Visualisering af Ambient massespektrometri med brug af Schlieren Photography
Summary
This paper presents a protocol for the visualization of gaseous streams of an ambient ionization source using schlieren photography and mass spectrometry.
Abstract
Dette håndskrift skitserer, hvordan at visualisere massespektrometri omgivende ionisering kilder ved hjælp Schlieren fotografering. For at kunne optimere massespektrometer, er det nødvendigt at karakterisere og forstå de fysiske principper for kilden. De fleste kommercielle omgivende ionisering kilder anvender stråler af nitrogen, helium, eller atmosfærisk luft for at lette ionisering af analytten. Som følge heraf kan Schlieren fotografering anvendes til at visualisere gasstrømmene ved at udnytte forskellene i brydningsindeks mellem strømmene og omgivende luft til visualisering i realtid. Den grundlæggende opsætning kræver et kamera, spejl, lommelygte, og barberblad. Ved korrekt konfigureret, er en real time billede af kilden observeret ved at se sine overvejelser. Dette giver mulighed for indsigt i virkningsmekanismen i kilden, og veje til dens optimering kan belyses. Lyset er udgydt på en ellers usynlig situation.
Introduction
Massespektrometri, et analytisk værktøj til rådighed for molekylmasse identifikation, er blevet en af de mest kraftfulde analyseteknikker til dato. I det seneste årti en hel række nye omgivende ionisering kilder er blevet tilgængelige for massespektrometri detektion. For de indsamlede i dette manuskript data blev den direkte Sample Analysis (DSA) kilde udnyttet. Selv om disse kilder er meget alsidig, er der behov for en mere detaljeret viden om den fysiske ionisering proces for sin optimering og udvidelse af formålet. Formålet med dette forsøg er at opnå en bedre forståelse af ionisering processen inden for de omgivende kilder gennem visualisering af kvælstof stream på enheden ved hjælp af en teknik kaldet Schlieren fotografering.
Videnskabelig undersøgelse initierer ofte gennem observation, hvilket er vanskeligt, hvis genstanden for undersøgelsen er transparent for det blotte øje. Schlieren fotografering er en teknik, der tillader den usynligeat blive synlige gennem stole på ændringer i brydningsindekset inden transparente medier 1. Den inhomogenitet af brydningsindeks forårsager en forvridning af det lys giver mulighed for visualisering. Den Schlieren teknik har været rutinemæssigt anvendt i en række specialkemikalier felter herunder ballistik modellering, Aerospace Engineering, generel gas detektering og flow overvågning, og til tider at visualisere proteinbånd i gelelektroforese 2-5.
De fleste omgivende ionisering kilder anvender en strøm af gas for at lette ionisering. En lang række betingelser kan findes for kilde muligheder, men parametrene af dette forsøg skal involvere anvendelsen af en gas med et brydningsindeks, der adskiller sig fra den omgivende lab luft. Denne specifikke undersøgelse udnytter varmt kvælstof. Det skal bemærkes, at kun en lille forskel i brydningsindeks er observeret mellem rent nitrogen fra gasstrømmen og luft ved stuetemperatur 6, hovedsagelig fordi enir består hovedsagelig af nitrogen. Dette problem overvindes i dette tilfælde på grund af de høje temperaturer af rent nitrogen i gasstrømmen, der frembringer en betydelig nok ændring i brydningsindeks for gassen, der skal overholdes.
Andre massespektrometri kilder såsom en desorption Atmosfærisk Kemisk ionisering (DAPCI) 7, flydende atmosfærisk tryk Afterglow (FAPA) 8-10, og direkte analyse i Real Time (DART) 11 ionisering kilder har brugt Schlieren fotografering. Hensigten med denne protokol er at diskutere, hvordan man kan studere omgivende ionisering ved hjælp af en grundlæggende Schlieren fotografering konfiguration. Denne teknik er imidlertid anvendelig til et vilkårligt antal forskellige analytiske teknikker, der involverer gasstrømme.
Protocol
Representative Results
Discussion
Der er flere overvejelser, der skal løses, før du forsøger denne protokol. Ud over den plads omkring massespektrometer til kilden og spejlet skal nok åbne rum være til rådighed til at rumme afstanden to gange omdrejningspunktet for spejlet. Endvidere er størrelsen af spejlet i sidste ende bestemmes af størrelsen af den kilde, der er under undersøgelse. Hvis spejlet er for lille, kilden vil ikke være fuldt visualiseres. Det er vigtigt at bemærke, at nogle, hvis ikke alle, af kilden dæksler skal fj…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to acknowledge Caitlin Kowalewski for aiding in the editing and formatting of this publication.
Materials
| Flashlight | EAGTAC | D25A Ti | or equvilent |
| Spherical Concave Mirror | Anchor Optics | 27633 | |
| Rebel EOS T2i | Canon | 4462B001 | or equvilent |
| 300 mm telephoto lens | Canon | 6473A003 | or equvilent |
| Direct Sample Analysis (DSA) Ionization Source | PerkinElmer | MZ300560 | or equvilent |
| Sq 300 MS with SQ Driver Software | PerkinElmer | N2910801 | or equvilent |
| Ring Stand | Fisher Scientific | 11-474-207 | or equvilent |
| Laser Pointer | Apollo | MP1200 | or equvilent |
| razor blade | Blue Hawk | 34112 | or equvilent |
| small drill bit #73 | CML Supply | 503-273 | or equvilent |
| Protractor | Sterling | 582 | or equvilent |
| Hose Clamp | Trident | 720-6000L | or equvilent |
References
- Settles, G. S. . Schlieren and Shadowgraph Techniques: Visualization Phenomena in Transparent Media. , (2001).
- Strawa, A. W., Chapman, G. T., Arnold, J. O., Canning, T. N. Ballistic range and aerothermodynamic testing. J. Aircraft. 28 (7), 443-449 (1991).
- Settles, G. S. Imaging gas leaks by using schlieren optics. Pipeline & Gas Journal. 226 (9), 28-30 (1999).
- Takagi, T., Kubota, H. The application of schlieren optics for detection of protein bands and other phenomena in polyacrylamide gel electrophoresis. Electrophoresis. 11 (5), 361-366 (1990).
- Clark, I. G., Cruz, J. R., Huges, M. F., Ware, J. S., Madlangbayan, A., Braun, R. D. Aerodynamic and Aeroelastic Characteristics of a Tension Cone Inflatable Aerodynamic Decelerator. , (2009).
- Froome, K. D. The Refractive Indices of Water Vapour, Air, Oxygen, Nitrogen and Argon at 72 kMc/s. Proc. Phys. Soc. B. 68, 833-835 (1955).
- Winter, G. T., Wilhide, J. A., LaCourse, W. R. Characterization of a Direct Sample Analysis (DSA) Ambient Ionization. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 26 (9), 1502-1507 (2015).
- Pfeuffer, K. P., Schaper, J. N., et al. Halo-Shaped Flowing Atmospheric Pressure Afterglow: A Heavenly Design for Simplified Sample Introduction and Improved Ionization in Ambient Mass Spectrometry. Anal. Chem. , 7512-7518 (2013).
- Pfeuffer, K. P., Shelley, J. T., Ray, S. J., Hieftje, G. M. Visualization of Mass Transport and Heat Transfer in the FAPA Ambient Ionization Source. J. Anal. At. Spectrom. 28 (379-387), 379-387 (2013).
- Pfeuffer, K. P., Ray, S. J., Hieftje, G. M. Measurement and Visualization of Mass Transport for the Flowing Atmospheric Pressure Afterglow (FAPA) Ambient Mass-Spectrometry Source. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 25 (5), 800-808 (2014).
- Keelor, J. D., Dwivedi, P., Fernández, F. M. An Effective Approach for Coupling Direct Analysis in Real Time with Atmospheric Pressure Drift Tube Ion Mobility Spectrometry. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 25 (9), 1538-1548 (2014).
