Visualisatie van Ambient Massaspectrometrie met het gebruik van Schlieren fotografie
Summary
This paper presents a protocol for the visualization of gaseous streams of an ambient ionization source using schlieren photography and mass spectrometry.
Abstract
Dit manuscript beschrijft hoe om te visualiseren massaspectrometrie ambient ionisatie bronnen met behulp van Schlieren fotografie. Om de massaspectrometer goed optimaliseren, is het noodzakelijk te karakteriseren en begrijpen van de fysische principes van de bron. De meeste commerciële ambient ionisatiebronnen gebruiken stralen stikstof, helium of atmosferische lucht naar de ionisatie van het analyt te vergemakkelijken. Bijgevolg kan Schlieren fotografie worden gebruikt om de gasstromen te visualiseren op verschillen in brekingsindex tussen de stromen en omgevingslucht voor weergave in real time. De basis setup vereist een camera, spiegel, zaklamp, en scheermesje. Bij goed geconfigureerd, is een real-time beeld van de bron waargenomen door te kijken naar haar reflectie. Dit zorgt voor inzicht in het werkingsmechanisme bij de bron, en wegen naar de optimalisatie kan worden opgehelderd. Licht wordt geworpen op een anders onzichtbaar situatie.
Introduction
Massaspectrometrie, een analytisch instrument vindt molecuulmassa identificatie, is een van de meest krachtige analytische techniek tot nu toe. In de afgelopen tien jaar een hele reeks van nieuwe ambient ionisatie bronnen beschikbaar voor massaspectrometrie-detectie zijn geworden. De verzamelde dit manuscript gegevens werd de Direct Sample Analysis (DSA) bron gebruikt. Hoewel deze bronnen zijn zeer veelzijdig, is een gedetailleerde kennis van de fysische ionisatieproces nodig voor de optimalisering en uitbreiding van het doel. Het doel van deze proef is om een beter begrip van het ionisatieproces krijgen in de omgeving wordt door visualisatie van de stikstofstroom over het apparaat via een techniek genaamd schlieren fotografie.
Wetenschappelijk onderzoek initieert vaak door observatie, die moeilijk als het object van onderzoek is transparant voor het blote oog. Schlieren fotografie is een techniek die het mogelijk maakt onzichtbarezichtbaar worden doordat hij zich baseert op veranderingen in de brekingsindex binnen transparante media 1. De inhomogeniteit van de brekingsindex veroorzaakt een vervorming van het licht waardoor visualisatie. De Schlieren techniek is routinematig gebruikt in een verscheidenheid van speciale gebieden, waaronder ballistische modellering, aerospace engineering, algemene gasdetectie en flow monitoring, en soms om eiwitbanden te visualiseren in gelelektroforese 2-5.
Meest ambient ionisatie bronnen een stroom gas om de ionisatie vergemakkelijken. Een breed scala aan omstandigheden kunnen aanwezig voor bronopties, maar de parameters van dit experiment moet het gebruik van een gas met een brekingsindex die verschilt van de omringende lucht lab betrekken. Deze specifieke studie maakt gebruik van hete stikstof. Opgemerkt wordt dat slechts een klein verschil in brekingsindex waargenomen tussen zuivere stikstof uit de gasstroom en lucht bij kamertemperatuur 6, vooral omdat eenir bestaat hoofdzakelijk uit stikstof. Dit probleem wordt overwonnen in dit geval vanwege de hoge temperaturen van de zuivere stikstof in de gasstroom die een belangrijk genoeg verandering in brekingsindex van het gas wordt waargenomen produceert.
Andere massaspectrometrie bronnen zoals een desorptie Atmospheric chemische ionisatie (Dapci) 7, Vloeiende Luchtdruk Afterglow (FAPA) 8-10, en Direct Analysis in Real Time (DART) 11 ionisatie bronnen hebben gebruikt schlieren fotografie. De bedoeling van dit protocol is om te bespreken hoe ambient ionisatie bestuderen met behulp van een basis Schlieren fotografie configuratie. Deze techniek is echter toepasbaar op elk aantal verschillende analytische technieken gasstromen omvatten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Er zijn verschillende overwegingen die zet voordat dit protocol moet worden aangepakt. Naast de ruimte rond de massaspectrometer voor de bron en de spiegel moet voldoende open ruimte beschikbaar om de afstand van twee maal het brandpunt van de spiegel tegemoet. Bovendien is de grootte van de spiegel uiteindelijk bepaald door de grootte van de bron die wordt onderzocht. Indien de spiegel te klein is, de bron niet volledig zichtbaar. Belangrijk is dat sommige merken, zo niet alle, van de bron kappen moeten worden verwijde…
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).
