वायुमंडलीय दाब प्रकाशिक आयन

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वायुमंडलीय दबाव फोटोआयनीकरण कक्ष

वायुमंडलीय दबाव फोटोआयनाइजेशन (एपीपीआई) एक नरम आयन स्रोत है जिसका उपयोग मास स्पेक्ट्रोमेट्री (एमएस) में किया जाता है जो आमतौर पर उच्च-प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी (एलसी) से जुड़ा होता है। वायुमंडलीय दबाव (105 Pa) पर काम करने वाले वैक्यूम पराबैंगनी (VUV) प्रकाश स्रोत का उपयोग करके अणुओं को आयनित किया जाता है, या तो इलेक्ट्रॉन इजेक्शन के बाद प्रत्यक्ष अवशोषण द्वारा या डोपेंट अणु के आयनीकरण के माध्यम से जो लक्ष्य अणुओं के रासायनिक आयनीकरण की ओर जाता है। नमूना आमतौर पर एक विलायक स्प्रे होता है जिसे नेबुलाइजेशन और गर्मी द्वारा वाष्पीकृत किया जाता है। एपीपीआई का लाभ यह है कि यह ध्रुवीयता की एक विस्तृत श्रृंखला में अणुओं को आयनित करता है और कम 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) कम उपयुक्त हैं। ईएसआई और एपीसीआई की तुलना में इसमें आयन दमन और मैट्रिक्स प्रभावों का खतरा भी कम है और इसमें आमतौर पर एक विस्तृत रैखिक गतिशील रेंज होती है। एलसी/एमएस के साथ एपीपीआई का उपयोग आमतौर पर ध्रुवीय कार्यात्मक समूहों की कमी वाले पेट्रोलियम यौगिकों, कीटनाशकों, स्टेरॉयड और दवा मेटाबोलाइट्स 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

frameकम


यह आंकड़ा एपीपीआई स्रोत के मुख्य घटकों को दर्शाता है: एक छिटकानेवाला जिसे 350-500 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जा सकता है, एक कोरोना डिस्चार्ज फोटॉन स्रोत के साथ एक आयनीकरण क्षेत्र, और मध्यवर्ती दबाव के तहत एक आयन-स्थानांतरण क्षेत्र जो आयनों को एमएस विश्लेषक में पेश करता है . एचपीएलसी से समाधान में मौजूद विश्लेषण प्रवाह दर पर नेब्युलाइज़र में प्रवाहित होता है जो μL/min से mL/min रेंज तक हो सकता है। तरल प्रवाह 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 इंटरफ़ेस क्षेत्र में प्रवेश करते हैं, अक्सर एक केशिका।

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


आयनीकरण तंत्र

निर्वात स्थितियों के तहत फोटोआयनाइजेशन तंत्र को सरल बनाया गया है: विश्लेषक अणु द्वारा फोटॉन अवशोषण, जिससे इलेक्ट्रॉन इजेक्शन होता है, एक आणविक कट्टरपंथी धनायन बनता है, एम•+. यह प्रक्रिया जीसी/एमएस में सामान्य इलेक्ट्रॉन आयनीकरण के समान है, सिवाय इसके कि आयनीकरण प्रक्रिया नरम है, यानी कम विखंडन है। एलसी/एमएस प्रणाली के वायुमंडलीय क्षेत्र में, आयनीकरण तंत्र अधिक जटिल हो जाता है। आयनों का अप्रत्याशित भाग्य आम तौर पर 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 स्पेक्ट्रोमेट्री (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 सकारात्मक आयन एपीपीआई

M + hν → M•+ + e− Analyte molecule M is ionized to a molecular radical ion M•+. The radical cation can then abstract an H atom from the abundant solvent to form [M+H]+.
M•+ + S → [M + H]+ + S[-H]• Hydrogen abstraction from solvent

डोपेंट या सॉल्वेंट-असिस्टेड पॉजिटिव आयन एपीपीआई

D + hν → D•+ + e− A photoionizable dopant or solvent D is delivered in large concentration to yield many D•+ ions. Photoionizable solvent molecules achieve the same affect.
D•+ + M → → [M+H]+ + D[-H]•· D•+ ionizes analyte M by proton transfer
D•+ + M → → M•+ + D D•+ ionizes analyte M by electron transfer

फोटोआयनीकरण में मूलभूत प्रक्रिया अणु द्वारा एक 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 एम बनता है•+. विश्लेषण मूलक धनायन को एम 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 स्थिर [एम+एच] बनाने के लिए प्रचुर मात्रा में विलायक से हाइड्रोजन परमाणु का पृथक्करण है।+ धनायन, जो आमतौर पर देखा गया आयन है।[6] डोपेंट-एपीपीआई (या फोटोआयनाइजेशन-प्रेरित एपीसीआई) में, चार्ज वाहक का स्रोत बनाने के लिए फोटोआयनाइजेबल अणुओं (उदाहरण के लिए, टोल्यूनि या एसीटोन) की एक मात्रा को नमूना स्ट्रीम में पेश किया जाता है। फोटोआयनाइज़ेबल विलायक का उपयोग भी समान प्रभाव प्राप्त कर सकता है। डोपेंट या विलायक आयन प्रोटॉन स्थानांतरण या चार्ज 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 थर्मल इलेक्ट्रॉनों की एक उच्च बहुतायत बनाकर या आयनीकरण स्रोत में धातु की सतहों से टकराने वाले फोटॉन द्वारा नकारात्मक आयन भी उत्पन्न कर सकता है। प्रतिक्रियाओं का झरना जो एम की ओर ले जा सकता है−या विघटनकारी नकारात्मक आयन [एम-एक्स]−अक्सर इसमें O शामिल होता है2 एक इलेक्ट्रॉन आवेश वाहक के रूप में।[7] नकारात्मक आयनीकरण तंत्र के उदाहरणों में शामिल हैं:

प्रत्यक्ष या डोपेंट-सहायता प्राप्त नकारात्मक आयन एपीपीआई

M + O2•−→ [M − H]− + HO2• Deprotonation by superoxide O2•−
M + e–  →  M–   Electron capture
M + O2•−→ M− + O2

M + O2•−→ (M − X)− + X• + O2

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

Electron transfer

Dissociative electron transfer

Dissociative electron capture and substitution

M + X–  →  [M + X]–        

Where X = Br, Cl, or OAc

Anion attachment


इतिहास

मास स्पेक्ट्रोमेट्री प्रयोगों में फोटोआयनाइजेशन के उपयोग का एक लंबा इतिहास है, हालांकि ज्यादातर अनुसंधान उद्देश्यों के लिए और संवेदनशील विश्लेषणात्मक अनुप्रयोगों के लिए नहीं। 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 (आमतौर पर गैस कोशिकाओं) में योग आवृत्ति पीढ़ी का उपयोग करके एकल-फोटॉन आयनीकरण[10][11]., फोटोआयनीकरण के गैर-लेजर स्रोतों में डिस्चार्ज लैंप और सिंक्रोट्रॉन विकिरण शामिल हैं।[12] पूर्व मामले में कम वर्णक्रमीय चमक और बाद वाले मामले में बड़े "सुविधा-आकार" के कारण पूर्व स्रोत उच्च संवेदनशीलता विश्लेषणात्मक अनुप्रयोगों के अनुकूल नहीं थे। इस बीच, फोटोआयनाइजेशन का उपयोग जीसी का पता लगाने के लिए और कई वर्षों से आयन गतिशीलता स्पेक्ट्रोमेट्री के स्रोत के रूप में किया गया है, जो मास स्पेक्ट्रोमेट्री में उपयोग की संभावना का सुझाव देता है।[13] एलसी/एमएस के लिए एपीपीआई का पहला विकास रॉब, कोवे और ब्रुइन्स द्वारा रिपोर्ट किया गया था[14] और 2000 में सयाज, इवांस और हनोल्ड द्वारा।[15] इसके तुरंत बाद साइजेन टेक्नोलॉजी द्वारा एपीपीआई स्रोतों का व्यावसायीकरण किया गया और अधिकांश वाणिज्यिक एमएस सिस्टमों के लिए और साइक्स द्वारा उनके एमएस उपकरणों की श्रृंखला के लिए उपलब्ध कराया गया। एपीपीआई के विकास के साथ-साथ साइएज और सहकर्मियों द्वारा निम्न दबाव फोटोआयनाइजेशन (एलपीपीआई) के लिए वीयूवी स्रोत का एक 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 कम कर दिया। एमएस विश्लेषक में परिचय के लिए दबाव में कमी। यह फोटोआयनाइजेशन विधि गैस क्रोमैटोग्राफी (जीसी) और एमएस के बीच एक इंटरफेस के रूप में उपयुक्त है।[16][17]


लाभ

एपीपीआई का उपयोग एलसी/एमएस के लिए सबसे अधिक किया जाता है, हालांकि हाल ही में इसे आयन मोबिलिटी स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग करके सुरक्षा अनुप्रयोगों के लिए विस्फोटक और नशीले पदार्थों के यौगिकों का पता लगाने जैसे परिवेशीय अनुप्रयोगों में व्यापक उपयोग मिला है। आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले पूर्ववर्ती आयनीकरण स्रोतों ईएसआई और एपीसीआई की तुलना में, एपीपीआई यौगिकों की एक 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 कम 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 रेंज और गतिशील रेंज सहित अन्य फायदे हैं, जैसा कि बाएं आंकड़े में उदाहरण से देखा जा सकता है।[18] यह आम तौर पर एपीसीआई की तुलना में कम 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 एन-हेक्सेन विलायक का उपयोग करते हुए इस मामले में गैर-ध्रुवीय सामान्य-चरण के लिए थीं। ईएसआई को ध्रुवीय सॉल्वैंट्स की आवश्यकता होती है और आगे हेक्सेन ईएसआई और एपीसीआई के लिए इग्निशन 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 सॉल्वैंट्स फोटोयोनिज़ेबल होते हैं और डोपेंट आयनों के रूप में काम करते हैं, जो विशेष अनुप्रयोगों जैसे एनैन्टीओमर्स को अलग करने की अनुमति देता है (सही आंकड़ा)।[19]

frameकम

frameकमframeकमएचपीएलसी प्रवाह दरों की एक श्रृंखला के लिए प्रयोज्यता के संबंध में, एपीपीआई द्वारा विश्लेषकों के सिग्नल 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, एपीपीआई के लिए बहुत कम प्रवाह दरों की सिफारिश की जाती है ईएसआई और एपीसीआई के लिए। 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-वैद्युतकणसंचलन के साथ प्रभावी उपयोग की अनुमति देकर बहुत कम प्रवाह दर (उदाहरण के लिए, 1 μL/मिनट डोमेन) तक बढ़ा सकता है।[22]


आवेदन

एलसी/एमएस के साथ एपीपीआई का अनुप्रयोग आमतौर पर पेट्रोलियम जैसे कम ध्रुवीयता वाले यौगिकों के विश्लेषण के लिए उपयोग किया जाता है।[23] बहुपरमाणुक हाइड्रोकार्बन,[24] कीटनाशक,[25] स्टेरॉयड,[26] लिपिड,[27] और दवा मेटाबोलाइट्स में ध्रुवीय कार्यात्मक समूहों की कमी होती है।[28] उत्कृष्ट समीक्षा लेख संदर्भों में पाए जा सकते हैं।[2][29]

frameकमएपीपीआई को कई व्यावहारिक विन्यासों के लिए परिवेशीय आयनीकरण अनुप्रयोगों के लिए भी प्रभावी ढंग से लागू किया गया है। डेसोर्प्शन एपीपीआई (डीएपीपीआई) नामक एक कॉन्फ़िगरेशन 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 दवाओं, मूत्र में दवा मेटाबोलाइट्स और स्टेरॉयड, पौधों की सामग्री में कीटनाशकों आदि के विश्लेषण के लिए किया गया है।[29][30] APPI को DART (वास्तविक समय में प्रत्यक्ष विश्लेषण) स्रोत से भी जोड़ा गया है और N2 प्रवाह के लिए परिमाण के एक क्रम तक सिग्नल को बढ़ाने के लिए स्टेरॉयड और कीटनाशकों जैसे गैर-ध्रुवीय यौगिकों के लिए दिखाया गया है, जो DART 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 एक सम्मिलित नमूना जांच को स्वीकार करने के लिए भी अनुकूलित किया गया है जो वाष्पीकरण और आयनीकरण के लिए नेब्युलाइज़र को तरल या ठोस नमूना दे सकता है। यह कॉन्फ़िगरेशन 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 कम ध्रुवीयता वाले यौगिकों के प्रति उच्च संवेदनशीलता और जटिल मैट्रिक्स में नमूनों के लिए कम पृष्ठभूमि संकेत।[31] पिछले लगभग एक दशक में परिवेशीय आयनीकरण ने पुनर्जागरण का अनुभव किया है, वास्तव में इस एप्लिकेशन 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। स्वैब सतहों से संघनित चरण सामग्री एकत्र करते हैं और फिर उन्हें थर्मल डीसॉर्बर और आयनाइज़र असेंबली में डाला जाता है जो फिर आयन डिटेक्टर 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 स्वैब-एपीपीआई-आईएमएस प्रणाली की एक तस्वीर बाएं चित्र में दी गई है

frameकमframeकमवास्तव में, सुरक्षा अनुप्रयोगों के लिए विस्फोटकों और नशीले पदार्थों का पता लगाने के लिए डिज़ाइन किया गया एक स्वैब-एपीपीआई-एमएस सिस्टम एक नमूना छड़ी और स्वैब (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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