The authors would like to acknowledge Caitlin Kowalewski for aiding in the editing and formatting of this publication.

1. Schlieren Fotografie <ol><li> Gründung der Testregion Hinweis: Der Testbereich direkt vor dem Spiegel vorhanden ist . <ol><li> Klemme einen sphärischen Konkavspiegel (150 mm Durchmesser, Brennweite 1,500 mm) in einem Ringständer Schelle groß genug, um den Spiegel zu unterstützen. Bringen Sie den Ring Stativklemme mit dem Spiegel zu einem Ring stehen senkrecht zum Boden. Die aktuelle Studie verwendet einen 3 Fußring stehen, aber jede Höhe kann so lange verwendet werden, wie es groß genug ist, um den Spiegel in das Sichtfenster der Quelle zum Zentrum zu können. </li><li> Platzieren Sie den Ring Garderobe und ein Spiegel an der Seite des Massenspektrometers Quelle. Machen Sie das Gesicht des Spiegels parallel und auf gleicher Höhe, wie die Quelle. </li><li> Positionieren Sie den Spiegel so sein Zentrum mit dem Zentrum Source-Bereich des Massenspektrometers ausgerichtet ist. Gewisse Überlappung des Instruments auftreten. </li></ol></li><li> Cutoff, Kamera und Lichtquelle <ol><li> Abgeschnitten <ol><li> Bringen Sie eine Metallplatte an die Spitze des Stativs. Die Platte wird als Plattform dienen, sowohl die Rasierklinge und die Lichtquelle zu halten. Die Rasierklinge wirkt wie das, was als &quot;Cutoff&quot; in schlieren Fotografie bekannt ist. </li><li> Bringen Sie die Rasierklinge an der Metallplatte mit Hilfe eines Magneten, so dass die scharfe Kante vertikal ist. </li><li> Stellen Sie das Stativ in Einklang mit dem Spiegel mit der doppelten Brennweite des Spiegels, 3.000 mm. Ausrichten der Rasierklinge senkrecht zu dem Weg des Lichts von dem Spiegel reflektiert wird. </li><li> Manuelle Einstellung des Stativs die Höhe, so dass die scharfe Kante der Rasierklinge in etwa mit der Mitte des Spiegels ausgerichtet ist. HINWEIS: Die Feineinstellung wird später geschehen. </li></ol></li><li> Kamera <ol><li> Montieren Sie eine Digitalkamera mit 300 mm Teleobjektiv auf einem separaten Stativ. </li><li> Positionieren Sie die Kamera so die Linse (bei voller Zoom) ist 4 cm direkt hinter und auf der gleichen height als Rasierklinge. Sie nicht den Objektivdeckel zu diesem Zeitpunkt entfernen. </li></ol></li><li> Optional - Monitor <ol><li> Schließen Sie den Videoausgang der Kamera an einen Computer-Monitor oder TV auf einfache Weise die schlieren Phänomen in Echtzeit anzuzeigen. Hinweis: Dies ist ein empfehlenswertes Verfahren. Dieses Verfahren kann in Abhängigkeit von der Art der verwendeten Kamera variieren. </li></ol></li><li> Pinhole - Lichtquelle <ol><li> Bohren ein kleines Loch (ungefähr 0,6 mm im Durchmesser) in der Mitte des Deckels (in diesem Fall eine Phiole Kappe den gleichen Durchmesser der Taschenlampe verwendet wurde), die an der Lichtquelle angebracht / abgeklebt werden können. Stellen Sie sicher, dass die Abdeckung ausreichend großen Durchmesser hat, um vollständig die Taschenlampe Linse abzudecken. </li><li> Bringen Sie die Abdeckung über eine 200 Lumen LED-Taschenlampe Folienband. HINWEIS: Die Taschenlampe wird warm und ein Hochtemperatur-Klebeband wird empfohlen. </li></ol></li><li> Lichtquelle Positionierung <ol><li> Verwenden Sie zuerst ein laser Zeiger, die Lichtquelle mit dem Spiegel, Rasierklinge, und die Kamera auszurichten, die richtige Positionierung der Lichtquelle zu gewährleisten. </li><li> Setzen Sie den Laserpointer auf der Metallplatte neben der Rasierklinge. </li><li> Manuelles Verschieben der Laserpointer so wird der Strahl die Mitte des Spiegels treffen. Einstellen, wie erforderlich, der reflektierte Strahl schneidet, orthogonal zu der Rasierklinge zu gewährleisten, so dass etwa die Hälfte des Strahls blockiert wird. </li><li> Manuell die Position der Spiegel einstellen, den Strahl des Laserpointers direkt an der Rasierklinge zu zielen, wenn die Strahlausrichtung nicht in 1.2.5.3 erreicht. VORSICHT! Schauen Sie nicht direkt in den Laser - Pointer oder dem reflektierten Strahl. </li><li> Sicherzustellen, dass der Laserstrahl auf die Linse zentriert ist, während die Objektivabdeckung in der Kamera zu halten. </li><li> Ersetzen Sie den Laserpointer mit der überdachten Taschenlampe, während alles ausgerichtet ist. Sicherzustellen, dass die Taschenlampe in der gleichen Orientierung wie der Laserpointer ist. </li><li> Schalten Sie die Taschenlampe und ein Stück weißes Papier verwenden, beobachten das reflektierte Licht an der Grenz. Stellen Sie sicher, dass der Strahl an der Grenz einen kleinen fokussierten Punkt ist. </li><li> Nehmen Sie die vertikale Anpassungen notwendig etwa die Hälfte des reflektierten Lichtstrahls mit dem Cutoff zu blockieren. </li><li> Entfernen Sie den Objektivdeckel an der Kamera und konzentrieren sich auf den Spiegel. HINWEIS: Es wird empfohlen, die Kamera / Objektiv im manuellen Fokusmodus verwendet werden. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. Beispiel Testobjekt: Mass Spectrometry lonisierungsquelle <ol><li> die Massenspektrometrie-Ionenquelle innerhalb der Testregion, mit einem Abstand von 10 mm zwischen dem Ende der Düse und dem Einlass des Massenspektrometers manuell auszurichten. </li><li> Hand öffnen Sie das Nadelventil in die Umgebungsquelle ermöglicht Stickstoff durch die Quelle zu fließen. </li><li> Öffnen Sie die Software verwendet, um das Massenspektrometer zu steuern. Für diese Studie war die verwendete Software &quot;SQ-Treiber&quot;. Klicken Sie auf file -open- dann die entsprechende Melodie-Datei auswählen. </li><li> Wenden Sie alle Spannungen und Temperaturen an die Umgebungsquelle, sobald der manuellen Abstimmung geöffnet wird. Jedes Massenspektrometer wird seine eigene Software für diesen Schritt haben. Für die aktuelle Studie, sobald die manuelle Melodie geöffnet ist, klicken Sie auf die Schaltfläche &quot;Source-Spannung aus&quot; und die Schaltfläche &quot;Alle Gas und Heizungen ausgeschaltet sind&quot; diese Aufgabe zu erfüllen. </li><li> Beachten Sie das Aussehen der Strömung um die Düse mit der Schlierenvorrichtung auf der Bildschirmansicht der Digitalkamera mit zunehmender Temperatur austritt. Beobachten Sie den Gasstrom (siehe Beschreibung unter &quot;Ergebnisse&quot; Abschnitt) aus dem Ende der Düse kommt. Der Gasstrom kann auf der Rückseite der Kamera betrachtet werden, oder es kann direkt auf einem LCD-Monitor angezeigt werden. </li><li> Sammeln Sie das Bild, indem entweder ein Video von der Kamera aufnehmen, oder ein Bild von dem Gasstrom nehmen, sobald die gewünschten Bilder werden live auf der Kamera sichtbar gemacht. </li><li> Übertragen Sie das Bild (n) gesammelt an einen Computer mit dem camereine Speicherkarte oder USB-Anschluss und mit der Software Ihrer Wahl um das Bild anzuzeigen. </li></ol> 3. Bestimmung des Spray-Halbwinkel von einem Gesammelte Bild <ol><li> Öffnen Sie das gesammelte Bild mit einem Bildbetrachtungssoftware und ausdrucken das gesammelte Bild (er). </li><li> Zeichnen Sie eine Linie auf dem gedruckten Bild (n), die die Mittelachse des Gasstroms parallel zur Strömungsrichtung mit einem Lineal. </li><li> Zeichnen Sie eine Linie entlang der Kante des visualisierten Gasstrom auf dem gedruckten Bild (n) mit einem Lineal. Dies lässt sich besser von einem aufgezeichneten Video visualisiert werden aufgrund eines Schimmer, die im Video-Format vorhanden ist; verwenden diese die Kante in den gedruckten Bildern zu identifizieren. Markieren Sie die Außenkanten der Gasströme einen Bereich für die Spritzhalbwinkel zu erhalten. </li><li> Messen Sie den Winkel zwischen der Mittelachse erzeugt und der Linie gezeichnet in 3.2 Winkelmesser. </li></ol>

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	<li>Settles, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Schlieren and Shadowgraph Techniques: Visualization Phenomena in Transparent Media. , (2001).</li><li>Strawa, A. W., Chapman, G. T., Arnold, J. O., Canning, T. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ballistic+range+and+aerothermodynamic+testing.">Ballistic range and aerothermodynamic testing.</a> J. Aircraft. 28 (7), 443-449 (1991).</li><li>Settles, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+gas+leaks+by+using+schlieren+optics.">Imaging gas leaks by using schlieren optics.</a> Pipeline &amp; Gas Journal. 226 (9), 28-30 (1999).</li><li>Takagi, T., Kubota, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+application+of+schlieren+optics+for+detection+of+protein+bands+and+other+phenomena+in+polyacrylamide+gel+electrophoresis.">The application of schlieren optics for detection of protein bands and other phenomena in polyacrylamide gel electrophoresis.</a> Electrophoresis. 11 (5), 361-366 (1990).</li><li>Clark, I. G., Cruz, J. R., Huges, M. F., Ware, J. S., Madlangbayan, A., Braun, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerodynamic+and+Aeroelastic+Characteristics+of+a+Tension+Cone+Inflatable+Aerodynamic+Decelerator.">Aerodynamic and Aeroelastic Characteristics of a Tension Cone Inflatable Aerodynamic Decelerator.</a> , (2009).</li><li>Froome, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Refractive+Indices+of+Water+Vapour,+Air,+Oxygen,+Nitrogen+and+Argon+at+72+kMc/s.">The Refractive Indices of Water Vapour, Air, Oxygen, Nitrogen and Argon at 72 kMc/s.</a> Proc. Phys. Soc. B. 68, 833-835 (1955).</li><li>Winter, G. T., Wilhide, J. A., LaCourse, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+a+Direct+Sample+Analysis+(DSA)+Ambient+Ionization.">Characterization of a Direct Sample Analysis (DSA) Ambient Ionization.</a> J. Am. Soc. Mass Spectrom. 26 (9), 1502-1507 (2015).</li><li>Pfeuffer, K. P., Schaper, J. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Halo-Shaped+Flowing+Atmospheric+Pressure+Afterglow:+A+Heavenly+Design+for+Simplified+Sample+Introduction+and+Improved+Ionization+in+Ambient+Mass+Spectrometry.">Halo-Shaped Flowing Atmospheric Pressure Afterglow: A Heavenly Design for Simplified Sample Introduction and Improved Ionization in Ambient Mass Spectrometry.</a> Anal. Chem. , 7512-7518 (2013).</li><li>Pfeuffer, K. P., Shelley, J. T., Ray, S. J., Hieftje, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+of+Mass+Transport+and+Heat+Transfer+in+the+FAPA+Ambient+Ionization+Source.">Visualization of Mass Transport and Heat Transfer in the FAPA Ambient Ionization Source.</a> J. Anal. At. Spectrom. 28 (379-387), 379-387 (2013).</li><li>Pfeuffer, K. P., Ray, S. J., Hieftje, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+and+Visualization+of+Mass+Transport+for+the+Flowing+Atmospheric+Pressure+Afterglow+(FAPA)+Ambient+Mass-Spectrometry+Source.">Measurement and Visualization of Mass Transport for the Flowing Atmospheric Pressure Afterglow (FAPA) Ambient Mass-Spectrometry Source.</a> J. Am. Soc. Mass Spectrom. 25 (5), 800-808 (2014).</li><li>Keelor, J. D., Dwivedi, P., Fern&#225;ndez, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Effective+Approach+for+Coupling+Direct+Analysis+in+Real+Time+with+Atmospheric+Pressure+Drift+Tube+Ion+Mobility+Spectrometry.">An Effective Approach for Coupling Direct Analysis in Real Time with Atmospheric Pressure Drift Tube Ion Mobility Spectrometry.</a> J. Am. Soc. Mass Spectrom. 25 (9), 1538-1548 (2014).</li></ol>

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Es gibt mehrere Gründe, die zu dem Versuch, dieses Protokoll vor gangen werden müssen. Neben dem Raum um das Massenspektrometer für die Quelle und Spiegel, muss genügend Freiraum vorhanden sein, um den Abstand des Zweifachen der Brennpunkt des Spiegels aufzunehmen. Ferner wird die Größe des Spiegels letztlich durch die Größe der Quelle entschieden, die untersucht wird. Wenn der Spiegel zu klein ist, wird die Quelle nicht vollständig sichtbar gemacht werden. Es ist wichtig, dass einige zu beachten, wenn nicht al...

Mass Spectrometry, ein Analysetool für molekulare Masse Identifizierung, hat sich zu einem der leistungsfähigsten analytischen Techniken bis heute geworden. Im letzten Jahrzehnt haben eine ganze Reihe von neuen Umgebungs Ionisierungsquellen für die Massenspektrometrie Detektion zur Verfügung stehen. Für die Daten in diesem Manuskript gesammelt wurde der direkte Probenanalyse (DSA) Quelle verwendet. Obwohl diese Quellen extrem vielseitig, ein detaillierteres Wissen über die physikalischen Ionisationsprozesses sind ist bekannt für seine Optimierung und Erweiterung der Zweck benötigt werden. Das Ziel dieses Experiments ist es, ein besseres Verständnis der Ionisierung innerhalb der Umgebungsquellen durch Visualisierung des Stickstoffstroms auf dem Gerät zu gewinnen, eine Technik genannt Schlierenfotografie verwendet wird. Wissenschaftliche Studie initiiert oft durch die Beobachtung, was schwierig ist, wenn das Objekt der Untersuchung mit dem bloßen Auge transparent ist. Schlieren Fotografie ist eine Technik, die das unsichtbare erlaubtwerden sichtbar durch 1 innerhalb transparenten Medien in dem Brechungsindex auf Änderungen verlassen. Die Inhomogenität der Brechungsindizes verursacht eine Verzerrung des Lichts zur Visualisierung ermöglicht. Die schlieren Technik wurde in einer Vielzahl von Fachgebieten einschließlich ballistische Modellierung, Luft- und Raumfahrttechnik, allgemeine Gasdetektion und Durchflussüberwachung und manchmal zu visualisieren Proteinbanden in der Gelelektrophorese 2-5 routinemäßig eingesetzt. Die meisten Umgebungs Ionisierungsquellen verwenden, um einen Strom von Gas, um die Ionisierung zu erleichtern. Eine Vielzahl von Bedingungen können für Quell Optionen bestehen jedoch die Parameter dieses Experiments sind die Verwendung eines Gases mit einem Brechungsindex umfassen, die aus der umgebenden Luft lab unterscheidet. Diese spezifische Studie nutzt heißem Stickstoff. Es ist zu beachten , dass nur eine kleine Differenz im Brechungsindex zwischen reinem Stickstoff aus dem Gasstrom und der Luft bei RT 6, vor allem weil ein beobachtetir besteht überwiegend aus Stickstoff. Dieses Problem wird in diesem Fall aufgrund der hohen Temperaturen des reinen Stickstoff in den Gasstrom zu überwinden, die einen bedeutenden genug Änderung des Brechungsindex für das Gas beobachtet werden produziert. Andere Massenspektrometrie Quellen wie Desorptions Atmospheric Chemical Ionisation (DAPCI) 7, Fließen Atmosphärischer Druck Afterglow (FAPA) 8-10 und die direkte Analyse in Echtzeit (DART) 11 Ionisierungsquellen haben schlieren Fotografie eingesetzt. Die Absicht dieses Protokolls ist zu erörtern, wie Umgebungs Ionisierung zu studieren, um ein Grund schlieren Fotografie Konfiguration. Diese Technik ist jedoch für eine beliebige Anzahl von verschiedenen analytischen Techniken, die gasförmigen Strömen umfassen.

<table><tbody><tr><td>Flashlight</td><td>EAGTAC</td><td>D25A Ti</td><td>or equivalent&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Spherical Concave Mirror</td><td>Anchor Optics</td><td>27633</td><td></td></tr><tr><td>Rebel EOS T2i</td><td>Canon</td><td>4462B001</td><td>or equivalent&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>300 mm telephoto lens</td><td>Canon</td><td>6473A003</td><td>or equivalent&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Direct Sample Analysis (DSA) Ionization Source</td><td>PerkinElmer</td><td>MZ300560</td><td>or equivalent&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Sq 300 MS with SQ Driver Software</td><td>PerkinElmer</td><td>N2910801</td><td>or equivalent&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Ring Stand</td><td>Fisher Scientific</td><td>11-474-207</td><td>or equivalent&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Laser Pointer</td><td>Apollo</td><td>MP1200</td><td>or equivalent&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>razor blade</td><td>Blue Hawk</td><td>34112</td><td>or equivalent&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>small drill bit #73</td><td>CML Supply</td><td>503-273</td><td>or equivalent&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Protractor</td><td>Sterling&amp;nbsp;</td><td>582</td><td>or equivalent&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Hose Clamp</td><td>Trident</td><td>720-6000L</td><td>or equivalent&amp;nbsp;</td></tr></tbody></table>

visualization of ambient mass spectrometry with the use of schlieren photography

Dieses Manuskript beschreibt, wie Massenspektrometrie Umgebungs Ionisierungsquellen mit schlieren Fotografie sichtbar zu machen. Um das Massenspektrometer, um richtig zu optimieren, ist es notwendig, die physikalischen Grundlagen der Quelle zu charakterisieren und zu verstehen. Die meisten kommerziellen Umgebungs Ionisationsquellen verwenden Strahlen Stickstoff, Helium oder atmosphärischer Luft die Ionisation des Analyten zu erleichtern. Als Folge können Schlieren Fotografie verwendet werden, um die Gasströme zu visualisieren, indem die Unterschiede im Brechungsindex zwischen den Strömen und der Umgebungsluft für die Visualisierung in Echtzeit zu nutzen. Die Basis-Setup erfordert eine Kamera, Spiegel, Taschenlampe und Rasierklinge. Wenn sie richtig konfiguriert ist, wird ein Echtzeit-Bild der Quelle durch die Beobachtung seiner Reflexion beobachtet. Dies ermöglicht eine Einsicht in den Mechanismus der Wirkung in der Quelle, und Wege zu ihrer Optimierung kann erläutert. Das Licht wird auf einer ansonsten unsichtbaren Situation zu vergießen.

Ein Schema des Schlierenaufbau einschließlich der Massenspektrometrie Ionisationsquelle in 1 zu . Wenn alle Schlieren Komponenten richtig ausgerichtet sind , Gase innerhalb der Testregion gefunden werden kann als kontrastierenden dunklen und hellen Bereiche zu sehen. 2 zeigt , wie dieser Kontrast sein kann zu beobachten, wie sich die Form des Stickstoffs Strahlströmung aus den Massenspektrometriequelle ändert als Düsengröße abnimmt verwendet. <...

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Visualization of Ambient Mass Spectrometry with the Use of Schlieren Photography

This paper presents a protocol for the visualization of gaseous streams of an ambient ionization source using schlieren photography and mass spectrometry.

Visualisierung von Ambient-Massenspektrometrie mit der Verwendung von Schlieren Fotografie

This manuscript outlines how to visualize mass spectrometry ambient ionization sources using schlieren photography. In order to properly optimize the mass ...

visualization-ambient-mass-spectrometry-with-use-schlieren

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Chemistry

8.2K Aufrufe.  University of Maryland, Baltimore County. This paper presents a protocol for the visualization of gaseous streams of an ambient ionization source using schlieren photography and mass spectrometry.

Serie: Visualization of Ambient Mass Spectrometry with the Use of Schlieren Photography

Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet (VUV) Synchrotron Radiation

Tunable soft ionization coupled to mass spectroscopy is a powerful method to investigate isolated molecules, complexes and clusters and their spectroscopy and dynamics1-4. Fundamental studies of photoionization processes of biomolecules provide information about the electronic structure of these systems. Furthermore determinations of ionization energies and other properties of biomolecules in the gas phase are not trivial, and these experiments provide a platform to generate these data. We have developed a thermal vaporization technique coupled with supersonic molecular beams that provides a gentle way to transport these species into the gas phase. Judicious combination of source gas and temperature allows for formation of dimers and higher clusters of the DNA bases. The focus of this particular work is on the effects of non-covalent interactions, i.e., hydrogen bonding, stacking, and electrostatic interactions, on the ionization energies and proton transfer of individual biomolecules, their complexes and upon micro-hydration by water1, 5-9.
We have performed experimental and theoretical characterization of the photoionization dynamics of gas-phase uracil and 1,3-dimethyluracil dimers using molecular beams coupled with synchrotron radiation at the Chemical Dynamics Beamline10 located at the Advanced Light Source and the experimental details are visualized here. This allowed us to observe the proton transfer in 1,3-dimethyluracil dimers, a system with pi stacking geometry and with no hydrogen bonds1. Molecular beams provide a very convenient and efficient way to isolate the sample of interest from environmental perturbations which in return allows accurate comparison with electronic structure calculations11, 12. By tuning the photon energy from the synchrotron, a photoionization efficiency (PIE) curve can be plotted which informs us about the cationic electronic states. These values can then be compared to theoretical models and calculations and in turn, explain in detail the electronic structure and dynamics of the investigated species 1, 3.

Molecular Beam Mass Spectrometry With Tunable Vacuum Ultraviolet VUV Synchrotron Radiation

A molecular beam coupled to tunable vacuum ultraviolet photoionization mass spectrometer at a synchrotron provides a convenient tool to explore the electronic structure of isolated gas phase molecules and clusters. Proton transfer mechanisms in DNA base dimers were elucidated with this technique.

Molecular Beam Massenspektrometrie mit Tunable Vacuum Ultraviolet (VUV) Synchrotronstrahlung

Tunable soft ionization coupled to mass spectroscopy is a powerful method to investigate isolated molecules, complexes and clusters and their spectroscopy ...

Forschung

Ingenieurwesen

An Inverse Analysis Approach to the Characterization of Chemical Transport in Paints

The ability to directly characterize chemical transport and interactions that occur within a material (i.e., subsurface dynamics) is a vital component in understanding contaminant mass transport and the ability to decontaminate materials. If a material is contaminated, over time, the transport of highly toxic chemicals (such as chemical warfare agent species) out of the material can result in vapor exposure or transfer to the skin, which can result in percutaneous exposure to personnel who interact with the material. Due to the high toxicity of chemical warfare agents, the release of trace chemical quantities is of significant concern. Mapping subsurface concentration distribution and transport characteristics of absorbed agents enables exposure hazards to be assessed in untested conditions. Furthermore, these tools can be used to characterize subsurface reaction dynamics to ultimately design improved decontaminants or decontamination procedures. To achieve this goal, an inverse analysis mass transport modeling approach was developed that utilizes time-resolved mass spectroscopy measurements of vapor emission from contaminated paint coatings as the input parameter for calculation of subsurface concentration profiles. Details are provided on sample preparation, including contaminant and material handling, the application of mass spectrometry for the measurement of emitted contaminant vapor, and the implementation of inverse analysis using a physics-based diffusion model to determine transport properties of live chemical warfare agents including distilled mustard (HD) and the nerve agent VX.

In this paper, a procedure for quantifying the mass transport parameters of chemicals in various materials is presented. This process involves employing an inverse-analysis based diffusion model to vapor emission profiles recorded by real-time, mass spectrometry in high vacuum.

Eine inverse Analyse Ansatz zur Charakterisierung von chemischen Transport in Farben

The ability to directly characterize chemical transport and interactions that occur within a material (i.e., subsurface dynamics) is a vital component in ...

Chemie

Whole-body Mass Spectrometry Imaging by Infrared Matrix-assisted Laser Desorption Electrospray Ionization (IR-MALDESI)

Ambient ionization sources for mass spectrometry (MS) have been the subject of much interest in the past decade. Matrix-assisted laser desorption electrospray ionization (MALDESI) is an example of such methods, where features of matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) (e.g., pulsed nature of desorption) and electrospray ionization (ESI) (e.g., soft-ionization) are combined. One of the major advantages of MALDESI is its inherent versatility. In MALDESI experiments, an ultraviolet (UV) or infrared (IR) laser can be used to resonantly excite an endogenous or exogenous matrix. The choice of matrix is not analyte dependent, and depends solely on the laser wavelength used for excitation. In IR-MALDESI experiments, a thin layer of ice is deposited on the sample surface as an energy-absorbing matrix. The IR-MALDESI source geometry has been optimized using statistical design of experiments (DOE) for analysis of liquid samples as well as biological tissue specimens. Furthermore, a robust IR-MALDESI imaging source has been developed, where a tunable mid-IR laser is synchronized with a computer controlled XY translational stage and a high resolving power mass spectrometer. A custom graphical user interface (GUI) allows user selection of the repetition rate of the laser, number of shots per voxel, step-size of the sample stage, and the delay between the desorption and scan events for the source. IR-MALDESI has been used in variety of applications such as forensic analysis of fibers and dyes and MSI of biological tissue sections. Distribution of different analytes ranging from endogenous metabolites to exogenous xenobiotics within tissue sections can be measured and quantified using this technique. The protocol presented in this manuscript describes major steps necessary for IR-MALDESI MSI of whole-body tissue sections.

Whole-body Mass Spectrometry Imaging by Infrared Matrix-assisted Laser Desorption Electrospray Ionization IR-MALDESI

A mass spectrometry imaging (MSI) source operated at atmospheric pressure was developed by coupling mid-infrared laser desorption and electrospray post-ionization. Exogenous ice matrix was used as the energy-absorbing matrix to facilitate resonant desorption of tissue-related material. This manuscript provides a step-by-step protocol for performing IR-MALDESI MSI of whole-body neonatal mouse.

Ganzkörper-Massenspektrometrie Imaging durch Infrarot-Matrix-assistierte Laser-Desorptions-Elektrospray-Ionisations (IR-MALDESI)

Ambient ionization sources for mass spectrometry (MS) have been the subject of much interest in the past decade. Matrix-assisted laser desorption ...

Biotechnik

Mass-Sensitive Particle Tracking to Characterize Membrane-Associated Macromolecule Dynamics

Short-lived or transient interactions of macromolecules at and with lipid membranes, an interface where a multitude of essential biological reactions take place, are inherently difficult to assess with standard biophysical methods. The introduction of mass-sensitive particle tracking (MSPT) constitutes an important step toward a thorough quantitative characterization of such processes. Technically, this was made possible through the advent of interferometric scattering microscopy (iSCAT)-based mass photometry (MP). When the background removal strategy is optimized to reveal the two-dimensional motion of membrane-associated particles, this technique allows the real-time analysis of both diffusion and molecular mass of unlabeled macromolecules on biological membranes. Here, a detailed protocol to perform and analyze mass-sensitive particle tracking of membrane-associated systems is described. Measurements performed on a commercial mass photometer achieve time resolution in the millisecond regime and, depending on the MP system, a mass detection limit down to 50 kDa. To showcase the potential of MSPT for the in-depth analysis of membrane-catalyzed macromolecule dynamics in general, results obtained for exemplary protein systems such as the native membrane interactor annexin V are presented.

This protocol describes an iSCAT-based image processing and single-particle tracking approach that enables the simultaneous investigation of the molecular mass and the diffusive behavior of macromolecules interacting with lipid membranes. Step-by-step instructions for sample preparation, mass-to-contrast conversion, movie acquisition, and post-processing are provided alongside directions to prevent potential pitfalls.

Massensensitive Partikelverfolgung zur Charakterisierung der membranassoziierten Makromoleküldynamik

Short-lived or transient interactions of macromolecules at and with lipid membranes, an interface where a multitude of essential biological reactions take ...

Biochemie

Atmospheric-pressure Molecular Imaging of Biological Tissues and Biofilms by LAESI Mass Spectrometry

Ambient ionization methods in mass spectrometry allow analytical investigations to be performed directly on a tissue or biofilm under native-like experimental conditions. Laser ablation electrospray ionization (LAESI) is one such development and is particularly well-suited for the investigation of water-containing specimens. LAESI utilizes a mid-infrared laser beam (2.94 &mu;m wavelength) to excite the water molecules of the sample. When the ablation fluence threshold is exceeded, the sample material is expelled in the form of particulate matter and these projectiles travel to tens of millimeters above the sample surface. In LAESI, this ablation plume is intercepted by highly charged droplets to capture a fraction of the ejected sample material and convert its chemical constituents into gas-phase ions. A mass spectrometer equipped with an atmospheric-pressure ion source interface is employed to analyze and record the composition of the released ions originating from the probed area (pixel) of the sample. A systematic interrogation over an array of pixels opens a way for molecular imaging in the microprobe analysis mode. A unique aspect of LAESI mass spectrometric imaging is depth profiling that, in combination with lateral imaging, enables three-dimensional (3D) molecular imaging. With current lateral and depth resolutions of ~100 &mu;m and ~40 &mu;m, respectively, LAESI mass spectrometric imaging helps to explore the molecular structure of biological tissues. Herein, we review the major elements of a LAESI system and provide guidelines for a successful imaging experiment.

Laser ablation electrospray ionization (LAESI) is an atmospheric-pressure ion source for mass spectrometry. In the imaging mode, a mid-infrared laser probes the distributions of molecules across a tissue section or a biofilm. This technique presents a new approach for diverse bioanalytical studies carried out under native experimental conditions.

Atmosphärische Molecular Imaging von biologischen Geweben und Biofilme durch LAESI Massenspektrometrie

Ambient ionization methods in mass spectrometry allow analytical investigations to be performed directly on a tissue or biofilm under native-like ...

Biologie

Direct Analysis of Single Cells by Mass Spectrometry at Atmospheric Pressure

Analysis of biochemicals in single cells is important for understanding cell metabolism, cell cycle, adaptation, disease states, etc. Even the same cell types exhibit heterogeneous biochemical makeup depending on their physiological conditions and interactions with the environment. Conventional methods of mass spectrometry (MS) used for the analysis of biomolecules in single cells rely on extensive sample preparation. Removing the cells from their natural environment and extensive sample processing could lead to changes in the cellular composition. Ambient ionization methods enable the analysis of samples in their native environment and without extensive sample preparation.1 The techniques based on the mid infrared (mid-IR) laser ablation of biological materials at 2.94 &mu;m wavelength utilize the sudden excitation of water that results in phase explosion.2 Ambient ionization techniques based on mid-IR laser radiation, such as laser ablation electrospray ionization (LAESI) and atmospheric pressure infrared matrix-assisted laser desorption ionization (AP IR-MALDI), have successfully demonstrated the ability to directly analyze water-rich tissues and biofluids at atmospheric pressure.3-11 In LAESI the mid-IR laser ablation plume that mostly consists of neutral particulate matter from the sample coalesces with highly charged electrospray droplets to produce ions. Recently, mid-IR ablation of single cells was performed by delivering the mid-IR radiation through an etched fiber. The plume generated from this ablation was postionized by an electrospray enabling the analysis of diverse metabolites in single cells by LAESI-MS.12 This article describes the detailed protocol for single cell analysis using LAESI-MS. The presented video demonstrates the analysis of a single epidermal cell from the skin of an Allium cepa bulb. The schematic of the system is shown in Figure 1. A representative example of single cell ablation and a LAESI mass spectrum from the cell are provided in Figure 2.

Single cell analysis is performed by mass spectrometry on plant and animal cells at atmospheric pressure by using a sharpened optical fiber to sample the cells for laser ablation electrospray ionization (LAESI) mass spectrometry.

Direkte Analyse von Einzelzellen durch Massenspektrometrie bei Atmosphärendruck

Analysis of biochemicals in single cells is important for understanding cell metabolism, cell cycle, adaptation, disease states, etc. Even the same cell ...

Verwendung eines VSFG-Mikroskops für die multimodale, schnelle, hyperspektrale chemische Analyse

Multimodal Nonlinear Hyperspectral Chemical Imaging Using Line-Scanning Vibrational Sum-Frequency Generation Microscopy

Vibrational sum-frequency generation (VSFG), a second-order nonlinear optical signal, has traditionally been used to study molecules at interfaces as a spectroscopy technique with a spatial resolution of ~100 &#181;m. However, the spectroscopy is not sensitive to the heterogeneity of a sample. To study mesoscopically heterogeneous samples, we, along with others, pushed the resolution limit of VSFG spectroscopy down to ~1 &#181;m level and constructed the VSFG microscope. This imaging technique not only can resolve sample morphologies through imaging, but also record a broadband VSFG spectrum at every pixel of the images. Being a second-order nonlinear optical technique, its selection rule enables the visualization of non-centrosymmetric or chiral self-assembled structures commonly found in biology, materials science, and bioengineering, among others. In this article, the audience will be guided through an inverted transmission design that allows for imaging unfixed samples. This work also showcases that VSFG microscopy can resolve chemical-specific geometric information of individual self-assembled sheets by combining it with a neural network function solver. Lastly, the images obtained under brightfield, SHG, and VSFG configurations of various samples briefly discuss the unique information revealed by VSFG imaging.

Autor im Rampenlicht: Enthüllung des Potenzials der VSFG-Mikroskopie bei der Untersuchung mesoskopisch heterogener selbstorganisierter Strukturen 

A multimodal, rapid hyperspectral imaging framework was developed to obtain broadband vibrational sum-frequency generation (VSFG) images, along with brightfield, second harmonic generation (SHG) imaging modalities. Due to the infrared frequency being resonant with molecular vibrations, microscopic structural and mesoscopic morphology knowledge is revealed of symmetry-allowed samples.

Multimodale nichtlineare hyperspektrale chemische Bildgebung mit Line-Scanning-Schwingungssummen-Frequenz-Generierungsmikroskopie

Vibrational sum-frequency generation (VSFG), a second-order nonlinear optical signal, has traditionally been used to study molecules at interfaces as a ...

Applications of the Single-probe: Mass Spectrometry Imaging and Single Cell Analysis under Ambient Conditions

Mass spectrometry imaging (MSI) and in-situ single cell mass spectrometry (SCMS) analysis under ambient conditions are two emerging fields with great potential for the detailed mass spectrometry (MS) analysis of biomolecules from biological samples. The single-probe, a miniaturized device with integrated sampling and ionization capabilities, is capable of performing both ambient MSI and in-situ SCMS analysis. For ambient MSI, the single-probe uses surface micro-extraction to continually conduct MS analysis of the sample, and this technique allows the creation of MS images with high spatial resolution (8.5 &#181;m) from biological samples such as mouse brain and kidney sections. Ambient MSI has the advantage that little to no sample preparation is needed before the analysis, which reduces the amount of potential artifacts present in data acquisition and allows a more representative analysis of the sample to be acquired. For in-situ SCMS, the single-probe tip can be directly inserted into live eukaryotic cells such as HeLa cells, due to the small sampling tip size (&lt; 10 &#181;m), and this technique is capable of detecting a wide range of metabolites inside individual cells at near real-time. SCMS enables a greater sensitivity and accuracy of chemical information to be acquired at the single cell level, which could improve our understanding of biological processes at a more fundamental level than previously possible. The single-probe device can be potentially coupled with a variety of mass spectrometers for broad ranges of MSI and SCMS studies.

Here, we present protocols to perform both ambient mass spectrometry imaging (MSI) of tissues and in-situ live single cell MS (SCMS) analysis using the single-probe, which is a miniaturized multifunctional device for MS analysis.

Anwendungen der Einzel-Sonde: Mass Spectrometry Imaging und Einzelzellanalyse unter Umgebungsbedingungen

Mass spectrometry imaging (MSI) and in-situ single cell mass spectrometry (SCMS) analysis under ambient conditions are two emerging fields with great ...

Visualisierung von Ambient-Massenspektrometrie mit der Verwendung von Schlieren Fotografie

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Kapitel in diesem Video

Molecular Beam Massenspektrometrie mit Tunable Vacuum Ultraviolet (VUV) Synchrotronstrahlung

Eine inverse Analyse Ansatz zur Charakterisierung von chemischen Transport in Farben

Ganzkörper-Massenspektrometrie Imaging durch Infrarot-Matrix-assistierte Laser-Desorptions-Elektrospray-Ionisations (IR-MALDESI)

Massensensitive Partikelverfolgung zur Charakterisierung der membranassoziierten Makromoleküldynamik

Atmosphärische Molecular Imaging von biologischen Geweben und Biofilme durch LAESI Massenspektrometrie

Direkte Analyse von Einzelzellen durch Massenspektrometrie bei Atmosphärendruck

Multimodale nichtlineare hyperspektrale chemische Bildgebung mit Line-Scanning-Schwingungssummen-Frequenz-Generierungsmikroskopie

Multimodale nichtlineare hyperspektrale chemische Bildgebung mit Line-Scanning-Schwingungssummen-Frequenz-Generierungsmikroskopie

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Anwendungen der Einzel-Sonde: Mass Spectrometry Imaging und Einzelzellanalyse unter Umgebungsbedingungen