्यतः एलसी/एमएस विश्लेषण के लिए हानिकारक होता है, लेकिन अधिकांश प्रक्रियाओं की तरह, एक बार जब उन्हें बेहतर ढंग से समझ लिया जाता है, तो प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए इन गुणों का उपयोग किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एपीपीआई में डोपेंट की भूमिका, आयन गतिशीलता स्पेक्ट्रममिति (आईएमएस) के वायुमंडलीय आयन स्रोत के लिए पहली बार विकसित और पेटेंट कराया गया,[4][5] एलसी/एमएस के लिए एपीपीआई में अनुकूलित किया गया था। बुनियादी एपीपीआई तंत्र को निम्नलिखित योजना द्वारा संक्षेपित किया जा सकता है:

प्रत्यक्ष धनात्मक आयन एपीपीआई

M + hν → M•+ + e− विश्लेषणात्मक अणु M आणविक रेडिकल आयन M•+ में आयनित होता है। इसके बाद रेडिकल धनायन प्रचुर विलायक से एक H परमाणु को अलग करके [M+H]+ बना सकता है।
M•+ + S → [M + H]+ + S[-H]• विलायक से हाइड्रोजन का पृथक्करण

डोपेंट या सॉल्वेंट-असिस्टेड धनात्मक आयन एपीपीआई

D + hν → D•+ + e− कई D•+ आयन प्राप्त करने के लिए एक फोटोआयनाइज़ेबल डोपेंट या विलायक D को बड़ी सांद्रता में वितरित किया जाता है। फोटोआयनाइज़ेबल विलायक अणु समान प्रभाव प्राप्त करते हैं।
D•+ + M → → [M+H]+ + D[-H]•· D•+ प्रोटॉन स्थानांतरण द्वारा विश्लेषण M को आयनित करता है
D•+ + M → → M•+ + D D•+ इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण द्वारा विश्लेषण M को आयनित करता है

प्रकाशिक आयन में मूलभूत प्रक्रिया अणु द्वारा उच्च-ऊर्जा फोटॉन का अवशोषण और उसके बाद एक इलेक्ट्रॉन का निष्कासन है। प्रत्यक्ष एपीपीआई में, यह प्रक्रिया विश्लेषणात्मक अणु के लिए होती है, जिससे आणविक मूलक धनायन M•+ बनता है। विश्लेषण मूलक धनायन को M•+ के रूप में पहचाना जा सकता है या यह आसपास के अणुओं के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है और दूसरे आयन के रूप में पहचाना जा सकता है। सबसे आम प्रतिक्रिया [M+H]+ धनायन स्थिर बनाने के लिए प्रचुर मात्रा में विलायक से हाइड्रोजन परमाणु का पृथक्करण है जो सामान्यतः देखा गया आयन है।[6]

डोपेंट-एपीपीआई (या प्रकाशिक आयन-प्रेरित एपीसीआई) में, आवेश वाहक का स्रोत बनाने के लिए फोटोआयनाइजेबल अणुओं (उदाहरण के लिए, टोल्यूनि या एसीटोन) की मात्रा को नमूना वर्ग में पेश किया जाता है। फोटोआयनाइज़ेबल विलायक का उपयोग भी समान प्रभाव प्राप्त कर सकता है। डोपेंट या विलायक आयन प्रोटॉन स्थानांतरण या आवेश विनिमय प्रतिक्रियाओं के माध्यम से तटस्थ विश्लेषण अणुओं के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं। उपरोक्त तालिका डोपेंट प्रक्रिया को सरल बनाती है। वास्तव में, विश्लेषक के आयनित होने से पहले डोपेंट और विलायक के बीच व्यापक आयन-अणु रसायन विज्ञान हो सकता है। एपीपीआई डोपेंट या विलायक आयनीकरण से तापीय इलेक्ट्रॉनों की उच्च बहुतायत बनाकर या आयनीकरण स्रोत में धातु की सतहों से टकराने वाले फोटॉन द्वारा ऋणात्मक आयन भी उत्पन्न कर सकता है। प्रतिक्रियाओं का सोपान जो M− या विघटनकारी ऋणात्मक आयन [M-X]− को उत्पन्न करता है, उसमें अधिकांशतः इलेक्ट्रॉन आवेश वाहक के रूप में O2 सम्मिलित होता है।[7] ऋणात्मक आयनीकरण तंत्र के उदाहरणों में सम्मिलित हैं:

प्रत्यक्ष या डोपेंट-असिस्टेड ऋणात्मक आयन एपीपीआई

M + O2•−→ [M − H]− + HO2• सुपरऑक्साइड O2•− द्वारा अवक्षेपण
M + e–  →  M–   इलेक्ट्रॉन कैप्चर
M + O2•−→ M− + O2

M + O2•−→ (M − X)− + X• + O2

M + O2•−→ (M − X + O)− + OX•   Where X = H, Cl, Br, or NO2

इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण

विघटनकारी इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण

विघटनकारी इलेक्ट्रॉन ग्रहण और प्रतिस्थापन

M + X–  →  [M + X]–        

जहां X = Br, Cl, or OAc

ऋणायन लगाव

इतिहास

द्रव्यमान स्पेक्ट्रममिति प्रयोगों में प्रकाशिक आयन के उपयोग का लंबा इतिहास है, चूंकि ज्यादातर अनुसंधान उद्देश्यों के लिए और संवेदनशील विश्लेषणात्मक अनुप्रयोगों के लिए नहीं है। स्पंदित लेजर का उपयोग गैर-गुंजयमान मल्टीफोटोन आयनीकरण (एमपीआई) के लिए किया गया है,[8] ट्यून करने योग्य तरंग दैर्ध्य का उपयोग करते हुए अनुनाद-संवर्धित एमपीआई (आरईएमपीआई),[9] और गैर-रेखीय मीडिया (सामान्यतः गैस सेल) में योग आवृत्ति पीढ़ी का उपयोग करके एकल-फोटॉन आयनीकरण[10][11]के लिए किया जाता है। प्रकाशिक आयन के गैर-लेजर स्रोतों में डिस्चार्ज लैंप और सिंक्रोट्रॉन विकिरण सम्मिलित हैं।[12] पूर्व स्थिति में निम्न वर्णक्रमीय चमक और बाद वाले स्थिति में बड़े "सुगमता-आकार" के कारण पूर्व स्रोत उच्च संवेदनशीलता विश्लेषणात्मक अनुप्रयोगों के अनुकूल नहीं थे। इस बीच, प्रकाशिक आयन का उपयोग जीसी का पता लगाने के लिए और कई वर्षों से आयन गतिशीलता स्पेक्ट्रममिति के स्रोत के रूप में किया गया है, जो द्रव्यमान स्पेक्ट्रममिति में उपयोग की संभावना का सुझाव देता है।[13]

एलसी/एमएस के लिए एपीपीआई का पहला विकास 2000 में रॉब, कोवे और ब्रुइन्स[14] और सयाज, इवांस और हनोल्ड द्वारा रिपोर्ट किया गया था।[15] इसके तुरंत बाद साइजेन टेक्नोलॉजी द्वारा एपीपीआई स्रोतों का व्यावसायीकरण किया गया और अधिकांश वाणिज्यिक एमएस प्रणाली के लिए और साइक्स द्वारा उनके एमएस उपकरणों की श्रृंखला के लिए उपलब्ध कराया गया था। एपीपीआई के विकास के साथ-साथ साइएज और सहकर्मियों द्वारा निम्न दबाव प्रकाशिक आयन (एलपीपीआई) के लिए वीयूवी स्रोत का समान उपयोग किया गया, जिसने वायुमंडलीय दबाव गैस चरण के नमूनों को स्वीकार किया लेकिन आगे बढ़ने से पहले आयनीकरण के लिए दबाव को लगभग 1 टोर (~ 100 पीए) तक निम्न कर दिया था। एमएस विश्लेषक में परिचय के लिए दबाव में कमी थी। यह प्रकाशिक आयन विधि गैस क्रोमैटोग्राफी (जीसी) और एमएस के बीच अंतरपृष्‍ठ के रूप में उपयुक्त है।[16][17]

लाभ

एपीपीआई का उपयोग एलसी/एमएस के लिए सबसे अधिक किया जाता है, चूंकि हाल ही में इसे आयन गतिशीलता स्पेक्ट्रममिति का उपयोग करके सुरक्षा अनुप्रयोगों के लिए विस्फोटक और नशीले पदार्थों के यौगिकों का पता लगाने जैसे परिवेशीय अनुप्रयोगों में व्यापक उपयोग मिला है। सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले पूर्ववर्ती आयनीकरण स्रोतों ईएसआई और एपीसीआई की तुलना में, एपीपीआई यौगिकों की विस्तृत श्रृंखला को आयनित करता है, जिसका लाभ पैमाने के गैर-ध्रुवीय छोर की ओर बढ़ता है। इसमें आयन दमन और मैट्रिक्स प्रभावों के प्रति अपेक्षाकृत निम्न संवेदनशीलता है, जो एपीपीआई को जटिल मैट्रिक्स में मात्रात्मक रूप से यौगिकों का पता लगाने में बहुत प्रभावी बनाता है। एपीपीआई में ईएसआई की तुलना में व्यापक रैखिक परिसर और गतिक परिसर सहित अन्य लाभ हैं, जैसा कि बाएं आंकड़े में उदाहरण से देखा जा सकता है।[18] यह सामान्यतः एपीसीआई की तुलना में निम्न पृष्ठभूमि आयन संकेतों के साथ अधिक चयनात्मक है जैसा कि सही आंकड़े में दिखाया गया है। यह बाद वाला उदाहरण एपीपीआई बनाम ईएसआई के लाभ पर भी प्रकाश डालता है जिसमें एचपीएलसी स्थितियां n-हेक्सेन विलायक का उपयोग करते हुए इस स्थिति में गैर-ध्रुवीय सामान्य-चरण के लिए थीं। ईएसआई को ध्रुवीय विलायक की आवश्यकता होती है और आगे हेक्सेन ईएसआई और एपीसीआई के लिए प्रज्वलन खतरा पैदा कर सकता है जो उच्च वोल्टेज का उपयोग करते हैं। एपीपीआई सामान्य-चरण की स्थितियों में अच्छी तरह से काम करता है क्योंकि कई विलायक फोटोयोनिज़ेबल होते हैं और डोपेंट आयनों के रूप में काम करते हैं, जो विशेष अनुप्रयोगों जैसे प्रतिबिंबरूपता को अलग करने की अनुमति देता है (सही आंकड़ा)।[19]

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एचपीएलसी प्रवाह दरों की श्रृंखला के लिए प्रयोज्यता के संबंध में, एपीपीआई द्वारा विश्लेषकों के संकेतक स्तर को उच्च विलायक प्रवाह दरों (200 μl / मिनट से ऊपर) पर संतृप्त और यहां तक ​​​​कि क्षय के लिए देखा गया है, और इसलिए, ईएसआई और एपीसीआई की तुलना में एपीपीआई के लिए बहुत निम्न प्रवाह दरों की संस्तुत की जाती है। ऐसा विलायक अणुओं के बढ़ते घनत्व द्वारा फोटॉनों के अवशोषण के कारण होने का सुझाव दिया गया है।[20][21] हालाँकि, इससे यह लाभ होता है कि एपीपीआई केशिका एलसी और केशिका-वैद्युतकण संचलन के साथ प्रभावी उपयोग की अनुमति देकर बहुत निम्न प्रवाह दर (उदाहरण के लिए, 1 μL/मिनट डोमेन) तक बढ़ा सकता है।[22]

अनुप्रयोग

एलसी/एमएस के साथ एपीपीआई का अनुप्रयोग सामान्यतः पेट्रोलियम जैसे निम्न ध्रुवीयता वाले यौगिकों के विश्लेषण के लिए उपयोग किया जाता है।[23] बहुपरमाणुक हाइड्रोकार्बन,[24] कीटनाशक,[25] स्टेरॉयड,[26] लिपिड,[27] और औषधि उपापचयज में ध्रुवीय प्रकार्यात्मक समूह की कमी होती है।[28] उत्कृष्ट समीक्षा लेख संदर्भों में पाए जा सकते हैं।[2][29]

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एपीपीआई को कई व्यावहारिक विन्यासों के लिए परिवेशीय आयनीकरण अनुप्रयोगों के लिए भी प्रभावी ढंग से लागू किया गया है। विशोषण एपीपीआई (डीएपीपीआई) नामक एक संरूपण हापाला एट अल. द्वारा विकसित किया गया था। और यहाँ चित्र में दर्शाया गया है। इस उपकरण का उपयोग विभिन्न ठोस चरणों में दुरुपयोग की औषधि, मूत्र में औषधि उपापचयज और स्टेरॉयड, पौधों की सामग्री में कीटनाशकों आदि के विश्लेषण के लिए किया गया है।[29][30] एपीपीआई को डीएआरटी (वास्तविक समय में प्रत्यक्ष विश्लेषण) स्रोत से भी जोड़ा गया है और N2 प्रवाह के लिए परिमाण के क्रम तक संकेतक को बढ़ाने के लिए स्टेरॉयड और कीटनाशकों जैसे गैर-ध्रुवीय यौगिकों के लिए दिखाया गया है, जो डीएआरटी के लिए पसंद किया जाता है क्योंकि यह है He के उच्च प्रदर्शन वाले उपयोग की तुलना में इसे उत्पन्न करना काफी सस्ता और आसान है। वाणिज्यिक एपीपीआई स्रोतों को सम्मिलित नमूना जांच को स्वीकार करने के लिए भी अनुकूलित किया गया है जो वाष्पीकरण और आयनीकरण के लिए नेब्युलाइज़र को द्रवया ठोस नमूना दे सकता है। यह संरूपण वायुमंडलीय ठोस विश्लेषण जांच (एएसएपी) के समान है जो एपीसीआई के उपयोग पर आधारित है और इसलिए इसे एपीपीआई-एएसएपी कहा जाता है। एपीपीआई-एएसएपी बनाम एपीसीआई-एएसएपी के लाभ एलसी/एमएस में देखे गए लाभों के समान हैं, अर्थात् निम्न ध्रुवीयता वाले यौगिकों के प्रति उच्च संवेदनशीलता और जटिल मैट्रिक्स में नमूनों के लिए निम्न पृष्ठभूमि संकेत हैं।[31] पिछले लगभग एक दशक में परिवेशीय आयनीकरण ने पुनर्जागरण का अनुभव किया है, वास्तव में इस अनुप्रयोग का सुरक्षा उद्योग में कई दशकों से अभ्यास किया जा रहा है। ज़रा उन स्वाब जांचों को याद करें जिन्हें हम सभी ने हवाई अड्डों पर अनुभव किया है। फाहा सतहों से संघनित चरण सामग्री एकत्र करते हैं और फिर उन्हें तापीय डीसॉर्बर और आयनाइज़र असेंबली में डाला जाता है जो फिर आयन संसूचक में प्रवाहित होता है, जो ज्यादातर मामलों में आयन गतिशीलता स्पेक्ट्रोमीटर (आईएमएस) होता है, लेकिन बाद के मामलों में एमएस विश्लेषक होता है। हवाई अड्डों और अन्य सुरक्षा स्थानों में उपयोग की जाने वाली फाहा-एपीपीआई-आईएमएस प्रणाली की एक तस्वीर बाएं चित्र में दी गई है

Swab-APPI-IMS security detector.pngSwab-APPI-MS sample collection.pngवास्तव में, सुरक्षा अनुप्रयोगों के लिए विस्फोटकों और नशीले पदार्थों का पता लगाने के लिए डिज़ाइन किया गया फाहा-एपीपीआई-एमएस प्रणाली नमूना छड़ी और फाहा (सही आंकड़ा) का उपयोग करके सभी प्रकार के परिवेश विश्लेषण के लिए बहुत अच्छा प्रदर्शन करता है। एक विशेष प्रदर्शन (अप्रकाशित) ने विभिन्न प्रकार के फलों और सब्जियों पर कीटनाशक यौगिकों का पता लगाने के लिए उत्कृष्ट संवेदनशीलता और विशिष्टता दिखाई, जिसमें 37 प्राथमिकता वाले कीटनाशकों के लिए पहचान सीमा 0.02 से 3.0 एनजी तक थी जो सुरक्षित सीमा से काफी नीचे थी।[32]

यह भी देखें

संदर्भ

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