La ionizzazione chimica (CI) è una tecnica di ionizzazione morbida, che è l’applicazione diretta dei risultati della ricerca delle reazioni molecolari e ioniche in chimica analitica. La prima tecnica di ionizzazione era la ionizzazione a bombardamento elettronico (EI). Il prodotto ottenuto da EI ha molti frammenti, che è difficile da analizzare. CI, che ha prodotto pochissimi frammenti, ha iniziato nel 1950 e ha un grande potenziale in chimica analitica.
Nel processo CI, gli elettroni bombardano prima il gas reagente per generare ioni reagenti. Le molecole del campione vengono quindi ionizzate dagli ioni reagenti attraverso la via di reazione molecolare e ionica. Il 1970 è stato considerato una pietra miliare nello sviluppo di CI. A quel tempo, i ricercatori hanno risolto le carenze del lavoro di CI in un ambiente sotto vuoto, consentendo a CI di lavorare in condizioni atmosferiche. La ionizzazione chimica atmosferica fornisce energia dalla scarica corona e non richiede un ambiente sotto vuoto, il che aumenta notevolmente la gamma di applicazioni CI. Attualmente, CI è stato ampiamente utilizzato nella tecnica di spettrometria di massa.
Il Principio della Ionizzazione Chimica
Il principio di CI è utilizzare il reagente agli ioni di X+ a reagire con l’analita Una molecola per ottenere la ionizzazione dell’analita:
Nella reazione, X+ è derivato dal ionizzato gas di reazione. Alcuni gas reagenti comuni includono metano, ammoniaca, acqua e isobutano. Il tempo di reazione e la costante di velocità (k) nella formula possono essere ottenuti mediante letteratura o misurazione. Quando lo reag reagente X + è H3O+, la formula (2) è:
Lo Reag reagente è prodotto da una sorgente ionica. Le sorgenti ioniche comunemente utilizzate includono principalmente sorgenti di radiazioni, sorgenti di scarica a catodo cavo e sorgenti di scarica a incandescenza ordinarie. 210Po e 241Am sono le fonti più comuni di radiazioni. Il processo di ionizzazione inizia con le particelle alfa emesse da 210Po e 241Am. Ha un’alta energia e può scontrarsi con il gas reagente per generare ioni reagenti ed elettroni. Se gli elettroni generati sono abbastanza alti, possono scontrarsi con il gas reagente per formare nuovi ioni reagenti ed elettronica. Nell’IC facendo uso di H3O+ come ion del reagente, una fonte di alimentazione vuota di scarico del catodo è comunemente usata, che può produrre 99,5% di H3O+.
In base alle condizioni di ionizzazione chimica, l’IC è classificato in ionizzazione chimica a bassa pressione (
Figura 1. Il principio di ionizzazione chimica
Vantaggi e svantaggi di CI
La risoluzione dello spettro CI è semplice e si può ottenere l’esatto peso molecolare dell’analita. Il prodotto ottenuto da CI ha pochi frammenti e i suoi prodotti sono principalmente molecole e ioni dell’analita. La selettività dell’IC può essere facilmente aumentata selezionando uno reag reagente appropriato. Ad esempio, lo reag reagente H3O+ reagisce solo con una sostanza organica avente un’affinità protonica maggiore di H3O+. Inoltre, CI ha alta sensibilità e risposta veloce (15s). Tuttavia, se gli ioni reattivi sono impuri e una varietà di reazioni di ionizzazione chimica si verificherà allo stesso tempo, la spettrometria di massa diventa difficile.
Esempi di applicazioni CI
Attualmente, il CI è ampiamente utilizzato come sorgente ionica nei sistemi di spettrometria di massa per rilevare varie sostanze in tracce. CI può essere utilizzato per la rilevazione di sostanze come gas traccia nell’atmosfera, residui di pesticidi in frutta e verdura, melamina nel latte in polvere, plastificanti ed erbicidi nel suolo. Inoltre, l’IC può essere utilizzato anche per l’identificazione del materiale, come l’identificazione della qualità del tè.
- Misurazione di composti organici volatili (VOC)
Nella misurazione del VOC mediante CI, H3O+ viene generalmente utilizzato come ion reagente. H3O + non reagisce con la maggior parte delle sostanze presenti nell’aria come O2, N2, CO2, ecc. D’altra parte, la maggior parte delle reazioni di trasferimento di protoni non sono dissociate, quindi gli ioni del prodotto sono singoli, il che rende semplice l’analisi dei risultati. Il principio della misurazione del VOC usando H3O+ come reag reagente è mostrato nell’equazione (3). Il prodotto finale è stato risolto mediante spettrometria di massa per reazione di trasferimento di protoni.
- Determinazione della melamina nel latte in polvere
Nella misurazione della melamina mediante CI, N2 viene utilizzato come gas reagente. Sotto l’azione dell’alta tensione, N2 e H2O subiscono complesse reazioni fisico-chimiche per generare ioni reagenti H3O+. Il processo di reazione è mostrato in formula (3-6). H3O + reagisce con la melamina nel latte in polvere e il principio di reazione è mostrato nella formula (2).
- Identificazione della qualità del tè
Diversi tipi di tè possono essere identificati misurando le sostanze chimiche sulla superficie delle foglie di tè con CI. H3O + reagisce con la superficie del tè con butanolo, geraniolo, caffeina e altre sostanze e i prodotti di reazione formano diversi spettri di massa sullo spettrometro di massa. Il contenuto della stessa sostanza in diverse varietà di tè è diverso, quindi lo spettro di massa formato dal rilevamento CI è diverso. Lo spettro di massa può riflettere le caratteristiche chimiche dell’impronta digitale del tè in una certa misura. Di conseguenza, CI ha valore pratico importante dell’applicazione per l’identificazione rapida e l’analisi di qualità di tè.
La ionizzazione chimica è ampiamente utilizzata nella spettrometria di massa grazie alla sua forte selettività e all’elevata sensibilità. La spettrometria di massa a ionizzazione chimica (CIMS) non solo consente l’identificazione in tandem di sostanze in campioni complessi, ma ottiene anche dati di impronte digitali chimiche per i campioni per l’analisi chemometrica. L’applicazione di CIMS ha un effetto positivo sulla promozione dello sviluppo di cibo, medicina, protezione ambientale, agricoltura e altre industrie.
Abbiamo introdotto brevemente il CI, un tipo di metodo di ionizzazione, che può aiutare a capire di più sulla spettrometria di massa. In Creative Proteomics, abbiamo sviluppato la piattaforma di spettrometria di massa professionale, che contiene strumenti all’avanguardia. Utilizzando la spettrometria di massa, Creative Proteomics può fornire diversi servizi per soddisfare varie esigenze, tra cui:
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