Étude d'ions négatifs préparés 〈in situ〉 dans un piège ionique quadripolaire

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Abstract

The quadrupole ion trap mass spectrometer is of great interest for chemical analysis. Nevertheless, negative ion studies using in situ ionization (negative ions created inside the ion trap) are difficult and limited. This paper describes the difficulties that occurred during negative ion analysis when using a commercial gas chromatography quadrupole ion trap mass spectrometer (GC/MS) system. Detection problems, due to simultaneous trapping of both positive and negative ions, are explained by the large kinetic energies of the ejected ions. Negative ion formation, produced by electron capture, is limited by the fundamental RF field, which imparts high kinetic energy to the electrons, precluding the possibility that the electrons will reach the thermal energies needed for electron capture processes. In addition, simultaneous confinement of negative and positive ions affects the recorded mass spectra. Space charge potentials that exist inside the ion trap (due to the ionization conditions necessary to detect negative ions) induce the destabilization of positive ions at higher m/z ratios, while negative ions in the same m/z range are stabilized. Moreover, loss of resolution and decalibration could occur for negative ions when they are ejected in the presence of positive ions with higher m/z ratios. At the very least, ion-ion reactions could limit the observation of negative ions. The understanding of these phenomena, viz. detection, formation, and simultaneous confinement, will permit the proposal of solutions for negative ion analysis with quadrupole ion trap mass spectrometers using in situ ionization.

Le piège ionique quadripolaire constitue un appareil d'analyse de grand intérêt en spectrométrie de masse. Pourtant, dans sa configuration à ionisation interne (les ions sont formés au sein du piège), l'étude des ions négatifs est difficile. L'objet de ce travail est de déterminer les problèmes rencontrés lors d'analyse en mode négatif sur un piège ionique quadripolaire à ionisation interne. La première difficulté, due à la détection simultanée des ions positifs et des ions négatifs, s'explique par la grande énergie cinétique des ions éjectés. De plus, la formation des ions négatifs, par capture électronique, est fortement limitée en raison de la forte accélération des électrons par le champ quadripolaire, limitant le nombre d'électrons d'énergie thermique nécessaire au processus de capture électronique. Enfin, le confinement simultané des ions positifs et des ions négatifs perturbe fortement les spectres de masse enregistrés. Les potentiels de charge d'espace qui règnent au sein du piège (due aux conditions d'ionisation nécessaires à la détection d'ions négatifs) déstabilisent les ions positifs de hauts rapports m/z, tandis que les ions négatifs stabilisés sont observés. De plus, des pertes de résolution et de décalibration peuvent survenir, dans certains cas, pour les ions négatifs, lorsque ces derniers sont éjectés en présence d'ions positifs de plus hauts rapports m/z. Enfin, les interactions ion-ion semblent limiter l'observation des ions négatifs au sein du piège. La compréhension de tous ces phénomènes, détection, formation et confinement simultané, permettra de proposer des solutions possibles aux problèmes rencontrés pour la production d'ions négatifs dans les pièges ioniques quadripolaires à ionisation interne.

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