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

1. strioscopia <ol><li> Istituzione della Regione di prova Nota: La regione di prova esiste di fronte allo specchio. <ol><li> Bloccare uno specchio sferico concavo (diametro 150 mm, lunghezza focale 1.500 millimetri) in un morsetto supporto ad anello grande abbastanza per sostenere lo specchio. Fissare il morsetto supporto ad anello con lo specchio di un anello di stare perpendicolare al pavimento. Lo studio ha utilizzato un supporto ad anello 3 piede, ma qualsiasi altezza può essere utilizzato fintanto che è abbastanza alto per essere in grado di centrare lo specchio nella finestra di visualizzazione della sorgente. </li><li> Posizionare il supporto ad anello e specchio al lato della sorgente spettrometro di massa. Effettuare la faccia dello specchio parallelo e alla stessa altezza, come sorgente. </li><li> Posizionare lo specchio in modo suo centro sia allineato con la regione di source centrale dello spettrometro di massa. si verifica una certa sovrapposizione dello strumento. </li></ol></li><li> Cutoff, fotocamera e la sorgente luminosa <ol><li> Tagliare <ol><li> Fissare una piastra metallica alla sommità del treppiede. La piastra servirà come piattaforma per contenere sia la lama di rasoio e la sorgente luminosa. La lama di rasoio funge da ciò che è noto come &quot;cutoff&quot; in strioscopia. </li><li> Fissare la lama di rasoio alla piastra metallica utilizzando un magnete in modo che il bordo tagliente è verticale. </li><li> Posizionare il treppiede in linea con lo specchio a due volte la lunghezza focale dello specchio, 3.000 mm. Allineare la lametta ortogonale al percorso di luce riflessa dallo specchio. </li><li> Regolare manualmente l&#39;altezza del treppiede in modo che il bordo tagliente della lama di rasoio è approssimativamente allineato con il centro dello specchio. NOTA: La regolazione fine accadrà in seguito. </li></ol></li><li> macchina fotografica <ol><li> Montare una fotocamera digitale con teleobiettivo 300 millimetri su un treppiede separata. </li><li> Posizionare la fotocamera in modo trasparente (a piena zoom) è 4 cm direttamente dietro e allo stesso height come la lama di rasoio. Non rimuovere il copriobiettivo in questo momento. </li></ol></li><li> monitor opzionale <ol><li> Collegare l&#39;uscita video della telecamera a un monitor di un computer o un televisore per visualizzare facilmente il fenomeno Schlieren in tempo reale. NOTA: Questo è un processo consigliato. Questa procedura può variare a seconda del tipo di macchina utilizzata. </li></ol></li><li> Pinhole Sorgente luminosa <ol><li> Praticare un piccolo foro (circa 0,6 mm di diametro) nel centro di un coperchio (in questo caso, un tappo del flacone stesso diametro della torcia è stata utilizzata) che può essere attaccato / nastro adesivo alla sorgente luminosa. Assicurarsi che il coperchio ha un diametro sufficiente a coprire completamente la lente torcia. </li><li> Fissare il coperchio sopra una torcia a LED con nastro di alluminio 200 lumen. NOTA: La torcia si riscalda ed è consigliato un nastro ad alta temperatura. </li></ol></li><li> Posizionamento Sorgente luminosa <ol><li> Prima di utilizzare a lapuntatore ser per allineare la sorgente luminosa con specchio, lama di rasoio e fotocamera, per garantire il corretto posizionamento della sorgente luminosa. </li><li> Posizionare il puntatore laser sulla piastra di metallo vicino alla lama di rasoio. </li><li> Spostare manualmente il puntatore laser in modo che il fascio sta colpendo il centro dello specchio. Regolare come necessario per assicurare il fascio riflesso interseca ortogonalmente alla lama di rasoio in modo che circa la metà del fascio è bloccato. </li><li> Regolare manualmente la posizione dello specchio di puntare il raggio del puntatore laser direttamente alla lama di un rasoio se l&#39;allineamento del fascio non è stato raggiunto in 1.2.5.3. ATTENZIONE! Non guardare direttamente il puntatore laser o il raggio riflesso. </li><li> Assicurarsi che il raggio laser è centrato sulla lente mantenendo il copriobiettivo della fotocamera. </li><li> Sostituire il puntatore laser con la torcia coperto mentre tutto è allineato. Assicurarsi che la torcia è nello stesso orientamento come il puntatore laser. </li><li> Accendere la torcia e, utilizzando un pezzo di carta bianca, osservare la luce riflessa al taglio. Assicurarsi che il fascio è una piccola macchia mirata al taglio. </li><li> Eseguite le regolazioni verticali necessario bloccare circa la metà del fascio di luce riflessa con il taglio. </li><li> Rimuovere il copriobiettivo sulla fotocamera e concentrarsi sullo specchio. NOTA: Si raccomanda che la fotocamera / obiettivo di essere utilizzato in modalità di messa a fuoco manuale. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. Esempio Oggetto di prova: ionizzazione Spettrometria di Massa Fonte <ol><li> allineare manualmente la sorgente spettrometria di massa di ioni all&#39;interno della regione di prova, con una distanza di 10 mm tra l&#39;estremità dell&#39;ugello e l&#39;ingresso dello spettrometro di massa. </li><li> aprire manualmente la valvola a spillo alla fonte ambiente permettendo di azoto di fluire attraverso la sorgente. </li><li> Aprire il software utilizzato per controllare lo spettrometro di massa. Per questo studio, il software utilizzato è stato &quot;il driver SQ&quot;. Clicca su fiLe -open- quindi selezionare il file melodia appropriata. </li><li> Applicare tutte le tensioni e le temperature alla fonte ambiente una volta che la sintonizzazione manuale viene aperto. Ogni spettrometro di massa avrà il proprio software per questo passo. Per questo studio, una volta che la sintonizzazione manuale è aperta, fare clic sul pulsante &quot;di tensione è fuori&quot; e il pulsante &quot;All gas e riscaldatori sono spenti&quot; per eseguire questa operazione. </li><li> Osservare l&#39;aspetto della portata in uscita dall&#39;ugello apparecchi schlieren sulla schermata di visualizzazione della fotocamera digitale all&#39;aumentare della temperatura. Osservare il flusso di gas (vedi descrizione nella sezione &quot;Risultati&quot;) che esce dell&#39;estremità dell&#39;ugello. La corrente gassosa può essere visualizzato sul retro della fotocamera, oppure può essere visualizzato direttamente su un monitor LCD. </li><li> Raccogliere l&#39;immagine o la registrazione di un video dalla videocamera, o scattare una foto del flusso di gas, le immagini una volta che desiderate vengono visualizzate in diretta sulla fotocamera. </li><li> Trasferire la foto (s) raccolti a un computer con il cameruna scheda di memoria o una connessione USB e visualizzare l&#39;immagine con il software di tua scelta. </li></ol> 3. Determinazione di Spray Mezzo angolo da un immagine raccolti <ol><li> Aprire l&#39;immagine raccolti utilizzando un software di visualizzazione di immagini e stampare l&#39;immagine raccolti (s). </li><li> Tracciare una linea sull&#39;immagine stampata (s) definente l&#39;asse centrale della corrente di gas parallelo alla direzione di flusso utilizzando un righello. </li><li> Tracciare una linea lungo il bordo della corrente di gas visualizzato sul immagine stampata (s) utilizzando un righello. Questo può essere visualizzato meglio da un video registrato a causa di un bagliore che è presente in formato video; utilizzare questo per aiutare a identificare il bordo nelle immagini stampate. Segnare i bordi esterni delle correnti gassose di ottenere un campo per la nebulizzazione semiangolo. </li><li> Misurare l&#39;angolo prodotta tra l&#39;asse centrale e la linea tracciata in 3.2 utilizzando un goniometro. </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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Ci sono diverse considerazioni che devono essere affrontate prima di tentare questo protocollo. Oltre allo spazio intorno spettrometro di massa per la sorgente e lo specchio, abbastanza spazio aperto deve essere disponibile per accogliere la distanza del doppio del punto focale dello specchio. Inoltre, la dimensione dello specchio è deciso dal formato della fonte che è in fase di studio. Se lo specchio è troppo piccola, la sorgente non sarà completamente visualizzato. E &#39;importante notare che alcuni, se non tutt...

Spettrometria di Massa, uno strumento analitico a disposizione per l&#39;identificazione massa molecolare, è diventato uno dei più potenti tecniche di analisi fino ad oggi. Negli ultimi dieci anni tutta una serie di nuove fonti di ionizzazione ambientali si sono resi disponibili per il rilevamento spettrometria di massa. Per i dati raccolti in questo manoscritto, il Analysis (DSA) sorgente di esempio diretto è stato utilizzato. Anche se queste fonti sono estremamente versatili, è necessaria una conoscenza più dettagliata del processo di ionizzazione fisico per la sua ottimizzazione e l&#39;estensione di scopo. Lo scopo di questo esperimento è quello di ottenere una migliore comprensione del processo di ionizzazione entro le fonti ambientali attraverso la visualizzazione della corrente di azoto sul dispositivo utilizzando una tecnica chiamata strioscopia. Studio scientifico spesso inizia attraverso l&#39;osservazione, che è difficile, se l&#39;oggetto di studio è trasparente ad occhio nudo. strioscopia è una tecnica che permette l&#39;invisibileper diventare visibile attraverso basandosi su variazioni dell&#39;indice di rifrazione all&#39;interno di materiali trasparenti 1. La disomogeneità degli indici di rifrazione provoca una distorsione della luce consentendo visualizzazione. La tecnica schlieren è solitamente usata in una varietà di campi di specialità tra modellazione balistica, aerospaziale, rilevamento generale gas e monitoraggio flusso, ea volte per visualizzare le bande proteiche in gel elettroforesi 2-5. La maggior parte delle sorgenti di ionizzazione ambiente utilizzano un flusso di gas al fine di facilitare la ionizzazione. Una vasta gamma di condizioni può esistere per opzioni di fonte, tuttavia i parametri di questo esperimento devono comportare l&#39;utilizzo di un gas con un indice di rifrazione diverso dall&#39;aria circostante laboratorio. Questo studio specifico utilizza azoto caldo. Va notato che solo una piccola differenza di indice di rifrazione è osservata tra azoto puro dalla corrente di gas e aria a RT 6, soprattutto perché unir è composto principalmente di azoto. Questo problema viene superato nella fattispecie a causa delle alte temperature del azoto puro nella corrente di gas che produce un cambiamento abbastanza significativo indice di rifrazione per il gas da rilevare. Altre fonti di spettrometria di massa come ad esempio un desorbimento atmosferica ionizzazione chimica (DAPCI) 7, Scorrere Pressione atmosferica Afterglow (FAPA) 8-10, e diretto analisi in tempo reale (DART) 11 fonti di ionizzazione hanno usato strioscopia. L&#39;intenzione di questo protocollo è quello di discutere come studiare la ionizzazione ambiente utilizzando una configurazione di base strioscopia. Questa tecnica, tuttavia, è applicabile a qualsiasi numero di differenti tecniche analitiche che coinvolgono correnti gassose.

<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

Questo manoscritto descrive come visualizzare le fonti di ionizzazione spettrometria di massa utilizzando ambiente strioscopia. Per ottimizzare correttamente lo spettrometro di massa, è necessario caratterizzare e comprendere i principi fisici della sorgente. La maggior parte delle sorgenti di ionizzazione ambiente commerciali utilizzano getti di azoto, elio o aria atmosferica per facilitare la ionizzazione dell&#39;analita. Di conseguenza, strioscopia può essere utilizzato per visualizzare le correnti gassose sfruttando le differenze di indice di rifrazione tra i flussi ed aria ambiente per la visualizzazione in tempo reale. La configurazione di base richiede una macchina fotografica, specchio, torcia elettrica, e la lama di rasoio. Se correttamente configurato, una immagine in tempo reale della sorgente viene osservato guardando la sua riflessione. Ciò consente comprensione del meccanismo di azione nella sorgente e percorsi alla sua ottimizzazione può essere chiarita. La luce è sparso su una situazione altrimenti invisibile.

Uno schema della configurazione schlieren particolare la fonte spettrometria di massa con ionizzazione può essere trovato in Figura 1. Quando tutti i componenti Schlieren sono allineati correttamente, i gas all&#39;interno della zona del test possono essere visti come contrasto regioni chiare e scure. La Figura 2 illustra come questo contrasto può essere utilizzato per osservare come la forma del flusso del getto di azoto dai cambiamenti sorgente spett...

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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.

Visualizzazione di ambiente spettrometria di massa con l&#39;uso della fotografia Schlieren

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

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Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Chemistry

8.2K Views.  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.

Video: 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.

Spettrometria di massa molecolare Larghezza Con Tunable Ultraviolet vuoto (VUV) Luce di Sincrotrone

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

Ricerca

Ingegneria

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.

Un approccio di analisi inversa per la caratterizzazione dei Trasporti Chemical nelle vernici

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

Chimica

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.

Tutto il corpo Imaging Mass Spectrometry da Infrared Matrix-Assisted Laser desorbimento per ionizzazione elettrospray (IR-Maldesi)

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

Bioingegneria

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.

Tracciamento delle particelle sensibili alla massa per caratterizzare la dinamica delle macromolecole associate alla membrana

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

Biochimica

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.

Pressione atmosferica Imaging molecolare di tessuti biologici e biofilm da LAESI Spettrometria di Massa

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

Biologia

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.

Analisi diretta di singole cellule mediante spettrometria di massa a pressione atmosferica

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

Utilizzo di un microscopio VSFG per analisi chimiche multimodali, rapide e iperspettrali

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.

Autore in primo piano: Svelare il potenziale della microscopia VSFG nello studio di strutture autoassemblate mesososcopicamente eterogenee 

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.

Imaging chimico iperspettrale non lineare multimodale mediante microscopia a scansione lineare con generazione di somma-frequenza vibrazionale

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.

Applicazioni del singolo-probe: Mass Spectrometry Imaging e analisi singola cella in condizioni ambientali

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

Visualizzazione di ambiente spettrometria di massa con l'uso della fotografia Schlieren

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Imaging chimico iperspettrale non lineare multimodale mediante microscopia a scansione lineare con generazione di somma-frequenza vibrazionale

Imaging chimico iperspettrale non lineare multimodale mediante microscopia a scansione lineare con generazione di somma-frequenza vibrazionale

Imaging chimico iperspettrale non lineare multimodale mediante microscopia a scansione lineare con generazione di somma-frequenza vibrazionale

Applicazioni del singolo-probe: Mass Spectrometry Imaging e analisi singola cella in condizioni ambientali