Development of atmospheric pressure ionization ion mobility spectrometry and ion mobility spectrometry mass spectrometry

This study is focused on the development and evaluation of ion mobility instrumentation with various atmospheric pressure ionization techniques and includes the following work. First, a high-resolution drift tube ion mobility spectrometer (IMS), coupled with a commercial triple quadrupole mass spectrometer (MS), was developed. This drift tube IMS is compatible with the front-end of commercial Sciex mass spectrometers (e.g., Sciex API-300, 365, and 3000) and also allows easy (only minor modifications are needed) installation between the original atmospheric pressure ion source and the triple quadrupole mass spectrometer. Performance haracteristics (e.g.,resolving power, detection limit, transmission efficiency of ions) of this IMS-MS instrument were evaluated. Development of the IMS-MS instrument also led to a study where a proposal was made that tetraalkylammonium ions can be used as chemical standards for ESI-IMS. Second, the same drift tube design was also used to build a standalone ion mobility spectrometer equipped with a Faraday plate detector. For this highresolution (resolving power about 100 shown) IMS device, a multi-ion source platform was built, which allows the use of a range of atmospheric pressure ionization methods, such as: corona discharge chemical ionization (CD-APCI), atmospheric pressure photoionization (APPI), and radioactive atmospheric pressure chemical ionization (R-APCI). The multi-ion source platform provides easy switching between ionization methods and both positive and negative ionization modes can be used. Third, a simple desorpion/ionization on silicon (DIOS) ion source set-up for use with the developed IMS and IMS-MS instruments was built and its operation demonstrated. Fourth, a prototype of a commercial aspiration-type ion mobility spectrometer was mounted in front of a commercial triple quadrupole mass spectrometer. The set-up, which is simple, easy to install, and requires no major modifications to the MS, provides the possibility of gathering fundamental information about aspiration mobility spectrometry.

Tandemmassaspektrometrinen menetelmä neutraalien isomeeristen oligosakkaridien rakenteen määrittämisessä

Tutkimuksen tavoitteena oli ottaa käyttöön tandemmassaspektrometrinen (MS/MS) menetelmä, jolla voidaan analysoida polysakkarideista purkautuneiden oligosakkaridien rakenteita. Tavoitteena oli, että menetelmällä voidaan määrittää glykosidisten sidosten eri asemat monosakkaridirakenteiltaan samanlaisista neutraaleista lineaarisista oligosakkarideista. Kirjallisuustutkimuksessa tarkasteltiin oligosakkaridien rakenteiden määrittämiseen käytettyjä MS/MS-menetelmiä ja oligosakkaridien pilkkoutumisreaktioita MS/MS-analyysissa. Kirjallisuuden perusteella MS/MS-analyysissa oligosakkaridien pilkkoutuminen voi tapahtua joko glykosidisen sidoksen katkeamisella tai monosakkaridirenkaan halkeamisella. Monosakkaridirenkaan pilkkoutumisesta muodostuvia tuoteioneja voidaan käyttää glykosidisen sidoksen aseman määrittämiseen. Kokeellisessa tutkimuksessa selvitettiin aluksi monosakkaridirakenteiltaan isomeerisilla disakkaridimalliaineilla glykosidisen sidoksen sijainnin vaikutus disakkaridin pilkkoutumiseen MS/MS-analyysissa. Tämän jälkeen pyrittiin löytämään tunnetuista tri- ja tetrasakkaridimalliaineista näitä eri sidoksille tyypillisiä tuoteionien jakaumia. Tunnettujen tri- ja tetrasakkaridien pilkkoutuminen yhdenmukaisesti disakkaridien pilkkoutumisen kanssa antaisi mahdollisuuden pitkäketjuisempien oligosakkaridien glykosidisten sidosten tunnistamiseen sovelletulla MS/MS-menetelmällä. MS/MS-analyysit tehtiin ioniloukkumassadetektorilaitteistolla käyttäen sähkösumutusionisaatiota (ESI). Oligosakkaridit määritettiin positiivisella ionisaatiolla litium- ja natriumaddukti-ioneina ja negatiivisella ionisaatiolla kloridiaddukti-ioneina. Vertaamalla tri- ja tetrasakkarideista MS/MS-analyyseissa muodostuneita tuoteioneja disakkarideista muodostuneisiin tuoteioneihin, voitiin sekä positiivisella että negatiivisella ionisaatiolla määrittää oligosakkaridin pelkistävän pään sidoksen asema. Negatiivisella ionisaatiolla tri- ja tetrasakkarideista muodostuneista tuoteioneista voitiin määrittää myös muiden kuin pelkistävän pään sidosten asemia. Positiivisella ionisaatiolla muiden sidosten määrittäminen ei ollut mahdollista, koska rengasfragmentti-ioneja muodostui pääosin oligosakkaridin pelkistävästä päästä. Glykosidisen sidoksen katkeamisesta muodostuneet tuoteionit analysoitiin edelleen MS3-analyysilla. MS3-analyysissa muodostuneista tuoteioneista ei voitu tulkita sidosten asemia, koska lähtöionit koostuivat sekä terminaalisen että pelkistävän pään isomeerisista ioneista.