![[Readers Insight] Why is Formic Acid Added to the Mobile Phase in Mass Spectrometry?](http://www.welch-us.com/cdn/shop/articles/formic-acid-1080_750x.jpg?v=1773724433)
[Readers Insight] Зачем муравьиная кислота добавляется в подвижную фазу в масс-спектрометрии?
Эта статья написана штатным автором Welch Chromatography Mound. Содержание статьи отражает исключительно точку зрения автора.
Введение
В методах, связанных с масс-спектрометрией, часто добавляют муравьиную кислоту в подвижную фазу. Читатели, возможно, задавались вопросом: какую конкретную роль муравьиная кислота, как критический компонент, играет в МС? Кажется, что она требуется во многих анализах, но могут ли другие кислоты заменить ее?
В этой статье мы рассмотрим этот вопрос с точки зрения равновесия химических реакций.
Муравьиная кислота как донор протонов в МС
Если вы знакомы с масс-спектрометрией, то наверняка знаете, что муравьиная кислота является хорошим донором протонов. Поскольку муравьиная кислота — слабая кислота, ее 0,1%-ный водный раствор обладает умеренной кислотностью, что означает, что он не повредит колонку.
Кроме того, муравьиная кислота летуча, легко испаряется в условиях высоких температур, и поэтому не оставляет остатков в ионном источнике, предотвращая также загрязнение масс-спектрометра.
Как муравьиная кислота функционирует в процессах ионизации?
Согласно теории кислот и оснований Льюиса, вещества, содержащие неподеленные электронные пары (например, соединения, содержащие атомы азота (N) или кислорода (O)), могут отдавать эти неподеленные пары в пустую орбиталь ионов водорода (H⁺), инициируя кислотно-основную реакцию. Типичным примером является взаимодействие NH₃ с H⁺ с образованием NH₄⁺.
Аналогичная реакция происходит во время процесса ионизации в масс-спектрометрии, как показано на диаграмме ниже.
В этом примере аминогрупповой атом азота Карбофурана в ионном источнике соединяется с H⁺, предоставляемым муравьиной кислотой, образуя ион-предшественник, несущий один положительный заряд. Эта реакция обратима, поскольку степень ионизации никогда не достигает 100%, и положение равновесия зависит от концентрации реагентов.
Для усиления сигнала иона-предшественника и смещения равновесия реакции вправо необходимо подавать в систему дополнительный H⁺ с помощью муравьиной кислоты, тем самым увеличивая концентрацию протонированного вида.
Почему бы просто не увеличить концентрацию аналита?
Хотя увеличение концентрации аналита также может сместить равновесие в сторону образования большего количества протонированных ионов, это непрактично: чрезмерные концентрации аналита могут загрязнить масс-спектрометр, приводя к остаточным веществам и ложноположительным результатам в последующих анализах. Для образцов с низкой концентрацией увеличение массы образца или коэффициентов обогащения значительно усложняет эксперимент.
Практические рекомендации по добавлению муравьиной кислоты
Теперь, когда мы понимаем роль муравьиной кислоты, мы можем сделать два предварительных вывода:
- Если целевое соединение содержит атомы N или O, мы должны рассмотреть возможность добавления муравьиной кислоты в подвижную фазу для облегчения отклика иона-предшественника, хотя это не гарантирует эффективности в 100% случаев.
- Для целевых соединений, где форма иона-предшественника является [M-H]⁻, а не [M+H]⁺, добавление муравьиной кислоты может препятствовать смещению реакции вправо. Это связано с тем, что образование иона-предшественника [M-H]⁻ требует депротонирования (потери H), а не протонирования (добавления H).
Могут ли другие кислоты заменить муравьиную кислоту?
Как указано выше, муравьиная кислота является летучей слабой кислотой, умеренно кислотной в водном растворе и не оставляет остатков в ионном источнике. Аналогичной кислотой, которая также соответствует этим критериям, является уксусная кислота, но константа диссоциации (pKa) уксусной кислоты составляет 4,74, тогда как pKa муравьиной кислоты составляет 3,77. Следовательно, муравьиная кислота более кислая, чем уксусная кислота, и выделяет больше H⁺ при равных молярных количествах.
По этой причине муравьиная кислота обычно более подходит для стимулирования протонирования в масс-спектрометрических анализах.