Los funcionarios de aduanas quieren detectar el contrabando. Los médicos quieren saber qué tan rápido un paciente está metabolizando un fármaco terapéutico. Y proveedores de productos orgánicos, desde complementos nutricionales hasta miel, quieren saber que sus materias primas son puras. Cada caso requiere espectrometría de masas, una técnica que identifica moléculas en función de su masa, pero los instrumentos actuales son voluminosos, costoso, y por lo general se especializan en una clase de productos químicos, desalentar el uso generalizado fuera de un entorno de laboratorio especializado.
La espectrometría de masas está a la altura del desafío, pero se necesita mejor tecnología para hacer instrumentos más flexibles. Un área de investigación prometedora utiliza un plasma de descarga luminiscente a presión atmosférica, un gas parcialmente ionizado que puede estabilizarse a temperatura y presión ambiente, para sondear muestras en busca de especies elementales y moleculares. y podría conducir a análisis de espectrometría de masas fáciles de usar con amplias capacidades.
"Idealmente, queremos un sistema que pueda detectar todo, y queremos poder llevar ese sistema al campo para probar materiales en el sitio, "dijo Jacob Shelley, un experto en instrumentos de espectrometría de masas ambientales basados en plasma que recientemente se unió a la facultad del Instituto Politécnico Rensselaer. "Estamos tratando de hacer un instrumento más flexible que nos permita detectar muchas cosas simultáneamente. Ese es nuestro objetivo".
La espectrometría de masas aprovecha la simple verdad de que los átomos de cada elemento, así como los iones e isótopos de esos elementos, tener una masa única. Por lo tanto, las moléculas, compuestas por átomos, iones, e isótopos - también tienen una masa única. Un espectrómetro de masas usa un campo eléctrico o magnético para medir la masa de una molécula, produciendo una señal que puede traducirse en la identidad de la especie química:la cafeína es 195; difeilamina, un químico rociado sobre manzanas, es 170; la cocaína es 304.
El problema es que los instrumentos actuales solo pueden procesar moléculas que están en estado gaseoso e ionizadas (poseen una carga positiva o negativa), lo que significa que la mayoría de las muestras deben procesarse antes de introducirse en el espectrómetro de masas para su análisis. Por ahora, La espectrometría de masas se basa en una variedad de métodos de procesamiento que requieren mucho tiempo y que separan e ionizan las moléculas antes del análisis. Y dependiendo del método, muestras como alimentos, productos farmacéuticos, o el tejido puede destruirse durante el procesamiento.
El mayor desafío para un método de procesamiento generalizado es la química necesaria para ionizar la molécula, dijo Shelley. La mayoría de los métodos que se han desarrollado se basan en químicas específicas que favorecen la ionización de una clase de moléculas sobre otra. Shelley está desarrollando un método que aprovecha las propiedades y químicas inusuales de los plasmas, que son ricos en iones y electrones de libre movimiento, y por lo tanto altamente interactivo. Aunque los plasmas más conocidos son extremadamente calientes, a casi 10, 000 grados Kelvin, algunos plasmas rivalizan con la temperatura del sol - Shelley está trabajando con plasmas de descarga luminiscente desarrollados más recientemente, que son estables a temperatura ambiente y presión atmosférica.
En su laboratorio, Shelley demuestra un instrumento experimental tan benigno que puede analizar muestras ionizadas con la yema del dedo, y es tan versátil que puede detectar especies desde pequeñas cantidades de metales hasta grandes biomoléculas lábiles como péptidos y proteínas. Al desarrollar la tecnología, El grupo de investigación de Shelley ha utilizado el instrumento para detectar miel falsificada, cuantificar las toxinas nocivas en las floraciones de algas de agua dulce, y cribar las materias primas utilizadas en los complementos nutricionales.
"El plasma es útil como fuente de ionización porque pone a disposición una amplia gama de productos químicos, ", dijo Shelley." Puede hacer posible ionizar una amplia clase de moléculas, lo que podría conducir a instrumentos más generalizados ".
