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

1. Fotografia Schlieren <ol><li> Estabelecimento da Região Teste Nota: A região de teste existe directamente em frente do espelho. <ol><li> Grampo um espelho esférico côncava (150 mm de diâmetro, comprimento focal 1.500 milímetros) em uma braçadeira suporte anelar suficientemente grande para suportar o espelho. Prenda o grampo estande ringue com o espelho a um anel ficar perpendicular ao chão. Este estudo utilizou um suporte de anel de 3 pés, mas qualquer altura pode ser utilizado, desde que ele é alto o suficiente para ser capaz de centrar o espelho na janela de visualização da fonte. </li><li> Colocar o suporte anelar e um espelho para o lado da fonte de espectrómetro de massa. Adicione a face do espelho e é paralelo a, e na mesma altura, como a fonte. </li><li> Posicionar o espelho, para o seu centro está alinhado com a região de origem centro do espectrómetro de massa. Alguns sobreposição do instrumento vai ocorrer. </li></ol></li><li> Cutoff, Fotografia a Fonte de Luz <ol><li> Corte fora <ol><li> Anexar uma placa de metal com o topo do tripé. A placa de vai servir como uma plataforma para realizar tanto a lâmina de barbear e a fonte de luz. A lâmina funciona como o que é conhecido como o &quot;corte&quot; em fotografia schlieren. </li><li> Fixe a lâmina de barbear para a placa de metal usando um ímã para que a borda afiada é vertical. </li><li> Coloque o tripé em linha com o espelho de duas vezes a distância focal do espelho, 3.000 mm. Alinhar a lâmina de barbear ortogonal em relação ao caminho da luz reflectida a partir do espelho. </li><li> ajustar manualmente a altura do tripé de modo que a ponta afiada da lâmina de barbear é aproximadamente alinhado com o centro do espelho. NOTA: O ajuste fino vai acontecer mais tarde. </li></ol></li><li> Câmera <ol><li> Montar uma câmera digital com lente de telefoto 300 milímetros em um tripé separado. </li><li> Posicione a câmera de forma objectiva (quando em zoom completo) é de 4 cm diretamente atrás e, ao mesmo heiluta como a lâmina de barbear. Não remova a tampa da lente neste momento. </li></ol></li><li> monitor opcional <ol><li> Ligue a saída de vídeo da câmera para um monitor de computador ou TV para ver facilmente o fenómeno Schlieren em tempo real. NOTA: Este é um processo recomendado. Este procedimento pode variar dependendo do tipo de câmara usada. </li></ol></li><li> Pinhole Fonte de Luz <ol><li> Perfurar um furo pequeno (aproximadamente 0,6 mm de diâmetro) no centro de uma tampa (neste caso, uma tampa do frasco foi usado o mesmo diâmetro da lanterna) que pode ser ligada / colado à fonte de luz. Certifique-se de que a tampa tem diâmetro suficiente para cobrir completamente a lente lanterna. </li><li> Coloque a tampa mais de 200 lumen lanterna LED usando fita de alumínio. NOTA: A lanterna vai ficar quente e uma fita de alta temperatura é recomendado. </li></ol></li><li> Posicionamento Fonte de Luz <ol><li> Primeiro use a laSer ponteiro para alinhar a fonte de luz com o espelho, lâmina de barbear, e câmara, para assegurar o posicionamento apropriado da fonte de luz. </li><li> Coloque o ponteiro laser sobre a placa de metal ao lado da lâmina de barbear. </li><li> manualmente mover o ponteiro laser de modo que o feixe é que bate o centro do espelho. Ajustar conforme necessário para garantir o feixe reflectido intersecta ortogonalmente para a lâmina de barbear de modo que aproximadamente metade do feixe é bloqueado. </li><li> ajustar manualmente a posição do espelho para apontar o feixe do laser pointer directamente na lâmina de barbear se o alinhamento do feixe não foi alcançada em 1.2.5.3. CUIDADO! Não olhe diretamente para o ponteiro laser ou do feixe reflectido. </li><li> Certifique-se de que o feixe de laser é centrada sobre a lente, mantendo a tampa da lente da câmara. </li><li> Substitua o ponteiro laser com a lanterna coberta enquanto tudo está alinhado. Assegure-se que a lanterna é na mesma orientação que o ponteiro laser. </li><li> Ligar a lanterna e, usando um pedaço de papel branco, observar a luz refletida na corte. Certifique-se de que o feixe é um pequeno ponto focalizado no ponto de decisão. </li><li> Faça os ajustes verticais necessário bloquear aproximadamente metade do feixe de luz refletida com a corte. </li><li> Retire a tampa da lente da câmera e foco no espelho. NOTA: Recomenda-se que a câmera / lente ser usado no modo de focagem manual. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. Objecto Exemplo de Teste: Espectrometria de Massa de Ionização Fonte <ol><li> alinhar manualmente a fonte de espectrometria de massa de iões dentro da região de teste, com uma distância de 10 mm entre a extremidade do bocal e a entrada do espectrómetro de massa. </li><li> abrir manualmente a válvula de agulha para a fonte de azoto ambiente permitindo que a fluir através da fonte. </li><li> Abra o software utilizado para controlar o espectrómetro de massa. Para este estudo, o software utilizado foi o &quot;driver de SQ&quot;. Clique no file -open- em seguida, selecione o arquivo de música apropriada. </li><li> Aplicar todas as tensões e temperaturas para a fonte ambiente uma vez que a sintonia manual é aberto. Cada espectrômetro de massa terá o seu próprio software para esta etapa. Para o estudo atual, uma vez que a melodia do manual for aberto, clique no botão &quot;Tensão Fonte está desligado&quot; e o botão &quot;All gás e aquecedores são off&quot; para executar esta tarefa. </li><li> Observar o aparecimento do fluxo que sai do bocal com o aparelho Schlieren na tela de vista da câmara digital medida que a temperatura aumenta. Observar a corrente de gás (ver descrição na secção &quot;Resultados&quot;) que sai da extremidade do bico. O fluxo de gás pode ser visto na parte de trás da câmera, ou pode ser visualizado diretamente em um monitor LCD. </li><li> Recolha a imagem por qualquer gravação de um vídeo a partir da câmara, ou tirar uma foto do fluxo de gás, as imagens depois desejados são visualizadas ao vivo na câmara. </li><li> Transfira a foto (s) recolhido a um computador com o camerum cartão de memória ou conexão USB e visualizar a imagem com o software de sua escolha. </li></ol> 3. Determinação do pulverizador semi-ângulo de uma imagem Collected <ol><li> Abra a imagem recolhida usando um software de visualização de imagens e imprimir a imagem recolhida (s). </li><li> Desenhar uma linha na imagem (s) de impresso que define o eixo central da corrente de gás paralela à direcção de fluxo usando uma régua. </li><li> Desenhar uma linha ao longo da borda da corrente de gás visualizados na imagem (s) de impresso usando uma régua. Isto pode ser melhor visualizado a partir de um vídeo gravado devido a um brilho que é presente em formato de vídeo; usar isso para ajudar a identificar a borda nas imagens impressas. Marcar as bordas exteriores dos fluxos de gás para se obter um intervalo para o semi-ângulo de pulverização. </li><li> Medir o ângulo produzido entre o eixo central e a linha traçada no ponto 3.2, usando um transferidor. </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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Há várias considerações que devem ser resolvidos antes de tentar este protocolo. Além disso para o espaço em torno do espectrómetro de massa para a fonte e o espelho, espaço aberto deve ser suficiente disponível para acomodar a distância de duas vezes o ponto focal do espelho. Além disso, o tamanho do espelho é, em última análise decidida pelo tamanho da fonte que está sob estudo. Se o espelho for demasiado pequena, a fonte não será inteiramente visualizado. É importante notar que algumas, se não toda...

Espectrometria de Massa, uma ferramenta analítica disponível para identificação massa molecular, tornou-se uma das mais poderosas técnicas de análise até à data. Na última década, toda uma série de novas fontes de ionização ambiente tornaram-se disponíveis para a detecção de espectrometria de massa. Para os dados recolhidos neste manuscrito, a análise da fonte (DSA) Amostra direta foi utilizado. Embora estas fontes são extremamente versáteis, um conhecimento mais detalhado do processo de ionização física é necessário para a sua optimização e extensão de propósito. O objectivo desta experiência é a de obter uma melhor compreensão do processo de ionização dentro das fontes ambientais através da visualização do fluxo de azoto sobre o dispositivo utilizando uma técnica chamada de fotografia schlieren. O estudo científico, muitas vezes inicia através da observação, que é difícil, se o objeto de estudo é transparente a olho nu. Fotografia Schlieren é uma técnica que permite que o invisívelpara tornar-se visível através depender de mudanças no índice de refração dentro de meios transparentes 1. A falta de homogeneidade dos índices de refracção causa uma distorção da luz que permite a visualização. A técnica Schlieren tem sido utilizado rotineiramente em uma variedade de campos de especialidade, incluindo modelagem de balística, engenharia aeroespacial, detecção de gás em geral e monitoração de fluxo, e às vezes para visualizar as bandas de proteína em eletroforese em gel de 2-5. A maioria das fontes de ionização ambiente, o uso de um fluxo de gás, a fim de facilitar a ionização. Uma ampla variedade de condições pode existir para as opções de fonte, no entanto, os parâmetros deste teste deve envolver a utilização de um gás com um índice de refracção que difere do ar circundante laboratório. Este estudo específico utiliza nitrogênio quente. Deve notar-se que só é observada uma pequena diferença no índice de refracção entre o azoto puro a partir da corrente de gás e de ar à TA 6, principalmente porque umir é composta principalmente de nitrogênio. Este problema é ultrapassado no presente caso, devido às elevadas temperaturas do azoto puro na corrente de gás, que produz uma alteração suficientemente significativa no índice de refracção para o gás a ser observado. Outras fontes de espectrometria de massa, como a dessorção atmosférica Ionização Química (DAPCI) 7, Fluir Pressão atmosférica Afterglow (FAPA) 8-10, e Direct Análise em Tempo Real (DART) 11 fontes de ionização têm utilizado a fotografia Schlieren. A intenção deste protocolo é discutir como estudar ionização ambiente usando uma configuração básica de fotografia Schlieren. Esta técnica, no entanto, é aplicável a qualquer número de diferentes técnicas analíticas que envolvem correntes gasosas.

<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

Este manuscrito descreve como visualizar fontes de ionização espectrometria de massa ambiente usando a fotografia Schlieren. De modo a optimizar correctamente o espectrómetro de massa, é necessário caracterizar e compreender os princípios físicos da fonte. A maioria das fontes de ionização ambiente comerciais utilizam jactos de azoto, o hélio, ou o ar atmosférico para facilitar a ionização do analito. Como consequência, a fotografia Schlieren pode ser usado para visualizar as correntes de gás através da exploração das diferenças no índice de refracção entre as correntes de ar ambiente e para a visualização em tempo real. A configuração básica requer uma câmera, espelho, lanterna e lâmina de barbear. Quando devidamente configurado, uma imagem em tempo real da fonte é observado por observando seu reflexo. Isto permite uma visão sobre o mecanismo de acção na fonte, e vias para a sua optimização pode ser elucidado. A luz é derramado sobre uma outra situação invisível.

Um esquema da configuração Schlieren incluindo a fonte de espectrometria de ionização de massa podem ser encontrados na Figura 1. Quando todos os componentes schlieren estão devidamente alinhados, os gases dentro da região de teste pode ser visto como contrastante regiões escuras e claras. A Figura 2 ilustra a forma como esta contraste pode ser usado para observar a forma como o fluxo do jacto de azoto a partir da massa muda a fonte de espectromet...

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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.

Visualização de ambiente Espectrometria de Massa com o uso da 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 visualizações.  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.

Vídeo: 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.

Espectrometria de Massa Molecular Beam Com Tunable radiação ultravioleta de vácuo Síncrotron (VUV)

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

Engenharia

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.

Uma abordagem de análise inversa à caracterização dos Transportes Química em Tintas

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

Química

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.

Whole-body Espectrometria de Massa de imagem por infravermelhos matriz assistida por laser de Dessorção Ionização por Electrospray (IR-MALDESI)

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

Bioengenharia

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.

Rastreamento de partículas sensíveis à massa para caracterizar dinâmicas de macromolécula associadas à membrana

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

Bioquímica

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.

Pressão atmosférica Imagem Molecular de tecidos biológicos e Biofilmes por LAESI Espectrometria de 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.

Análise direta de células individuais por Espectrometria de Massa à pressão atmosférica

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

Usando um microscópio VSFG para análise química multimodal, rápida e hiperespectral

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 em destaque: Revelando o potencial da microscopia VSFG no estudo de estruturas automontadas mesoscopicamente heterogêneas 

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.

Imagem Química Hiperespectral Não Linear Multimodal Usando Microscopia de Geração de Soma e Frequência Vibracional de Varredura de Linha

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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.

Aplicações da sonda Individual: Imagem Espectrometria de Massa e Análise única célula sob condições ambientais

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Visualização de ambiente Espectrometria de Massa com o uso da fotografia Schlieren

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Imagem Química Hiperespectral Não Linear Multimodal Usando Microscopia de Geração de Soma e Frequência Vibracional de Varredura de Linha

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