Развитие лазерных методов ионизации в масс-спектрометрии органических соединений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, кандидат наук Пенто Андрей Владимирович

• Пенто Андрей Владимирович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Пенто Андрей Владимирович

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Методы ионизации с использованием лазерного излучения

1.1.1 Селективная фотоионизация

1.1.2 Ионизация лазерной плазмой на поверхности образца (LAMMA)

1.1.3 «Мягкая» лазерная десорбция-ионизация (Soft LDI)

1.1.4 Лазерная десорбция-ионизация, активированная матрицей (MALDI)

1.1.5 Поверхностно-активированная лазерная десорбция-ионизация (Surface Assisted Laser Desorption Ionization, SALDI)

1.2 Исследование режима лазерной десорбции

1.2.1 Рефлектрон как энергетический селектор

1.2.2 Метод дрейфа в бесполевом промежутке (FFDM)

1.2.3 Задержанная экстракция DEM (delayed extraction method)

1.3 Режим десорбции в SALDI

1.4 SALDI масс-спектрометр для анализа растворов

1.5 Методы масс-спектрометрического анализа биологических образцов при атмосферном давлении

1.5.1 Однофотонная ионизация

1.5.2 УФ ионизация органических соединений при атмосферном давлении

1.6 Заключение

Глава 2. Исследование процесса десорбции ионов в SALDI методом задержанной экстракции

2.1 Экспериментальная установка

2.1.1. Масс-анализатор с блоком задержанной экстракции и система сбора данных

2.1.2 Лазерная система

2.1.3 Исследованные химические соединения

2.1.4 Методика обработки экспериментальных данных

2.2. Разработка методики формирования SALDI-активного слоя на поверхности подложки для получения отрицательных ионов

2.3. Оценка параметров энергетического распределения десорбированных ионов

2.3 Определение вероятности ионизации в режиме регистрации отрицательных ионов в методе SALDI

2.4 Выводы

Глава 3. SALDI масс-спектрометр для анализа жидких проб

3.1 Устройство SALDI масс-спектрометра

3.1.1 Масс-анализатор

3.1.2 Лазерная система

3.1.3 Интерфейс ввода пробы

3.2. Исследованные химические соединения

3.3. Анализ растворов лекарственных препаратов

3.3.1. Оптимизация параметров лазерного излучения

3.3.2. Оптимизация параметров нанесения пробы

3.3.3 SALDI масс-спектры лекарственных соединений

3.3.4 Воспроизводимость результатов анализа

3.3.5. Чувствительность анализа

3.4. Выводы

Глава 4. Применение лазерной плазмы в качестве ионизатора органических соединений при атмосферном давлении

4.2. Описание экспериментальной установки

4.3. Изучение механизмов ионизации аналитических соединений

4.3.1 Характерные особенности образования ионов при анализе газофазных образцов .... 100 4.3.2. Исследование механизмов ионизации летучих органических соединений

4.4 Определение порогов обнаружения

4.4.1 Порог обнаружения в газообразных соединений

4.4.2 Порог обнаружения при абляции твердых образцов

4.5 Оценка пространственного разрешения

4.5.1 Оценка разрешения с использованием третьей гармоники Nd:YAG

4.5.2 Оценка разрешения с использованием CO2 лазера

4.6 Получение масс-спектрометрических изображений

4.6.1 Масс-спектрометрическое изображение модельного объекта

4.6.2 Масс-спектрометрическое изображение биотканей

4.7 Выводы

Заключение

Использованная литература

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Развитие лазерных методов ионизации в масс-спектрометрии органических соединений»

Актуальность темы

Масс-спектрометрия органических соединений чрезвычайно интенсивно развивается в течение последних десятилетий, поскольку это один из основных источников получения информации о сложных биологических объектах. Для масс-спектрометрического анализа необходимо получить ионы вещества исследуемого объекта в газовой фазе с минимальной фрагментацией и максимальной эффективностью.

Весьма перспективным и высокочувствительным методом анализа органических соединений с молекулярной массой до1000 а.е.м. является метод SALDI (Surface Assisted Laser Desorption Ionization). В этом методе молекулы исследуемых соединений адсорбируются из раствора или газовой фазы на специально приготовленную нано структурированную поверхность кремния, затем импульсным лазерным излучением десорбируются уже в виде ионов и анализируются время пролётным масс-анализатором. По ряду соединений порог обнаружения может достигать 20 молекул в см [А3].

Хотя основное понимание механизмов формирования ионов в SALDI процессе к настоящему моменту сложилось [1], некоторые вопросы, имеющие ключевое практическое значение при проектировании и создании масс-спектрометрического оборудования с источником ионов методом SALDI, оставалось невыясненным. Неизвестно влияние напряжённости внешнего электростатического поля на эффективность десорбции ионов в SALDI. Неизвестен также вид энергетического распределения десорбированных ионов в SALDI и влияние на него плотности энергии десорбирующего лазерного излучения.

Второй, чрезвычайно актуальной задачей в настоящее время является масс-спектрометрический экспресс анализ органических объектов при атмосферном давлении в состоянии «как они есть», т.е. без процедуры предварительной подготовки пробы. Это позволяет сохранить исходный химический состав анализируемого объекта без изменений и сокращает время анализа. Поскольку метод SALDI ориентирован, в первую очередь, на анализ в газовой фазе или анализ растворов, а формирование ионов происходит в вакууме, решение этой задачи в рамках SALDI, таким образом, не представляется возможным. Предложенный в этой работе способ ионизации излучением лазерной плазмы позволяет проводить масс-спектрометрический анализ без предварительной пробоподготовки и получать масс-спектрометрические изображения реальных биологических объектов при атмосферном давлении.

Цель и задачи работы

Целью предлагаемой работы явилось развитие двух лазерных методов ионизации в масс-спектрометрии органических соединений. Это метод SALDI с использованием наноструктурированных кремниевых материалов в качестве эмиттеров ионов, а также новый метод ионизации излучением лазерной плазмы при атмосферном давлении. Для достижения поставленных целей требовалось решить следующие задачи:

1. Разработать экспериментальную установку для изучения десорбции ионов в процессе SALDI с использованием задержанной экстракции.

2. Изучить влияние внешнего электростатического поля на эффективность десорбции ионов в процессе SALDI и получить вид распределений кинетических энергий десорбированных ионов. Исследовать влияние плотности энергии десорбирующего лазерного излучения на вид этих распределений.

3. Разработать и создать узел сопряжения масс-анализатора типа QTOF (Время пролетного масс-спектрометра с ортогональным вводом ионов через газонаполненный транспортный квадруполь, Quadrupole-time-of-flight) и системы транспорта подложек из области атмосферного давления в камеру масс-спектрометра на основе вращающегося шара для анализа растворов методом SALDI. Определить пороги обнаружения по ряду лекарственных препаратов при анализе их методом SALDI.

4. Создать установку для масс-спектрометрического анализа органических объектов при атмосферном давлении на основе масс-анализатора с вводом ионов из области атмосферного давления и ионизацией излучением лазерной плазмы.

5. Разработать метод анализа твёрдых органических объектов при атмосферном давлении без предварительной подготовки пробы в режиме реального времени с использованием лазерной абляции и ионизацией излучением лазерной плазмы, определить пороги обнаружения этого метода анализа. Получить масс-спектрометрические изображения реальных биологических объектов, определить пространственное разрешение такого метода анализа.

Научная новизна

1. Показано, что эффективность десорбции ионов в процессе SALDI не зависит от напряжённости внешнего электростатического поля. Методом задержанной экстракции определён вид энергетических распределений десорбированных ионов в процессе SALDI. Показано, что изменение плотности энергии лазерного излучения выше порога десорбции ионов не оказывает существенного влияния на вид энергетических распределений десорбированных ионов в процессе SALDI.

2. Разработан интерфейс сопряжения масс-анализатора типа QTOF и узла ввода SALDI подложек с нанесённой жидкой пробой на основе вращающегося шара. С использованием прибора QTOF, оборудованного таким интерфейсом, определены чувствительности анализа растворов лекарственных препаратов методом SALDI.

3. Предложен способ ионизации излучением лазерной плазмы при атмосферном давлении. Определён и исследован механизм образования ионов в этом способе ионизации. Показано, что основным механизмом ионизации молекул органических соединений этим способом является протонирование, а источником протона являются присутствующие в атмосферном воздухе молекулы воды.

4. Предложен масс-спектрометрический способ анализа химического состава вещества при атмосферном давлении, включающий лазерную абляцию и ионизацию продуктов абляции исследуемых образцов излучением лазерной плазмы. Научная новизна способа анализа подтверждена патентом РФ 2539740.

5. Определены пороги обнаружения при анализе предложенным способом как для летучих соединений, находящихся в следовых концентрациях в атмосферном воздухе, так и для нелетучих соединений, поток которых создавался лазерной абляцией анализируемых образцов.

Практическая значимость

Полученные данные о режимах десорбции ионов в SALDI процессе и влиянии напряжённости внешнего электростатического поля и плотности энергии десорбирующего излучения на вид энергетических распределений ионов необходимы при проектировании масс-спектрометров с ионными источниками на основе SALDI.

Показана возможность количественного анализа лекарственных препаратов в жидких пробах методом SALDI с использованием масс-анализатора типа QTOF с системой ввода проб из области атмосферного давления. Полученные результаты могут быть использованы для высокочувствительного экспресс-анализа биологических жидкостей.

Предложен новый метод масс-спектрометрического анализа твёрдых органических образцов в состоянии «как они есть» в режиме реального времени при атмосферном давлении на основе лазерной абляции и ионизации продуктов абляции излучением лазерной плазмы. Способ может быть применён при анализе пищевых продуктов, в криминалистике, в системах обеспечения безопасности, при анализе и идентификации реальных биологических тканей, в т.ч. онкологических.

Защищаемые положения

1. Внешнее электростатическое поле не оказывает влияния на эффективность десорбции ионов в процессе SALDI.

2. Изменение плотности энергии лазерного излучения выше порога десорбции не оказывает существенного влияния на вид энергетических распределений десорбированных ионов в SALDI.

3. Использование интерфейса сопряжения ввода SALDI подложек с нанесённой жидкой пробой с масс-анализатором рефлектроном с ортогональным вводом ионов через транспортный квадруполь (QTOF) обеспечивает детектирование аналитов в растворах на уровне единиц фемтомоль вещества, введенного в прибор.

4. При ионизации органических молекул при атмосферном давлении излучением лазерной

плазмы основным каналом передачи заряда является протонирование, а источником протона являются присутствующие в атмосфере молекулы воды.

5. Способ ионизации при атмосферном давлении излучением лазерной плазмы обеспечивает протонирование соединений с низкой энергией сродства к протону и, таким образом, существенно расширяет классы анализируемых соединений.

6. Способ ионизации излучением лазерной плазмы в сочетании с лазерной абляцией позволяет производить масс-спектрометрический анализ твёрдых органических объектов при атмосферном давлении и получать их масс-спектрометрические изображения с разрешением на уровне 30 мкм.

Апробация работы

Результаты работы докладывались на российских и международных конференциях: IV Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Фундаментальные вопросы масс-спектрометрии и ее аналитические применения» памяти В.Л. Тальрозе (10-14 октября 2010 г., г.Звенигород Московской обл.),

Пятый съезд ВМСО - IV Всероссийская конференция с международным участием «Масс-спектрометрия и ее прикладные проблемы») (05-09 сентября 2011 г., г. Москва, пос. Московский),

VIII Всероссийская конференция по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика-2011»( 26 июня — 2 июля 2011 г., г. Архангельск)

60th ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics (May 20 - 24, 2012 Vancouver, Canada)

The Conference on Innovations in Mass Spectrometry Instrumentation INN MASS SPEC 2013 (St. Petersburg, Russia, 14-18 July 2013)

IX Всероссийская конференция «Экоаналитика-2014» (г. Светлогорск, 23 июня - 28 июня 2014 года).

Публикации

Основные результаты работы опубликованы в 7 статьях в отечественных журналах списка ВАК и 1 зарубежном журнале, получен 1 патент на изобретение.

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и списка цитируемой литературы из 150 наименований. Диссертация изложена на 127 страницах, содержит 55 рисунков и 6 таблиц.

Глава 1. Литературный обзор

На сегодняшний день масс-спектрометрия является наиболее информативным методом анализа состава вещества и широко применяется при анализе органических и биоорганических соединений. Для решения некоторых важных задач в этой области применение известных методов ионизации, таких как ионизация электронным ударом или химической ионизации не является эффективным в силу ряда недостатков, присущих этим методов. Это низкая вероятность ионизации в газовой фазе на уровне 10-5 - 10-6, что является ключевым ограничением для величины порога обнаружения. Это и значительная фрагментация сложных молекул при ионизации электронным ударом. При анализе сложных смесей большое количество фрагментов делает задачу идентификации индивидуальных соединений в составе смеси чрезвычайно сложной, а подчас и невозможной. По этой причине поиск и развитие «мягких» методов ионизации, т.е., не приводящих к значительной фрагментации сложных молекул, является чрезвычайно актуальной задачей для масс-спектрометрии органических соединений.

Открытие «мягких» способов ионизации электрораспылением (электроспрея) [2, 3] и MALDI[4], произвело революцию в органической масс-спектрометрии. В частности, метод MALDI, матрично-активированная лазерная десорбция-ионизация, позволил получать ионы биологических макромолекул m/z200000 и более, вплоть до 1 МДа [5]. Это открытие дало мощный толчок к развитию наук о жизни, привело к появлению отдельного научного направления «-омик» (протеомика, метаболомика), а электроспрей и MALDI в 2002 г. были удостоены Нобелевской премии по химии и на данный момент являются де-факто основными в масс-спектрометрии биоорганических макромолекул. Несмотря на достигнутые успехи, каждый из методов ионизации не лишён недостатков, что обуславливает необходимость поиска новых подходов. Разработка новых способов ионизации является одной из основных задач современной масс-спектрометрии. Особое место занимают способы ионизации с использованием лазерного излучения.

1.1 Методы ионизации с использованием лазерного излучения

1.1.1 Селективная фотоионизация

Лазерные методы ионизации появились практически сразу после изобретения лазеров [6]. Дальнейшее развитие лазерной техники определило развитие и появление новых лазерных методов ионизации. Выделилось два основных направления развития. Первое -

непосредственная ионизация молекул или атомов анализируемого соединения в газовой фазе в результате резонансного поглощения лазерного излучения. Процесс может быть реализован по нескольким схемам, общей чертой которых является предварительное селективное возбуждение атомов или молекул в некоторое промежуточное состояние квантами лазерного излучения, энергия которых недостаточна для ионизации. После чего происходит ионизация только атомов или молекул, находящихся в возбуждённом состоянии дополнительным лазерным излучением или столкновением с другими частицами.

Еще в начале 70х были предприняты первые успешные попытки в этом направлении. Для разделения изотопов и элементного анализа была предложена и селективная двухступенчатая резонансная фотоионизация [7, 8]. Возможности метода двухступенчатой резонансной фотоионизации были продемонстрированы в работах [9, 10] на примере ионизации атомов рубидия. Позже такой подход был применён для ступенчатой ионизация органических молекул [11]. Сочетание резонансной ионизации с лазерной абляцией твердой кремниевой мишени и замороженной жидкости позволило реализовать достаточно низкие пороги обнаружения [12, 13]. Однако, главный недостаток метода в его резонансности. Невозможно получить одновременно весь спектр анализируемых соединений именно в силу резонансности канала ионизации.

Метод не получил широкого распространения также из-за сложности лазерных установок, обеспечивающих плавную перестройку длины волны излучения в УФ области спектра и высокой фрагментации ионизируемых соединений.

1.1.2 Ионизация лазерной плазмой на поверхности образца (LAMMA)

Второе направление развития лазерных методов ионизации - лазерная десорбция-ионизация(ЬБ1 - laser desorption-ionization). Метод подразумевает лазерное воздействие на поверхность твёрдого или жидкого вещества, что приводит к образованию ионов этого вещества в газовой фазе.

Одной из первых реализаций сочетания LDI с времяпролётными масс-анализаторами стали приборы типа LAMMA (Laser Microprobe Mass Analysis) [14].

Для испарения и ионизации использовался мощный импульсный Nd:YAG с модуляцией добротности (длительность импульса - 15 нс, мощность 10-1011 Вт/см2 в пятне диаметром 0,5 мкм после генератора 4й гармоники X = 265 нм и фокусировки). Импульс лазера испаряет образец в исследуемой области и создаёт над его поверхностью микроплазму, состоящую в основном из нейтральных молекул, фрагментов, атомов и ионов материала исследуемого

образца. Ионы имеют преимущественно единичный заряд. Масс-спектр этой плазмы затем регистрируется системой сбора данных.

Приборы этого класса пригодны главным образом, для элементного анализа, и не получили широкого применения в анализе сложных органических веществ из-за низкой чувствительности и значительной фрагментации.

1.1.3 «Мягкая» лазерная десорбция-ионизация (Soft LDI)

Как было отмечено выше, одно из основных требований к способу ионизации органических молекул является низкий уровень фрагментации. Одним из первых успешных результатов поисков в этом направлении стала работа Антонова и Летохова по лазерной десорбции-ионизации нуклеиновых кислот и антрацена [15] излучением KrF лазера на длине волны 249 нм при плотности мощности 3*104 - 3*106 Вт/см2.

Порошки индивидуальных веществ, нуклеиновых кислот и антрацена, наносились на нержавеющие подложки, помещались в камеру времяпролётного масс-спектрометра и подвергались импульсному лазерному воздействию. В масс-спектре наблюдались молекулярные ионы исследуемых соединений, практически отсутствовала фрагментация. Однако, точность определения масс 1 а.е.м. в этом эксперименте не позволяла определить, каким ионам соответствуют пики в масс-спектре: молекулярным ионам исследуемых соединений или их протонированным молекулам.

Несколько позже Карас, Бахманн и Хилленкамп обнаружили, что ионы аминокислоты аланина могут быть успешно получены под воздействием импульсного излучения 4й гармоники Nd:YAG лазера на смесь аланина и аминокислоты триптофана[16]. Триптофан хорошо поглощает ультрафиолет и способствует ионизации аланина, прозрачного в этом диапазоне. Позже, такой подход с использованием уже никотиновой кислоты в качестве «матрицы», позволил получить квазимолекулярный ион полипептида меллитина массой более 2843 а.е.м.

[17]

Дальнейший поиск методов лазерной ионизации органических макромолекул привёл к появлению метода ионизации при помощи «ультратонких металлических порошков с жидкой матрицей» [18]. В этой работе К. Танака использовали глицериновую матрицу с добавлением наночастиц кобальта диаметром 300 А. Анализируемая проба смешивалась с матрицей и наносилась на металлическую подложку, подложка вводилась в вакуумную камеру времяпролётного масс-анализатора Shimadzu LAMS-50K. Затем проба в течение небольшого времени высушивалась в камере для удаления летучих компонентов и подвергалась воздействию импульсного азотного лазера, длина волны излучения - 337 нм, длительность

импульса - около 10 нс. Авторам работы удалось зарегистрировать квазимолекулярные ионы мультимера([7xM + Щ+) белка лизоцима куриного яйца массой более 100 000 а.е.м., что явилось на тот момент революционным результатом. На рис. 1.1 приведён масс-спектр лизоцима, полученный авторами. Пики ионов мультимеров лизоцима с соответствующей кратностью отмечены на рисунке.

Рис.1.1. Масс-спектр белка лизоцима куриного яйца, полученный авторами [18]. Пики мультимеров квазимолекулярных ионов с их кратностью отмечены на рисунке.

Авторы констатировали невозможность получения ионов макромолекул без добавления в пробу ультратонкого порошка. Среди ключевых факторов, создающих условия для ионизации макромолекул отметили большую удельную площадь поверхности порошка наночастиц и эффективное поглощение лазерного излучения ими. Танака показал, что подбором соответствующей матрицы и длины волны лазерного излучения можно обеспечить ионизацию протеинов, за что в 2002 был удостоен Нобелевской премии.

В настоящее время среди методов лазерной десорбции-ионизация, в соответствии с рекомендациями IUPAC, выделяют два основных направления: MALDI и SALDI [19].

1.1.4 Лазерная десорбция-ионизация, активированная матрицей (МАЬБ1)

Практически одновременно с работой Танаки была опубликована работа Караса и Хилленкампа применили подход с использованием поглощающей лазерное излучение органической матрицы к ионизации биоорганических макромолекул. В работе [4] в качестве матрицы использовалась никотиновая кислота. Раствор анализируемого вещества смешивался с раствором никотиновой кислоты, капля получившегося раствора наносилась на металлическую подложку и высушивалась. Концентрация матрицы при этом на несколько порядков

превосходила концентрацию аналита. Затем металлическая подложка с каплей вводилась в вакуумную камеру времяпролётного масс-анализатора эффективной длины 2,5м и подвергалась импульсному воздействию 4й гармоники лазера Nd:YAG, длина волны излучения - 266 нм, длительность импульса - 10 нс.

Авторам удалось зарегистрировать ионы молекулярной массы более 110000 а.е.м., этот метод анализа авторы назвали «matrix-UVLDI» , matrix ultraviolet laser desorption-ionization[4]. Впоследствии метод получил название MALDI - matrix assisted laser desorption-ionization, или лазерная десорбция ионизация, активированная матрицей. Метод MALDI впоследствии получил широкое распространение, поскольку оказался более эффективен в ионизации тяжёлых органических молекул, чем метод, предложенный Танакой.

Дальнейшие усилия по развитию метода MALDI были направлены на поиски различных веществ для использования в качестве матриц и подбора оптимальных параметров лазерного воздействия для десорбции и ионизации [20-26]. В качестве матрицы использовались, в основном органические кислоты. Применялись различные типы лазеров: TEA CO2 лазер, Er:YAG лазер, 3я и 4я гармоники Nd:YAG лазера, азотный лазер и др.

Стандартная схема анализа с использованием MALDI выглядит следующим образом. Жидкий раствор изучаемого вещества и матрицы наносится на специальную металлическую подложку и высушивается. Изучаемое вещество должно быть сокристаллизовано с матрицей. Как правило, вещества матрицы на несколько порядков больше, чем изучаемого вещества. Затем подложка вводится в вакуумную камеру времяпролётного масс-анализатора. Как правило, это - рефлектрон. На поверхность подложки с пробой воздействуют лазерным импульсом. Матрица должна эффективно поглощать десорбирующее лазерное излучение. Под действием лазерного излучения происходит электронное, как в случае использования ультрафиолетовых лазеров, или колебательное возбуждение матрицы в случае использования ИК лазеров.

Поглощение лазерного излучения приводит к взрывному испарению и перевода матрицы и анализируемого вещества в газовую фазу с формированием области локально высокого давления, называемой «факелом» или «плюмом». На рис.1.2 приведено изображение факела, полученное методом LIF (laser induced fluorescence) [27].

Рис. 1.2. Изображение эволюции во времени факела MALDI, полученное методом LIF (laser induced fluorescence) в работе [27].

Хотя характерное время лазерного воздействия составляет величину несколько нс, время существования плотного столкновительного факела может быть значительно больше, по разным оценкам, порядка мкс [28, 29]. Факел играет ключевую роль в MALDI, поскольку различные процессы, протекающие там, в конечном счёте, приводят к передаче заряда молекуле исследуемого соединения [28, 30]. Физика процессов, протекающих в факеле чрезвычайно сложна и по настоящий момент остаётся предметом изысканий. Хотя однозначного понимания процессов, приводящих к передаче заряда, не сложилось, был выделен ряд характерных черт, присущих ионизации методом MALDI: матрица должна поглощать десорбирующее лазерное излучение и быть эффектривным донором протона, обеспечивая протонирование анализируемых соединений в плотном факеле. Изучению процессов, проходящих в факеле и передачи заряда молекулам исследуемого соединения посвящено большое количество работ, как экспериментальных, так и теоретических, в том числе обзоров[28, 30, 31]. В настоящее время MALDI является основным методом анализа высокомолекулярных биоорганических соединений.

Конструктивные особенности МАЬБ1 масс-спектрометров

Процесс образования ионов в МЛЬБ1 обладает рядом особенностей, которые необходимо учитывать при построении масс-спектрометров с источником ионов этого типа. В первую очередь, МЛЬВ1 является импульсным источником ионов, по этой причине оптимальным решением является использование времяпролётного масс-анализатора в сочетании с этим источником ионов.

Одним из основных параметров любого масс-спектрометра является его разрешающая способность. Среди ключевых факторов, ограничивающих разрешение времяпролётного прибора - начальный разброс скоростей и пространственных положений ионов в ускоряющем

промежутке. Полностью устранить влияние этих факторов невозможно в силу особенностей процесса образования ионов, однако это влияние можно частично компенсировать. Ряд технических решений, позволяющих это осуществить, стал неотъемлемой частью всех современных МЛЬБ1 приборов.

Задержанная экстракция и двухсеточный источник

Для улучшения разрешения времяпролётного масс-анализатора с импульсной ионизацией электронным ударом в 1955 Вили и МакЛареном [32] была предложена схема с применением задержанной экстракции. Подход подразумевает подачу напряжения на электроды ускоряющего промежутка спустя некоторое время после образования там ионов. Схематично конструкция прибора приведена на рис.1.3. В участке (1) электрическое поле напряжённостью Бб создаётся между сплошным электродом (2) и первой сеткой. На расстоянии б до неё образуются ионы, отмечено звёздочками на рисунке. После вылета из промежутка (1) ионы затем дополнительно ускоряются в промежутке (3) с напряжённостью поля Её, затем попадают в промежуток свободного пролёта(4) с нулевой напряжённостью электрического поля и дают сигнал на коллекторе (5). В качестве коллектора может выступать вторичный электронный умножитель.

Рис. 1.3 . Схема двусеточного времяпролётного прибора, предложенная Вили и Маклареном [32]. 1 - область образования ионов, ограниченная электродом 2 и первой сеткой. 3 - участок доускорения, 4 - свободнопролётный участок, 5 - коллектор ионов.

Время пролёта в приборе зависит от б, начального положения иона в промежутке (1). Путём подбора соотношения напряжённостей полей Бб и Её такая геометрия позволяет добиться пространственной фокусировки, то есть минимизировать влияние на разрешение прибора разброса начальных положений ионов. А подбор длительности задержки с момента

образования ионов до включения ускоряющего поля Es(при этом, в промежутке 3 напряжённость поля неизменна и равна Ed) позволяет добиться энергетической фокусировки (time lag focusing), то есть минимизировать влияние начального разброса кинетических энергий ионов на время пролёта, следовательно, разрешение прибора.

Задержанная экстракция нашла своё применение в масс-спектрометрах с лазерной десорбцией-ионизацией, в том числе MALDI, для компенсации начального распределения скоростей и пространственных положений и улучшения и, таким образом, разрешающей способности [15, 33-37]. В настоящее время задержанная экстракция применяется практически во всех коммерческих MALDI масс-спектрометрах.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Пенто Андрей Владимирович, 2016 год

Использованная литература

1. Alimpiev S., Grechnikov A., Sunner J., Karavanskii V., Simanovsky Y., Zhabin S., Nikiforov S. On the role of defects and surface chemistry for surface-assisted laser desorption ionization from silicon // J. Chem. Phys. - 2008. - T. 128, № 1. - C. 014711-014719.

2. Александров М. Л., Галль Л. Н., Краснов Н. В., Николаев В. И., Шкуров В. А. Экстракция ионов из растворов при атмосферном давлении - новый метод масс-спектрометрического анализа // ДАН СССР. - 1984. - T. 277, № 2. - C. 379-383.

3. Fenn J. B., Mann M., Meng C. K., Wong S. F., Whitehouse C. M. Electrospray ionization for mass spectrometry of large biomolecules // Science. - 1989. - T. 246, № 4926. - C. 64-71.

4. Karas M., Bahr U., Hillenkamp F. UV laser matrix desorption/ionization mass spectrometry of proteins in the 100 000 dalton range // International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes. - 1989. - T. 92. - C. 231-242.

5. Nelson R. W., Dogruel D., Williams P. Detection of human IgM at m/z ~ 1 MDa // Rapid Communications in Mass Spectrometry. - 1995. - T. 9, № 7. - C. 625-625.

6. Honig R. E., Woolston J. R. Laser-induced emission of electrons, ions, and neutral atoms from solid surfaces // Appl. Phys. Lett. - 1963. - T. 2, № 7. - C. 138-139.

7. Летохов В. С. О возможности разделения изотопов матодами резонансной фотоионизации атомов и фотодиссоциации молекул лазерным излучением // Отчёт ФИАН СССР, 1969 -Препринт Интститута спектроскопии РАН СССР. - 1979. № 1. - C. 1.

8. Летохов В. С. Авт. свид. № 784679 с приоритетом от 30.03.70 // Бюллетень изобретений. -1982. № 8. - C. 308.

9. Letokhov V., Ambartzymian R. Selective two-step (STS) photoionization of atoms and photodissociation of molecules by laser radiation // Quantum Electronics, IEEE Journal of. - 1971. -T. 7, № 6. - C. 305-306.

10. Амбарцумян Р. В., Калинин В. П., Летохов В. С. Двухступенчатая селективная фотоионизация атомов рубидия лазерным излучением // Письма в ЖЭТФ. - 1971. - T. 13. - C. 305-307.

11. Antonov V. S., Knyazev I. N., Letokhov V. S., Matiuk V. M., Movshev V. G., Potapov V. K. Stepwise laser photoionization of molecules in a mass spectrometer: a new method for probing and detection of polyatomic molecules // Optics Letters. - 1978. - T. 3, № 2. - C. 37-39.

12. Alimpiev S. S., Belov M. E., Nikiforov S. M. Laser ablation/ionization technique for trace element analysis // Analytical Chemistry. - 1993. - T. 65, № 22. - C. 3194-3198.

13. Belov M. E., Alimpiev S. S., Mlynsky V. V., Nikiforov S. M., Derrick P. J. Laser ablation of organic molecules from frozen matrices // Rapid Communications in Mass Spectrometry. - 1995. - T. 9, № 14. - C. 1431-1436.

14. Denoyer E., Van Grieken R., Adams F., Natusch D. F. S. Laser microprobe mass spectrometry. 1. Basic principles and performance characteristics // Analytical Chemistry. - 1982. - T. 54, № 1. - C. 26A-41A.

15. Antonov V. S., Letokhov V. S., Shibanov A. N. Formation of molecular ions as a result of irradiation of the surface of molecular crystals by UV laser radiation // JETP Letters. - 1980. - T. 31, № 8. - C. 441.

16. Karas M., Bachmann D., Hillenkamp F. Influence of the wavelength in high-irradiance ultraviolet laser desorption mass spectrometry of organic molecules // Anal Chem. - 1985. - T. 57, № 14. - C. 2935-2939.

17. Karas M., Bachmann D., Bahr U., Hillenkamp F. Matrix-assisted ultraviolet laser desorption of non-volatile compounds // Int. J. Mass Spectrom. - 1987. - T. 78, № 1. - C. 53-68.

18. Tanaka K., Waki H., Ido Y., Akita S., Yoshida Y., Yoshida Т., Matsuo T. Protein and polymer analysis up to m/z 100,000 by laser ionization time-of-flight mass spectrometry // Rapid Commun. Mass Spectrom. - 1988. - T. 2, № 8. - C. 151-153.

19. Murray Kermit K., Boyd Robert K., Eberlin Marcos N., Langley G. J., Li L., Naito Y. Definitions of terms relating to mass spectrometry (IUPAC Recommendations 2013) // Book Definitions of terms relating to mass spectrometry (IUPAC Recommendations 2013) / Editor, 2013. - C. 1515.

20. Beavis R. C., Chait B. T., Standing K. G. Matrix-assisted laser-desorption mass spectrometry using 355 nm radiation // Rapid Communications in Mass Spectrometry. - 1989. - T. 3, № 12. - C. 436-439.

21. Beavis R. C., Chait B. T., Fales H. M. Cinnamic acid derivatives as matrices for ultraviolet laser desorption mass spectrometry of proteins // Rapid Communications in Mass Spectrometry. - 1989. -T. 3, № 12. - C. 432-435.

22. Tajiri M., Takeuchi T., Wada Y. Distinct Features of Matrix-Assisted 6 p,m Infrared Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry in Biomolecular Analysis // Analytical Chemistry. - 2009. -T. 81, № 16. - C. 6750-6755.

23. Berkenkamp S., Menzel C., Hillenkamp F., Dreisewerd K. Measurements of mean initial velocities of analyte and matrix ions in infrared matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry // Journal of the American Society for Mass Spectrometry. - 2002. - T. 13, № 3. - C. 209-220.

24. Berkenkamp S., Menzel C., Karas M., Hillenkamp F. Performance of Infrared Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry with Lasers Emitting in the 3 p,m Wavelength Range // Rapid Communications in Mass Spectrometry. - 1997. - T. 11, № 13. - C. 1399-1406.

25. Ermer D. R., Baltz-Knorr M., Haglund R. F. Intensity dependence of cation kinetic energies from 2,5-dihydroxybenzoic acid near the infrared matrix-assisted laser desorption/ionization threshold // Journal of Mass Spectrometry. - 2001. - T. 36, № 5. - C. 538-545.

26. Feldhaus D., Menzel C., Berkenkamp S., Hillenkamp F., Dreisewerd K. Influence of the laser fluence in infrared matrix-assisted laser desorption/ionization with a 2.94 ^m Er : YAG laser and a flat-top beam profile // Journal of Mass Spectrometry. - 2000. - T. 35, № 11. - C. 1320-1328.

27. Puretzky A. A., Geohegan D. B., Hurst G. B., Buchanan M. V., Luk'yanchuk B. S. Imaging of Vapor Plumes Produced by Matrix Assisted Laser Desorption: A Plume Sharpening Effect // Physical Review Letters. - 1999. - T. 83, № 2. - C. 444-447.

28. Knochenmuss R., Zenobi R. MALDI ionization: The role of in-plume processes // Chemical Reviews. - 2003. - T. 103, № 2. - C. 441-452.

29. Zhigilei L. V., Garrison B. J. Molecular dynamics simulation study of the fluence dependence of particle yield and plume composition in laser desorption and ablation of organic solids // Applied Physics Letters. - 1999. - T. 74, № 9. - C. 1341-1343.

30. Dreisewerd K. The Desorption Process in MALDI // Chemical Reviews. - 2003. - T. 103, № 2. -C. 395-426.

31. Knochenmuss R. Ion formation mechanisms in UV-MALDI // Analyst. - 2006. - T. 131, № 9. -C. 966-986.

32. Wiley W. C., McLaren I. H. Time-of-Flight Mass Spectrometer with Improved Resolution // Review of Scientific Instruments. - 1955. - T. 26, № 12. - C. 1150-1157.

33. Tabet J. C., Cotter R. J. Laser desorption time-of-flight mass spectrometry of high mass molecules // Analytical Chemistry. - 1984. - T. 56, № 9. - C. 1662-1667.

34. Spengler B., Cotter R. J. Ultraviolet laser desorption/ionization mass spectrometry of proteins above 100,000 daltons by pulsed ion extraction time-of-flight analysis // Analytical Chemistry. - 1990. - T. 62, № 8. - C. 793-796.

35. Colby S. M., King T. B., Reilly J. P., Lubman D. M. Improving the resolution of matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry by exploiting the correlation between ion position and velocity // Rapid Communications in Mass Spectrometry. - 1994. - T. 8, № 11. - C. 865868.

36. Brown R. S., Lennon J. J. Mass Resolution Improvement by Incorporation of Pulsed Ion Extraction in a Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Linear Time-of-Flight Mass Spectrometer // Analytical Chemistry. - 1995. - T. 67, № 13. - C. 1998-2003.

37. Vestal M. L., Juhasz P., Martin S. A. Delayed extraction matrix-assisted laser desorption time-offlight mass spectrometry // Rapid Communications in Mass Spectrometry. - 1995. - T. 9, № 11. - C. 1044-1050.

38. Alikhanov S. G. A new impulse technique for ion mass measurements // Soviet Phys. JETP. -1957. - T. 4. - C. 452-454.

39. B.A. Mamyrin V. I. K., D.V. Shmikk, V.A. Zagulin. The mass-reflectron, a new nonmagnetic time-of-flight mass spectrometer with high resolution // JETP. - 1973. - T. 37, № 1. - C. 45.

40. Mauney T., Adams F. Ion kinetic energy measurements on laser-induced plasmas in laser microprobe mass analysis (LAMMA). Part I. Methodology // International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes. - 1984. - T. 59, № 1. - C. 103-119.

41. Vertes A., Juhasz P., Matus L. Peak shape determination in laser microprobe mass analysis // International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes. - 1986. - T. 73, № 1-2. - C. 109-125.

42. O'Connor P. B., Dreisewerd K., Strupat K., Hillenkamp F. MALDI Mass Spectrometry Instrumentation // MALDI MSWiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2013. - C. 41-104.

43. Sunner J., Dratz E., Chen Y. C. Graphite surface-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry of peptides and proteins from liquid solutions // Anal. Chem. - 1995. - T. 67, № 23. - C. 4335-4342.

44. Dale M. J., Knochenmuss R., Zenobi R. Graphite/liquid mixed matrixes for laser desorption/ionization mass spectrometry // Anal. Chem. - 1996. - T. 68, № 19. - C. 3321-3329.

45. S. Alimpiev S. N., A. Grechnikov, V. Karavanskii, Ya. Simanovskiy RF Patent №2285253 // 2006.

46. Wen X., Dagan S., Wysocki V. H. Small-molecule analysis with siliconnanoparticle-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry // Anal. Chem. - 2007. - T. 79, № 2. - C. 434-444.

47. Go E. P., Apon J. V., Luo G., Saghatelian A., Daniels R. H., Sahi V., Dubrow R., Cravatt B. F., Vertes A., Siuzdak G. Desorption/Ionization on Silicon Nanowires // Analytical Chemistry. - 2005. -T. 77, № 6. - C. 1641-1646.

48. Chen C.-T., Chen Y.-C. Molecularly imprinted TiO2-matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry for selectively detecting a-cyclodextrin // Anal. Chem. - 2004. - T. 76, № 5. - C. 1453-1457.

49. Watanabe T., Kawasaki H., Yonezawa T., Arakawa R. Surface-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry (SALDI-MS) of low molecular weight organic compounds and synthetic polymers using zinc oxide (ZnO) nanoparticles // J. Mass Spectrom. - 2008. - T. 43, № 8. - C. 1063-1071.

50. Kailasa S. K., Kiran K., Wu H.-F. Comparison of ZnS semiconductor nanoparticles capped with various functional groups as the matrix and affinity probes for rapid analysis of cyclodextrins and proteins in surface-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry // Anal. Chem.

- 2008. - T. 80, № 24. - C. 9681-9688.

51. Chen W.-Y., Wang L.-S., Chiu H.-T. Carbon nanotubes as affinity probes for peptides and proteins in MALDI MS analysis // J. Am. Soc. Mass Spectrom. - 2004. - T. 15, № 11. - C. 1629-1635.

52. Pan C., Xu S., Zou H., Guo Z., Zhang Y., Guo B. Carbon nanotubes as adsorbent of solid-phase extraction and matrix for laser desorption/ionization mass spectrometry // J. Am. Soc. Mass Spectrom.

- 2005. - T. 16, № 2. - C. 263-270.

53. Ren S.-F., Guo Y.-L. Oxidized carbon nanotubes as matrix for matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometric analysis of biomolecules // Rapid Commum. Mass Spectrom. - 2005. - T. 19, № 2. - C. 255-260.

54. Ren S.-F., Zhang L., Cheng Z.-H. Immobilized carbon nanotubes as matrix for MALDI-TOF-MS analysis: applications to neutral small carbohydrates // J. Am. Soc. Mass Spectrom. - 2005. - T. 16, № 3. - C. 333-339.

55. Ren S.-F., Guo Y.-L. Carbon nanotubes (2,5-dihydroxybenzoyl hydrazine) derivative as pH adjustable enriching reagent and matrix for MALDI analysis of trace peptides // J. Am. Soc. Mass Spectrom. - 2006. - T. 17, № 7. - C. 1023-1027.

56. Han M., Sunner J. An activated carbon substrate surface for laser desorption mass spectrometry // J. Am. Soc. Mass Spectrom. - 2000. - T. 11, № 7. - C. 644-649.

57. Park K.-H., Kim H.-J. Analysis of fatty acids by graphite plate laser desorption/ionization time-offlight mass spectrometry // Rapid Commun. Mass Spectrom. - 2001. - T. 15, № 16. - C. 1494-1499.

58. Kim H.-J., Lee J.-K., Park S.-J., Ro H. W., Yoo D. Y., Yoon D. Y. Observation of low molecular weight poly(methylsilsesquioxane)s by graphite plate laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry // Anal. Chem. - 2000. - T. 72, № 22. - C. 5673-5678.

59. Kim J., Paek K., Kang W. Visible surface-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry of small macromolecules deposited on the graphite plate // Bull. Korean Chem. Soc. - 2002. - T. 23, № 2. - C. 315-319.

60. Kim Y.-K., Na H.-K., Kwack S.-J., Ryoo S.-R., Lee Y., Hong S., Hong S., Jeong Y., Mint D.-H. Synergistic Effect of Graphene Oxide/MWCNT Films in Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry of Small Molecules and Tissue Imaging // ACS Nano. - 2011. - T. 5, № 6. - C. 45504561.

61. Wei J., Buriak J. M., Siuzdak G. Desorption-ionization mass spectrometry on porous silicon // Nature. - 1999. - T. 399, № 6733. - C. 243-246.

62. Bisi O., Ossicini S., Pavesi L. Porous silicon: a quantum sponge structure for silicon based optoelectronics // Surf. Sci. Rep. - 2000. - T. 38, № 1-3. - C. 1-126.

63. Zhang G. Porous Silicon: Morphology and Formation Mechanisms // Modern Aspects of Electrochemistry / Vayenas C. G. и др^рг^ег US, 2006. - C. 65-133.

64. Law K. P., Larkin J. Recent advances in SALDI-MS techniques and their chemical and bioanalytical applications // Analytical and Bioanalytical Chemistry. - 2011. - T. 399, № 8. - C. 2597-2622.

65. Алимпиев С. С., Никифоров С. М., Гречников А. А., Караванский В. А., Саннер Ж. А. Способ формирования шероховатой поверхности кремниевых подложек и электролит для анодного травления кремниевых подложек // Патент РФ №2217840. 2003.

66. Гречников А. А., Алимпиев С. С., Караванский В. А., Никифоров С. М., Симановский Я. О. Способ получения наноструктурированных кремниевых подложек // Патент РФ № 2364983. 2007.

67. Kaan Kalkan A., Bae S., Li H., Hayes D. J., Fonash S. J. Nanocrystalline Si thin films with arrayed void-column network deposited by high density plasma // Journal of Applied Physics. - 2000. - T. 88, № 1. - C. 555-561.

68. Kalkan A. K., Matthew R. H., Handong L., Joseph D. C., Daniel J. H., Charles P., Stephen J. F. Biomedical/analytical applications of deposited nanostructured Si films // Nanotechnology. - 2005. -T. 16, № 8. - C. 1383.

69. Finkel N. H., Prevo B. G., Velev O. D., He L. Ordered Silicon Nanocavity Arrays in Surface-Assisted Desorption/Ionization Mass Spectrometry // Analytical Chemistry. - 2005. - T. 77, № 4. - C. 1088-1095.

70. Stolee J. A., Vertes A. Polarization dependent fragmentation of ions produced by laser desorption from nanopost arrays // Physical Chemistry Chemical Physics. - 2011. - T. 13, № 20. - C. 9140-9146.

71. Chen Y., Vertes A. Adjustable fragmentation in laser desorption/ionization from laser-induced silicon microcolumn arrays // Anal. Chem. - 2006. - T. 78, № 16. - C. 5835-5844.

72. Luo G., Chen Y., Daniels H., Dubrow R., Vertes A. Internal Energy Transfer in Laser Desorption/Ionization from Silicon Nanowires // The Journal of Physical Chemistry B. - 2006. - T. 110, № 27. - C. 13381-13386.

73. Гречников А. А., Алимпиев С. С., Никифоров С. М., Симановский Я. О. Способ формирования эмиттера ионов для лазерной десорбции-ионизации химических соединений // Патент РФ № 2426191. 2011.

74. Liu P. L., Yen R., Bloembergen N., Hodgson R. T. Picosecond laser-induced melting and resolidification morphology on Si // Applied Physics Letters. - 1979. - T. 34, № 12. - C. 864-866.

75. Kruse R. A., Li X., Bohn P. W., Sweedler J. V. Experimental factors controlling analyte ion generation in Laser Desorption/Ionization mass spectrometry on porous silicon // Anal. Chem. - 2001. - T. 73, № 15. - C. 3639-3645.

76. Xiao Y., Retterer S. T., Thomas D. K., Tao J.-Y., He L. Impacts of surface morphology on ion desorption and ionization in Desorption Ionization on Porous Silicon (DIOS) mass spectrometry // J. Phys. Chem. C. - 2009. - T. 113, № 8. - C. 3076-3083.

77. Okuno S., Arakawa R., Okamoto K., Matsui Y., Seki S., Kozawa T., Tagawa S., Wada Y. Requirements for Laser-Induced Desorption/ionization on Submicrometer Structures // Anal. Chem. -2005. - T. 77, № 16. - C. 5364-5369.

78. Alimpiev S., Nikiforov S., Karavanskii V., Sunner J. On the Mechanism of Laser-Induced Desorption-Ionization of Organic Compounds from Etched Silicon and Carbon Surfaces // J. Chem. Phys. - 2001. - T. 115, № 4. - C. 1891-1901.

79. Kraft P., Alimpiev S., Dratz E., Sunner J. Infrared, surface-assisted laser desorption ionization mass spectrometry on frozen aqueous solutions of proteins and peptides using suspensions of organic solids // J. Am. Soc. Mass Spectrom. - 1998. - T. 9, № 9. - C. 912-924.

80. Лифшиц И. М. О структуре энергетического спектра и квантовых состояниях неупорядоченных конденсированных систем // Успехи физических наук - T. 83, № 8. - C. 617663.

81. Biswas R., Wang C. Z., Chan C. T., Ho K. M., Soukoulis C. M. Electronic structure of dangling and floating bonds in amorphous silicon // Physical Review Letters. - 1989. - T. 63, № 14. - C. 14911494.

82. Akihisa M. Recent understanding of the growth process of amorphous silicon from a silane glow-discharge plasma // Plasma Physics and Controlled Fusion. - 1997. - T. 39, № 5A. - C. A431.

83. Esser A., Seibert K., Kurz H., Parsons G. N., Wang C., Davidson B. N., Lucovsky G., Nemanich R. J. Ultrafast recombination and trapping in amorphous silicon // Physical Review B. - 1990. - T. 41, № 5. - C. 2879-2884.

84. Жабин С. Н. Роль структурных дефектов в процессе лазерной десорбции-ионизации органических соединений с оверхности кремния: Диссертация на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук; ФГБУН ИОФ РАН им. А.М.Прохорова. - Москва, 2012.

85. Alimpiev S. S., Nikiforov S. M., Grechnikov A. A., Sunner J. A. Novel technique for ultra sensitive detection of organic compounds // Vapour and Trace Detection of Explosives for Anti-Terrorism Purposes. - 2004. - T. 167. - C. 101-112.

86. Zhou J., Ens W., Standing K. G., Verentchikov A., Sundqvist B. U. R. Kinetic energy measurements of molecular ions ejected into an electric field by matrix-assisted laser desorption // Rapid Communications in Mass Spectrometry. - 1992. - T. 6, № 11. - C. 671-678.

87. Beavis R. C., Chait B. T. Velocity distributions of intact high mass polypeptide molecule ions produced by matrix assisted laser desorption // Chemical Physics Letters. - 1991. - T. 181, № 5. - C. 479-484.

88. Pan Y., Cotter R. J. Measurement of initial translational energies of peptide ions in laser desorption/ionization mass spectrometry // Organic Mass Spectrometry. - 1992. - T. 27, № 1. - C. 38.

89. Spengler B., Bökelmann V. Angular and time resolved intensity distributions of laser-desorbed matrix ions // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. - 1993. - T. 82, № 2. - C. 379-385.

90. Bökelmann V., Spengler B., Kaufmann R. Dynamical parameters of ion ejection and ion formation in matrix-assisted laser desorption/ionization // European Journal of Mass Spectrometry. - 1995. - T. 1, № 1. - C. 81-93.

91. Liang C. W., Lee C. H., Lin Y.-J., Lee Y. T., Ni C. K. MALDI Mechanism of Dihydroxybenzoic Acid Isomers: Desorption of Neutral Matrix and Analyte // The Journal of Physical Chemistry B. -2013. - T. 117, № 17. - C. 5058-5064.

92. Spengler B., Pan Y., Cotter R. J., Kan L.-S. Molecular weight determination of underivatized oligodeoxyribonucleotides by positive-ion matrix-assisted ultraviolet laser-desorption mass spectrometry // Rapid Communications in Mass Spectrometry. - 1990. - T. 4, № 4. - C. 99-102.

93. Glückmann M., Karas M. The initial ion velocity and its dependence on matrix, analyte and preparation method in ultraviolet matrix-assisted laser desorption/ionization // Journal of Mass Spectrometry. - 1999. - T. 34, № 5. - C. 467-477.

94. Juhasz P., Vestal M., Martin S. On the initial velocity of ions generated by matrix-assisted laser desorption ionization and its effect on the calibration of delayed extraction time-of-flight mass spectra // Journal of the American Society for Mass Spectrometry. - 199l. - T. 8, № 3. - C. 209-21l.

95. Schürenberg M., Schulz T., Dreisewerd K., Hillenkamp F. Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization in Transmission Geometry: Instrumental Implementation and Mechanistic Implications // Rapid Communications in Mass Spectrometry. - 1996. - T. 10, № 15. - C. 18l3-1880.

96. Ikeda A., Matsumoto M., Ogura S., Okano T., Fukutani K. Knudsen layer formation in laser induced thermal desorption // The Journal of Chemical Physics. - 2013. - T. 138, № 12. - C. 124l05. 9l. Kelly R. On the dual role of the Knudsen layer and unsteady, adiabatic expansion in pulse sputtering phenomena // The Journal of Chemical Physics. - 1990. - T. 92, № 8. - C. 504l-5056.

98. Kelly R., Dreyfus R. W. On the effect of Knudsen-layer formation on studies of vaporization, sputtering, and desorption // Surface Science. - 1988. - T. 198, № 1-2. - C. 263-2l6.

99. С.И. А. Об испарении металла, поглощающего лазерное излучение // ЖЭТФ. - 1968. - T. 54, № 1. - C. 339-342.

100. Noorbatcha I., Lucchese R. R., Zeiri Y. Anisotropic translational energy distribution due to gasphase collisions in rapid desorption of molecules from surfaces // Surface Science. - 1988. - T. 200, № 1. - C. 113-134.

101. NoorBatcha I., Lucchese R. R., Zeiri Y. Effects of gas-phase collisions in rapid desorption of molecules from surfaces in the presence of coadsorbates // The Journal of Chemical Physics. - 1988. -T. 89, № 8. - C. 5251-5263.

102. NoorBatcha I., Lucchese R. R., Zeiri Y. Effects of gas-phase collisions on particles rapidly desorbed from surfaces // Physical Review B. - 198l. - T. 36, № 9. - C. 49l8-4981.

103. Cowin J. P., Auerbach D. J., Becker C., Wharton L. Measurement of fast desorption kinetics of D 2, from tungsten by laser induced thermal desorption // Surface Science. - 19l8. - T. 78, № 3. - C. 545-564.

104. Kronik L., Shapira Y. Surface photovoltage phenomena: theory, experiment, and applications // Surface Science Reports. - 1999. - T. 37, № 1-5. - C. 1-206.

105. Клиническая фармакокинетика. Практика дозирования лекарств. / Белоусов Ю. Б., Гуревич К. Г. - Москва: Литтерра, 2005. - 288 с.

106. Клиническая фармакология и фармакотерапия. / Кукес В. Г. - Москва: ГЭОТАР-Медиа,

2008. - 1056 с.

10l. Alimpiev S., Grechnikov A., Sunner J., Borodkov A., Karavanskii V., Simanovsky Y., Nikiforov S. Gas chromatography/surface-assisted laser desorption ionization mass spectrometry of amphetamine-like compounds // Anal Chem. - 2009. - T. 81, № 3. - C. 1255-1261.

108. Grechnikov A. A., Borodkov A. S., Alimpiev S. S., Nikiforov S. M., Simanovsky Y. O. Gasphase basicity: Parameter determining the efficiency of laser desorption/ionization from silicon surfaces // Journal of Analytical Chemistry. - 2013. - T. 68, № 1. - C. 19-26.

109. Алимпиев С. С., Никифоров С. М., Симановский Я. О., Гречников А. А. Способ доставки анализируемого вещества в систему регистрации и устройство для его осуществления // Патент РФ №2327244. 2006.

110. Alimpiev S. S., Grechnikov A. A., Sunner J., Karavanskii V. A., Simanovsky Y. O., Nikiforov S. M. Surface-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry with a rotating ball interface // Rapid Commun. Mass Spectrom. - 2011. - T. 25, № 1. - C. 140-146.

111. Takats Z., Denes J., Kinross J. Identifying the margin: a new method to distinguish between cancerous and noncancerous tissue during surgery // FUTURE ONCOLOGY. - 2012. - T. 8. - C. 113-116.

112. Steeb J., Galhena A. S., Nyadong L., Janata J., Fernández F. M. Beta electron-assisted direct chemical ionization (BADCI) probe for ambient mass spectrometry // Chemical Communications. -

2009. № 31. - C. 4699-4l01.

113. Penning F. M. Über Ionisation durch metastabile Atome // Naturwissenschaften. - 192l. - T. 15, № 40. - C. 818-818.

114. Druyvesteyn M. J., Penning F. M. The Mechanism of Electrical Discharges in Gases of Low Pressure // Reviews of Modern Physics. - 1940. - T. 12, № 2. - C. 87-174.

115. Смирнов Б. М. Процессы ионизации при медленных столкновениях атомов // Успехи физических наук. - 1981. - T. 133, № 4.

116. Hiraoka K., Fujimaki S., Kambara S., Furuya H., Okazaki S. Atmospheric-pressure Penning ionization mass spectrometry // Rapid communications in mass spectrometry. - 2004. - T. 18, № 19. -C. 2323-2330.

117. Hiraoka K., Furuya H., Kambara S., Suzuki S., Hashimoto Y., Takamizawa A. Atmospheric-pressure Penning ionization of aliphatic hydrocarbons // Rapid communications in mass spectrometry. - 2006. - T. 20, № 21. - C. 3213-3222.

118. Cody R. B., Laramée J. A., Durst H. D. Versatile new ion source for the analysis of materials in open air under ambient conditions // Analytical Chemistry. - 2005. - T. 77, № 8. - C. 2297-2302.

119. Monge M. . M. Mass spectrometry: recent advances in direct open air surface sampling/ionization // Chemical reviews. - 2013. - T. 113, № 4. - C. 22692308.

120. Cooks R. G., Ouyang Z., Takats Z., Wiseman J. M. Ambient mass spectrometry // Science. -2006. - T. 311, № 5767. - C. 1566-1570.

121. Чернецова Е. С., Морлок Г. Е., Ревельский И. А. Масс-спектрометрия DART и ее применение в химическом анализе // Успехи химии. - 2011. - T. 80, № 3. - C. 249-271.

122. Zeleny J. The electrical discharge from liquid points, and a hydrostatic method of measuring the electric intensity at their surfaces // Physical Review. - 1914. - T. 3, № 2. - C. 69.

123. Hughes A. L. On the Mobility of the Ions produced in Air by Ultra-Violet Light // Proceedings of the Cambridge Philosophical Society. - 1910. - T. 15. - C. 483.

124. Вилесов Ф. И. Фотоионизация газов и паров вакуумным ультрафиолетовым излучением // Успехи физических наук - T. 81, № 12. - C. 669-738.

125. Ревельский И. А., Яшин Ю. С., Курочкин В. К., Костяновский Р. Г. Масс-спектрометрия с фотоионизацией при атмосферном давлении и анализ многокомпонентных смесей без разделения // Заводская лаборатория. - 1991. - T. 57, № 3. - C. 1-4.

126. Robb D. B., Covey T. R., Bruins A. P. Atmospheric Pressure Photoionization: An Ionization Method for Liquid Chromatography-Mass Spectrometry // Analytical Chemistry. - 2000. - T. 72, № 15. - C. 3653-3659.

127. Constapel M., Schellenträger M., Schmitz O. J., Gäb S., Brockmann K. J., Giese R., Benter T. Atmospheric-pressure laser ionization: a novel ionization method for liquid chromatography/mass spectrometry // Rapid Communications in Mass Spectrometry. - 2005. - T. 19, № 3. - C. 326-336.

128. Haapala M., Pol J., Saarela V., Arvola V., Kotiaho T., Ketola R. A., Franssila S., Kauppila T. J., Kostiainen R. Desorption atmospheric pressure photoionization // Analytical chemistry. - 2007. - T. 79, № 20. - C. 7867-7872.

129. Handberg E., Chingin K., Wang N., Dai X., Chen H. Mass spectrometry imaging for visualizing organic analytes in food // Mass spectrometry reviews. - 2014.

130. Vaikkinen A., Shrestha B., Kauppila T. J., Vertes A., Kostiainen R. Infrared laser ablation atmospheric pressure photoionization mass spectrometry // Analytical chemistry. - 2012. - T. 84, № 3. - C. 1630-1636.

131. Vaikkinen A., Shrestha B., Koivisto J., Kostiainen R., Vertes A., Kauppila T. J. Laser ablation atmospheric pressure photoionization mass spectrometry imaging of phytochemicals from sage leaves // Rapid Communications in Mass Spectrometry. - 2014. - T. 28, № 23. - C. 2490-2496.

132. Haapala M., Suominen T., Kostiainen R. Capillary photoionization: a high sensitivity ionization method for mass spectrometry // Analytical chemistry. - 2013. - T. 85, № 12. - C. 5715-5719.

133. Trimpin S., Wang B., Inutan E., Li J., Lietz C., Harron A., Pagnotti V., Sardelis D., McEwen C. A Mechanism for Ionization of Nonvolatile Compounds in Mass Spectrometry: Considerations from MALDI and Inlet Ionization // Journal of The American Society for Mass Spectrometry. - 2012. - T. 23, № 10. - C. 1644-1660.

134. Kauppila T., Kersten H., Benter T. The Ionization Mechanisms in Direct and Dopant-Assisted Atmospheric Pressure Photoionization and Atmospheric Pressure Laser Ionization // Journal of The American Society for Mass Spectrometry. - 2014. - T. 25, № 11. - C. 1870-1881.

135. Разников В. В., Пихтелев А. Р., Разникова М. О. Анализ не полностью разрешённых масс-спектрометрических данных // Масс-спектрометрия. - 2006. - T. 3, № 2. - C. 113-130.

136. Sipe J. E., Young J. F., Preston J. S., van Driel H. M. Laser-induced periodic surface structure. I. Theory // Physical Review B. - 1983. - T. 27, № 2. - C. 1141-1154.

137. Fauchet P. M., Siegman A. E. Surface ripples on silicon and gallium arsenide under picosecond laser illumination // Applied Physics Letters. - 1982. - T. 40, № 9. - C. 824-826.

138. Min H., Fuli Z., Ya C., Ningsheng X., Zhizhan X. Origin of Laser-Induced Near-Subwavelength Ripples: Interference between Surface Plasmons and Incident Laser // ACS Nano. - 2009. - T. 3, № 12. - C. 4062-4070.

139. Winer K., Anderson G. B., Ready S. E., Bachrach R. Z., Johnson R. I., Ponce F. A., Boyce J. B. Excimer-laser-induced crystallization of hydrogenated amorphous silicon // Applied Physics Letters. -1990. - T. 57, № 21. - C. 2222-2224.

140. Ostmark H., Wallin S., Ang H. G. Vapor Pressure of Explosives: A Critical Review // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. - 2012. - T. 37, № 1. - C. 12-23.

141. Svec H. J., Clyde D. D. Vapor Pressures of Some a-Amino Acids // Journal of Chemical & Engineering Data. - 1965. - T. 10, № 2. - C. 151-152.

142. Takagi S., Chihara H., Seki S. Vapor Pressure of Molecular Crystals. XIII. Vapor Pressure of alpha-Glycine Crystal. The Energy of Proton Transfer // Bulletin of the Chemical Society of Japan. -1959. - T. 32, № 1. - C. 84-88.

143. Ribeiro da Silva M. A. V., Ribeiro da Silva M. d. D. M. C., Santos A. F. L. O. M., Roux M. V., Foces-Foces C., Notario R., Guzman-Mejia R., Juaristi E. Experimental and Computational Thermochemical Study of a-Alanine (DL) and P-Alanine // The Journal of Physical Chemistry B. -2010. - T. 114, № 49. - C. 16471-16480.

144. Амбарцумян Р. В., Басов Н. Г., Бойко В. А., Зуев B. C., Крохин O. Н., Крюков П. Г., Сенатский Ю. В., Стойлов Ю. Ю. Нагрев вещества при фокусировке излучения оптического квантового генератора // ЖЭТФ. - 1965. - T. 48, № 6. - C. 1583-1587.

145. Harilal S. S., Shay B. O., Tillack M. S., Tao Y., Paguio R., Nikroo A., Back C. A. Spectral control of emissions from tin doped targets for extreme ultraviolet lithography // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2006. - T. 39, № 3. - C. 484.

146. Snow K. B., Thomas T. F. Mass spectrum, ionization potential, and appearance potentials for fragment ions of sulfuric acid vapor // International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes. -1990. - T. 96, № 1. - C. 49-68.

147. Chemical Ionization Mass Spectrometry. / Harrison A. G. - Boca Raton: CRC Press, 1992. - 208 с.

148. Proton Affinity Evaluation, NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database, edited by P.J. Linstrom and W.G. Mallard /Hunter E. P., Lias S. G. - Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology, 2005. - 243 с.

149. Griesser U. J., Szelagiewicz M., Hofmeier U. C., Pitt C., Cianferani S. Vapor Pressure and Heat of Sublimation of Crystal Polymorphs // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. - 1999. - T. 57, № 1. - C. 45-60.

150. Emmett M. R., Caprioli R. M. Micro-electrospray mass spectrometry: ultra-high-sensitivity analysis of peptides and proteins // Journal of the American Society for Mass Spectrometry. - 1994. -T. 5, № 7. - C. 605-613.

Список статей в реферируемых журналах по теме диссертации

А1. Пенто А. В., Никифоров С. М. Влияние внешнего электрического поля на эффективность ионизации и энергетические распределения ионов органических соединений в методе САЛДИ // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2011. № 2. - C. 49-56. А2. Жабин С. Н., Пенто А. В., Гречников А. А., Никифоров С. М., Алимпиев С. С. Исследование процесса лазерной десорбции ионов b-аланина с поверхности аморфного кремния методом задержанной экстракции // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2011. № 4. - C. 56-60.

А3. Жабин С. Н., Пенто А. В., Гречников А. А., Бородков А. С., Сартаков Б. Г., Симановский Я. О., Никифоров С. М., Алимпиев С. С. О роли лазерного излучения в процессах лазерной десорбции/ионизации с кремниевых поверхностей // Квантовая электроника. - 2011. - T. 41, № 9. - C. 835-842.

А4. Никифоров С. М., Симановский Я. О., Гречников А. А., Пенто А. В., Алимпиев С. С. Лазерный масс-спектрометр для анализа биологических жидкостей // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2012. № 4. - C. 39-44.

А5. Пихтелев А. Р., Пенто А. В., Никифоров С. М. Программный пакет обработки и отображения данных лазерного масс-спектрометра // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2012. № 1. - C. 51-59.

А6. Пенто А. В., Никифоров С. М., Симановский Я. О., Гречников А. А., Алимпиев С. С. Лазерная абляция и ионизация излучением лазерной плазмы при атмосферном давлении в масс-спектрометрии органических соединений // Квантовая электроника. - 2013. - T. 43, № 1. - C. 55-59.

А7. Никифоров С. М., Симановский Я. О., Гречников А. А., Пенто А. В., Алимпиев С. С. Экспресс-анализ лекарственных препаратов методом лазерной масс-спектрометрии // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. - 2013. № 2. - C. 21-25. А8. Moshkunov K. A., Alimpiev S. S., Grechnikov A. A., Nikifirov S. M., Pento A. V., Ya O. S. Atmospheric pressure imaging mass spectrometry of drugs with various ablating lasers // Journal of Physics: Conference Series. - 2014. - T. 558, № 1. - C. 012012.

А9. Никифоров С. М., Гречников А. А., Пенто А. В., Алимпиев С. С., Симановский Я. О. Способ химического состава материалов // Патент РФ №2539740. 2012