この作品は、エネルギー、科学局の米国防総省によって資金を供給された。

1。レーザーシステム<ol><li> Q-スイッチNdによって産レーザパルスを使用して：YAGレーザーは1064 nmで、および10Hzで動作する。 </li><li> 75ミリメートルの焦点距離レンズを有するサンプル上にレーザパルスの焦点を合わせる。 </li><li>で指摘し、試料上に形成されたプラズマの近くに配置された光ファイバとプラズマ光を集める。 </li><li>決意をスペクトル的およびLIBSスペクトルを記録するエシェル分光器/ ICCDを使用してください。 </li><li> 125のゲインを用いて非ゲーティングおよびゲーティングの両方のモードでICCDを運営しています。 </li><li>非ゲーティッド·モードで0秒の時間遅れ（T d）がゲート·モードでの1秒のT dを使用してください。 </li><li>両方のモードについては、（ICCDカメラチップ上にプラズマ光を積分）3秒間曝露と20マイクロ秒のゲート幅（T b の ） を使用するが、これは30個々のレーザショットの各スペクトルを生成するために追加されることになる。 </li><li>分析した各サンプルについて5このようなスペクトルの合計を記録します。 </li><li> tは制御するためにデジタル遅延発生器を使用レーザとICCDゲートパルスとの間iming。実験設定を図1に示します。 </li><li>オシロスコープでタイミングを確認してください。 </li><li>非ゲートさとゲート付きの両方の検出を使用して10、25、50、および100ミリジュールのパルスエネルギーのレーザーを操作します。 </li><li>継続的にレーザエネルギーを監視し、必要に応じて、ドリフトを補正するために調整する。 </li><li>使用上のご注意：Nd：YAGレーザーは、クラスIVレーザである、レーザーを操作する際は、常に適切なレーザー安全ゴーグルを着用し、部屋のドアやレーザーと組み合わせてお部屋インターロックを確立する14。 </li></ol> 2。サンプルとサンプルの準備<ol><li>サンプルのような既知の元素濃度を有する合成ケイ認証標準物質を使用して、これらはマイナーと共通の土壌サンプルを模倣し、濃度の範囲にわたる選択された要素の微量。 </li><li>微量元素の濃度が数ppm〜10,000 ppmの範囲であった。 表解析に用い、その線種と波長を含む、ここで監視さ1のリストの要素。 IとIIとラベルの線種は、それぞれ、中性原子または単独でイオン化原子を意味する。各ケイ酸塩試料の一般的な塩基組成は、SiO 2（72％）のAl 2 O 3（15％）のFe 2 O 3（4％）、CAMG（CO 3）2（4％）し、Na 2 SO 4である（ 2.5％）、及びK 2 SO 4（2.5％）。 </li><li> LIBS分析のために滑らかな表面を作成するために油圧プレスを用いて31ミリメートルの直径のペレットに試料を押す。滑らかな表面は、LIBS結果との整合性を作成するのに役立ちます。 </li><li>記録された各スペクトルのための新しいサンプルスポットを分析します。 </li><li>安全上の配慮：合成ケイ酸サンプルは、様々な濃度の要素の様々が含まれている。取り扱い時に手袋を着用してください。 </li></ol> 3。検量線を準備<ol><li>変数のための検量線を作製テストされたレーザエネルギーの範囲にわたってゲートさと非開口型の両方の検出中のOUの要素。 </li><li>元素濃度（x軸）に対するピーク面積又はレシオピーク面積（y軸）をプロットすることにより、これらの曲線を作る。 </li><li>検量線に合わせて線形トレンドラインを使用しています。 [サンプル画像1] </li><li> IUPACで定義されているよう3σ検出を用いた検出限界を計算する。15 [計算1】 </li></ol> 4。プラズマ温度決定<ol><li>ボルツマンプロットからプラズマ温度を測定。 </li><li> - LN（4ρZ/hcN0）（式1）LNを（Iλ/ GA）=-E U /カラット：使用してボルツマンプロットを作成するために371から408ナノメートルの波長間の鉄系[鉄（I）]のセットを使用Iは、ピーク面積から求められる遷移の強度であり、λは波長であり、Aは、遷移確率であり、gは遷移の縮退であり、E uは発光状態の上限であり、kはボルツマン定数、Tは温度は、Zは分配関数であり、hはプランク定数、cは光速であり、N 0は、全種の集団である。 </li><li>のE U、G、および値を知っていた鉄のラインを選択しました。 </li></ol><ul><li>ここで使用したFe（I）の線は371.99、374.56、382.04、404.58、406.36ナノメートルである。 </li><li> E U、G、および値は、このウェブサイトで見つけることができます（ <a href="http://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/lines_form.html" target="_blank">http://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/lines_form.html</a> ） </li><li>レベルの情報としてラベルの追加の基準の下で「G」を表示するオプションを選択してください。 </li><li> E kおよびG kの値を使用します。 </li></ul><ol start="4"><li> E Uに対する温度、プロットLN（Iλ/ GA）を決定し、線形トレンドラインをデータに合わせて、。傾きであることは-1/kTに等しい16,17 [サンプル画像2] </li></ol> 5。電子密度測定<ol><li>電気を測定するn個の密度は656.5 nmでの水素線の半値（FWHM）での全幅を使用する。 </li><li> ICCD上のT D = 0.5秒とT B = 4.5秒を使用してこのデータを取る。 </li><li>水素ラインのFWHMを測定します。 [サンプル画像3] </li><li> N 電子 = 8.02×10 12 [Δλ1/2 /α1/2] 3/2（式2）N eは電子密度であり、Δλ1/2の測定されたFWHMである：用いた電子密度を計算水素ライン、および1/2αは、温度および電子密度の関数である還元波長である。減少した波長の値は、Griemの付録式IIIaに設けられている。16-18 </li><li> （これはプラズマの平均温度に近いものであった）万Kの温度を用いて電子密度を計算します。 [サンプル画像4] </li></ol> 6。プログラムを使用したすべてのデータをバックアップ作業つまり、ピーク面積および/またはMicrosoft Excelを決定することができます

<ol>
	<li>Song, K., Lee, Y., Sneddon, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+developments+in+instrumentation+for+laser+induced+breakdown+spectroscopy.">Recent developments in instrumentation for laser induced breakdown spectroscopy.</a> Appl. Spec. Rev. 37 (1), 89-117 (2002).</li><li>Yamamoto, K. Y., Cremers, D. A., Foster, L. E., Ferris, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+Metals+in+the+Environment+Using+a+Portable+Laser-Induced+Breakdown+Spectroscopy+Instrument.">Detection of Metals in the Environment Using a Portable Laser-Induced Breakdown Spectroscopy Instrument.</a> Appl. Spec. 50 (2), 222-233 (1996).</li><li>Cu&#241;at, J., Fortes, F. J., Cabal&#237;n, L. M., Carrasco, F., Sim&#243;n, M. D., Laserna, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Man-Portable+Laser-Induced+Breakdown+Spectroscopy+System+for+in+Situ+Characterization+of+Karstic+Formations.">Man-Portable Laser-Induced Breakdown Spectroscopy System for in Situ Characterization of Karstic Formations.</a> Appl. Spec. 62 (11), 1250-1255 (2008).</li><li>Munson, C. A., Gottfried, J. L., Gibb-Snyder, E., DeLucia, F. C., Gullett, B., Miziolek, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+indoor+biological+hazards+using+the+man-portable+laser+induced+breakdown+spectrometer.">Detection of indoor biological hazards using the man-portable laser induced breakdown spectrometer.</a> Appl. Opt. 47 (31), G48-G57 (2008).</li><li>Multari, R. A., Foster, L. E., Cremers, D. A., Ferris, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Sampling+Geometry+on+Elemental+Emissions+in+Laser-Induced+Breakdown+Spectroscopy.">Effect of Sampling Geometry on Elemental Emissions in Laser-Induced Breakdown Spectroscopy.</a> Appl. Spec. 50 (12), 1483-1499 (1996).</li><li>Harmon, R. S., DeLucia, F. C., McManus, C. E., McMillan, N. J., Jenkins, T. F., Walsh, M. E., Miziolek, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser-induced+breakdown+spectroscopy+-+An+emerging+chemical+sensor+technology+for+real-time+field-portable,+geochemical,+mineralogical,+and+environmental+applications.">Laser-induced breakdown spectroscopy - An emerging chemical sensor technology for real-time field-portable, geochemical, mineralogical, and environmental applications.</a> Appl. Geochem. 21 (5), 730-747 (2006).</li><li>Schill, A. W., Heaps, D. A., Stratis-Cullum, D. N., Arnold, B. R., Pellegrino, P. M. <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+near-infrared+low+energy+ultra-short+laser+pulses+for+portable+applications+of+laser+induced+breakdown+spectroscopy.">Characterization of near-infrared low energy ultra-short laser pulses for portable applications of laser induced breakdown spectroscopy.</a> Opt. Express. 15 (21), 14044-14056 (2007).</li><li>Fortes, F. J., Laserna, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+development+of+fieldable+laser-induced+breakdown+spectrometer:+No+limits+on+the+horizon.">The development of fieldable laser-induced breakdown spectrometer: No limits on the horizon.</a> Spectrochim. Acta Part B. 65 (12), 975-990 (2010).</li><li>Leis, F., Sdorra, W., Ko, J. B., Niemax, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Basic+Investigations+for+Laser+Microanalysis:+I.+Optical+Emission+Spectrometry+of+Laser-Produced+Sample+Plumes.">Basic Investigations for Laser Microanalysis: I. Optical Emission Spectrometry of Laser-Produced Sample Plumes.</a> Mikrochim. Acta II. 98, 185-199 (1989).</li><li>Lida, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+atmosphere+on+laser+vaporization+and+excitation+processes+of+solid+samples.">Effects of atmosphere on laser vaporization and excitation processes of solid samples.</a> Spectrochim. Acta Part B. 45 (12), 1353-1367 (1990).</li><li>Radziemski, L. J., Loree, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser-induced+breakdown+spectroscopy:+Time-integrated+applications.">Laser-induced breakdown spectroscopy: Time-integrated applications.</a> J. Plasma Chem. Plasma Proc. 1 (3), 281-293 (1981).</li><li>Mueller, M., Gornushkin, I. B., Florek, S., Mory, D., Panne, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Approach+to+Detection+in+Laser-Induced+Breakdown+Spectroscopy.">Approach to Detection in Laser-Induced Breakdown Spectroscopy.</a> Anal. Chem. 79 (12), 4419-4426 (2007).</li><li>Fan, C., Longtin, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+Optical+Breakdown+in+Dielectrics+During+Ultrafast+Laser+Processing.">Modeling Optical Breakdown in Dielectrics During Ultrafast Laser Processing.</a> Appl. Opt. 40 (18), 3124-3131 (2001).</li><li>ANSI Z-136.5. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> American National Standard for Safe Use of Lasers in Educational Institutions. , (2009).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Compendium of Chemical Terminology. , (1997).</li><li>Cremers, D. A., Radziemski, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy. , (2006).</li><li>Griem, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Spectral Line Broadening by Plasmas. , (1974).</li><li>Ashkenazy, J., Kipper, R., Caner, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopic+Measurements+of+Electron+Density+of+Capillary+Plasma+Based+on+Stark+Broadening+of+Hydrogen+Lines.">Spectroscopic Measurements of Electron Density of Capillary Plasma Based on Stark Broadening of Hydrogen Lines.</a> Phys. Rev. A. 43 (10), 5568-5574 (1991).</li></ol>

著者らは、開示することは何もありません。

非依存性ゲーテッド検出モードを比較すると、検出限界データは、ゲート制御検出モードは、非依存性検出モードでより高いレーザエネルギーを使用して見られなかったものを含むすべての要素の検出のために許可されたことを示している。ゲート検出を使用して、プラズマの形成からの最初の高いバックグラウンドが観察されず、バックグラウンドは、元素の発光がよりよい解決を示す減?...

レーザー誘起ブレークダウン分光法（LIBS）は、励起源として、レーザーで生成された火花を使用し、元素分析の簡単な方法です。レーザパルスは、加熱切除、霧化及びプラズマの形成をもたらす表面材料をイオン化表面上に集束される。プラズマ光をスペクトル分解して検出され、要素はそれらのスペクトルシグネチャによって識別されている。適切に較正した場合、LIBSは定量的な結果を提供することができます。 LIBSは、ほとんど、またはまったくサンプル調製と固体、気体、および液体を分析することができます。1これらの特性は、実験室で行うことができない分析に最適です。 現在、LIBSは、特に多くの異なるアプリケーション定量化のためのフィールドベースの測定を必要とするもののために検討されている。1-8これはフィールドベースのシステムに適した堅牢でコンパクトなコンポーネントを使用して、LIBS計測器の開発が必要である。ほとんどの場合、SEコンポーネントは、それによって、分析のパフォーマンスを犠牲にすること、実験室ベースのインスツルメンテーションの完全な機能を持っていません。 LIBS結果は、レーザーパルスパラメータとサンプリングの形状、周囲の雰囲気、およびゲート付きまたは非ゲート検出の使用を含む他の測定条件に依存している。フィールドベースのLIBS計測器については、9月12日 、考慮すべき2つの重要な要因は、パルスエネルギーであるとの使用は非ゲート検出対ゲートさ。これら2つの要因が大幅にLIBS装置のコスト、サイズ、および複雑さを決定する。 0.3〜10 Hzの繰り返し率で10〜50ミリジュールからのパルスを生成することができ、小型で頑丈に構築レーザーが市販されており、使用が非常に有利である。したがって、もしあれば、検出能力の損失は、これらのレーザーの使用から生じるものを、知ることが重要である。それは切除されて気化される材料の量と励起チャーを決定するようにパルスエネルギーはLIBSための重要なパラメータであるプラズマのです。もうまた、ゲート検出の使用は、LIBSシステムのコストを増大させることができ、結果的にゲート制御及び非ゲート検出を用いたスペクトルと検出能力との間の差を決定することが不可欠である。 最近では、研究はスチールで見つかった微量元素のための非ゲート検出にゲート検出を比較して行った。結果は、検出限界は、非依存性検出のための比較可能でない場合より良好であることを示した。12 LIBSの一つの重要な特徴は、技術は、物理的および化学的マトリックス効果を経験することである。前者の例は、より導電性/金属表面とより効率的にレーザパルスカップル面を非導通である。13この研究のために、我々は土壌模擬等の非導電性材料のためのパルスエネルギ及びタイミングパラメータの効果を決定したかった。 なお、フィールドLIBS携帯機器が開発され、使用されているいくつかの用途のために、検出能力に関する包括的な研究は、土壌を用いた模擬低エネルギー非依存性システムに高いエネルギー及びゲート制御システムを比較行われていない。本研究では、複雑なマトリックス中の微量元素の決定のためにレーザパルスエネルギーおよびタイミングパラメータに焦点を当てている。レーザパルスエネルギーは低く、より高いエネルギーとの比較を得るために、10〜100ミリジュールの範囲であった。非ゲート検出に対してゲート制御の使用の比較は、同じエネルギー範囲にわたって実施した。

<table border="1">
		<tbody>
		 <tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Equipment</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Nd:YAG laser</td>
			<td>Continuum</td>
			<td>Surelite II</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Echelle spectrograh/ICCD</td>
			<td>Catalina/Andor</td>
			<td>SE200/iStar</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Digital delay generator</td>
			<td>BNC</td>
			<td>Model 575-4C</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Hydraulic Press</td>
			<td>Carver</td>
			<td>Model-C</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>31-mm pellet die</td>
			<td>Carver</td>
			<td>3902</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Power meter indictor model</td>
			<td>Scientech, Inc.</td>
			<td>Model number: AI310D</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Power meter detector model</td>
			<td>Scientech, Inc.</td>
			<td>Model number: AC2501S</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Oscilloscope</td>
			<td>Tektronix</td>
			<td>MSO 4054</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Optical fiber</td>
			<td>Ocean Optics</td>
			<td>QP1000-2-UV-VIS</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Lens kit (this kit contains the 75 mm f.l. lens)</td>
			<td>CVI Optics</td>
			<td>LK-24-C-1064</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Reagent/Material list</td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Synthetic silicate sample</td>
			<td>Brammer Standard Company</td>
			<td>GBW 07704 </td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Synthetic silicate sample</td>
			<td>Brammer Standard Company</td>
			<td>GBW 07705 </td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Synthetic silicate sample</td>
			<td>Brammer Standard Company</td>
			<td>GBW 07706</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Synthetic silicate sample</td>
			<td>Brammer Standard Company</td>
			<td>GBW 07708</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Synthetic silicate sample</td>
			<td>Brammer Standard Company</td>
			<td>GBW 07709</td>
			<td></td>
		 </tr>
		 <tr>
			<td>Aluminum caps (for pressing synthetic silicate samples)</td>
			<td>SCP Science</td>
			<td>040-080-001</td>
			<td></td>
		 </tr>
		</tbody>
 </table>

dependence of laser-induced breakdown spectroscopy results on pulse energies and timing parameters using soil simulants

低いパルスエネルギー（&lt;100ミリジュール）およびタイミングパラメータにいくつかのLIBS検出能力の依存性は、合成ケイ酸試料を用いて試験した。これらのサンプルは、土壌模擬として使用され、マイナー含有し、一般に広範囲の濃度の土壌中に見出さ微量元素た。この研究では、100以上の較正曲線は、異なるパルスエネルギーおよびタイミングパラメータを使用して調製した、検出限界および感度を較正曲線から決定した。プラズマの温度は、種々のエネルギーおよび試験されたタイミング·パラメータに対するボルツマンプロットを使用して測定した。プラズマの電子密度は、試験したエネルギーを超える656.5 nmでの水素線の半値幅（FWHM）を用いて計算した。全体的に、結果が低いパルスエネルギーの使用と非ゲート検出が真剣に分析結果を損なわないことを示している。これらの結果は、フィールドの設計に非常に関連していますと人·ポータブルLIBS楽器。

合成ケイ酸サンプルの検出能力にレーザパルスエネルギーと検出モードの効果。LIBSスペクトルを試験したレーザパルスエネルギーの範囲にわたってゲート制御及び非ゲート検出を用いて記録した。 100以上の較正曲線は、レーザパルスエネルギーの効果を評価するために、これらのデータから構築した。検量線（1）は405.58での鉄のピークの面積を、分析物ピークの面積を比率化?...

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Dependence of Laser-induced Breakdown Spectroscopy Results on Pulse Energies and Timing Parameters Using Soil Simulants

土壌模擬上のLIBS検出機能は、パルスエネルギーおよびタイミングパラメータの範囲を用いて試験した。較正曲線は、異なるパラメータの検出限界および感度を決定するために使用された。一般に、これらの結果は、より低いパルスエネルギー及び非ゲート検出を用いた検出能力の有意な減少がないことを示した。

土壌模擬を使用したパルスエネルギーおよびタイミングパラメータにレーザー誘起ブレークダウン分光法の結果の依存性

The  dependence of some LIBS detection capabilities on lower pulse energies (&lt;100  mJ) and timing parameters were examined using synthetic silicate ...

dependence-laser-induced-breakdown-spectroscopy-results-on-pulse

Research

JoVE Journal

Chemistry

11.2K ビュー.  Alvernia University. 土壌模擬上のLIBS検出機能は、パルスエネルギーおよびタイミングパラメータの範囲を用いて試験した。較正曲線は、異なるパラメータの検出限界および感度を決定するために使用された。一般に、これらの結果は、より低いパルスエネルギー及び非ゲート検出を用いた検出能力の有意な減少がないことを示した。 

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Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization Time of Flight (MALDI-TOF) Mass Spectrometric Analysis of Intact Proteins Larger than 100 kDa

Effectively determining masses of proteins is critical to many biological studies (e.g. for structural biology investigations). Accurate mass determination allows one to evaluate the correctness of protein primary sequences, the presence of mutations and/or post-translational modifications, the possible protein degradation, the sample homogeneity, and the degree of isotope incorporation in case of labelling (e.g. 13C labelling).
Electrospray ionization (ESI) mass spectrometry (MS) is widely used for mass determination of denatured proteins, but its efficiency is affected by the composition of the sample buffer. In particular, the presence of salts, detergents, and contaminants severely undermines the effectiveness of protein analysis by ESI-MS. Matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) MS is an attractive alternative, due to its salt tolerance and the simplicity of data acquisition and interpretation. Moreover, the mass determination of large heterogeneous proteins (bigger than 100 kDa) is easier by MALDI-MS due to the absence of overlapping high charge state distributions which are present in ESI spectra.
Here we present an accessible approach for analyzing proteins larger than 100 kDa by MALDI-time of flight (TOF). We illustrate the advantages of using a mixture of two matrices (i.e. 2,5-dihydroxybenzoic acid and &#945;-cyano-4-hydroxycinnamic acid) and the utility of the thin layer method as approach for sample deposition. We also discuss the critical role of the matrix and solvent purity, of the standards used for calibration, of the laser energy, and of the acquisition time. Overall, we provide information necessary to a novice for analyzing intact proteins larger than 100 kDa by MALDI-MS.

Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization Time of Flight MALDI-TOF Mass Spectrometric Analysis of Intact Proteins Larger than 100 kDa

Accurate mass measurement represents an important step during the investigation of proteins. Matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) mass spectrometry (MS) can be used for such determination and its key advantage is the tolerance to salts, detergents and contaminants. Here we illustrate an accessible approach for the analysis of proteins larger than 100 kDa by MALDI-MS.

フライトのマトリックス支援レーザー脱離/イオン化飛行時間（MALDI-TOF）100kDaのより大きなインタクトタンパク質の質量分析

Effectively determining masses of proteins is critical to many biological studies (e.g. for structural biology investigations). Accurate mass ...

化学

Transport of Surface-modified Carbon Nanotubes through a Soil Column

Carbon nanotubes (CNTs) are widely manufactured nanoparticles, which are being utilized in a number of consumer products, such as sporting goods, electronics and biomedical applications. Due to their accelerating production and use, CNTs constitute a potential environmental risk if they are released to soil and groundwater systems. It is therefore essential to improve the current understanding of environmental fate and transport of CNTs. The transport and retention of CNTs in both natural and artificial media have been reported in literature, but the findings widely vary and are thus not conclusive. There are a number of physical and chemical parameters responsible for variation in retention and transport. In this study, a complete procedure of selected multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) is presented starting from their surface modification to a complete set of laboratory column experiments at critical physical and chemical scenarios. Results indicate that the stability of the commercially available MWCNTs are critical with their attached surface functional group which can also influence the transport and retention of MWCNT through the surrounding medium.

Surface properties of a nanoparticle are important for their interaction with the surrounding medium. Therefore the surface modification of carbon nanotubes can be critical for their transport and retention through porous media. Here, lab scale column experiments are used to understand the possible transport and retention of these nanoparticles.

土壌カラムを通して表面修飾カーボンナノチューブの輸送

Carbon nanotubes (CNTs) are widely manufactured nanoparticles, which are being utilized in a number of consumer products, such as sporting goods, ...

Construction of Models for Nondestructive Prediction of Ingredient Contents in Blueberries by Near-infrared Spectroscopy Based on HPLC Measurements

Nondestructive prediction of ingredient contents of farm products is useful to ship and sell the products with guaranteed qualities. Here, near-infrared spectroscopy is used to predict nondestructively total sugar, total organic acid, and total anthocyanin content in each blueberry. The technique is expected to enable the selection of only delicious blueberries from all harvested ones. The near-infrared absorption spectra of blueberries are measured with the diffuse reflectance mode at the positions not on the calyx. The ingredient contents of a blueberry determined by high-performance liquid chromatography are used to construct models to predict the ingredient contents from observed spectra. Partial least squares regression is used for the construction of the models. It is necessary to properly select the pretreatments for the observed spectra and the wavelength regions of the spectra used for analyses. Validations are necessary for the constructed models to confirm that the ingredient contents are predicted with practical accuracies. Here we present a protocol to construct and validate the models for nondestructive prediction of ingredient contents in blueberries by near-infrared spectroscopy.

We present here a protocol to construct and validate models for nondestructive prediction of total sugar, total organic acid, and total anthocyanin content in individual blueberries by near-infrared spectroscopy.

HPLC測定に基づいて近赤外分光法によるブルーベリーにおける成分含量の非破壊予測のためのモデルの構築

Nondestructive prediction of ingredient contents of farm products is useful to ship and sell the products with guaranteed qualities. Here, near-infrared ...

Insights into the Interactions of Amino Acids and Peptides with Inorganic Materials Using Single-Molecule Force Spectroscopy

The interactions between proteins or peptides and inorganic materials lead to several interesting processes. For example, combining proteins with minerals leads to the formation of composite materials with unique properties. In addition, the undesirable process of biofouling is initiated by the adsorption of biomolecules, mainly proteins, on surfaces. This organic layer is an adhesion layer for bacteria and allows them to interact with the surface. Understanding the fundamental forces that govern the interactions at the organic-inorganic interface is therefore important for many areas of research and could lead to the design of new materials for optical, mechanical and biomedical applications. This paper demonstrates a single-molecule force spectroscopy technique that utilizes an AFM to measure the adhesion force between either peptides or amino acids and well-defined inorganic surfaces. This technique involves a protocol for attaching the biomolecule to the AFM tip through a covalent flexible linker and single-molecule force spectroscopy measurements by atomic force microscope. In addition, an analysis of these measurements is included.

Here we present a protocol to measure the force of interactions between a well-defined inorganic surface and either peptides or amino acids by single-molecule force spectroscopy measurements using an atomic force microscope (AFM). The information obtained from the measurement is important to better understand the peptide-inorganic material interphase.

単一分子力分光法を用いて無機材料とアミノ酸とペプチドの相互作用への洞察

The interactions between proteins or peptides and inorganic materials lead to several interesting processes. For example, combining proteins with minerals ...

Real-time Breath Analysis by Using Secondary Nanoelectrospray Ionization Coupled to High Resolution Mass Spectrometry

Exhaled volatile organic compounds (VOCs) have aroused considerable interest, since they can serve as biomarkers for disease diagnosis and environmental exposure in a non-invasive manner. In this work, we present a protocol to characterize the exhaled VOCs in real time by using secondary nanoelectrospray ionization coupled to high resolution mass spectrometry (Sec-nanoESI-HRMS). The homemade Sec-nanoESI source was readily set up based on a commercial nanoESI source. Hundreds of peaks were observed in the background-subtracted mass spectra of exhaled breath, and the mass accuracy values are -4.0-13.5 ppm and -20.3-1.3 ppm in the positive and negative ion detection modes, respectively. The peaks were assigned with accurate elemental composition according to the accurate mass and isotopic pattern. Less than 30 s is used for one exhalation measurement, and it takes approximately 7 min for six replicated measurements.

A protocol for characterizing chemical composition of exhaled breath in real time by using secondary nanoelectrospray ionization coupled to high resolution mass spectrometry is demonstrated.

高分解能質量分析に結合された二次 Nanoelectrospray イオン化を用いたリアルタイム呼吸解析

Exhaled volatile organic compounds (VOCs) have aroused considerable interest, since they can serve as biomarkers for disease diagnosis and environmental ...

Obtaining 3D Chemical Maps by Energy Filtered Transmission Electron Microscopy Tomography

Energy filtered transmission electron microscopy tomography (EFTEM tomography) can provide three-dimensional (3D) chemical maps of materials at a nanometric scale. EFTEM tomography can separate chemical elements that are very difficult to distinguish using other imaging techniques. The experimental protocol described here shows how to create 3D chemical maps to understand the chemical distribution and morphology of a material. Sample preparation steps for data segmentation are presented. This protocol permits the 3D distribution analysis of chemical elements in a nanometric sample. However, it should be noted that currently, the 3D chemical maps can only be generated for samples that are not beam sensitive, since the recording of filtered images requires long exposure times to an intense electron beam. The protocol was applied to quantify the chemical distribution of the components of two different heterogeneous catalyst supports. In the first study, the chemical distribution of aluminum and titanium in titania-alumina supports was analyzed. The samples were prepared using the swing-pH method. In the second, the chemical distribution of aluminum and silicon in silica-alumina supports that were prepared using the sol-powder and mechanical mixture methods was examined.

This paper describes a protocol to achieve 3D chemical maps combining energy filtered imaging and electron tomography. The chemical distribution of two catalyst supports formed by elements that are difficult to distinguish by other imaging techniques was studied. Each application consists of mapping overlapped chemical elements - respectively spaced-ionization edges.

エネルギー化学 3 D マップの取得フィルター透過電子顕微鏡トモグラフィー

Energy filtered transmission electron microscopy tomography (EFTEM tomography) can provide three-dimensional (3D) chemical maps of materials at a ...

The MPLEx Protocol for Multi-omic Analyses of Soil Samples

Mass spectrometry (MS)-based integrated metaproteomic, metabolomic, and lipidomic (multi-omic) studies are transforming our ability to understand and characterize microbial communities in environmental and biological systems. These measurements are even enabling enhanced analyses of complex soil microbial communities, which are the most complex microbial systems known to date. Multi-omic analyses, however, do have sample preparation challenges, since separate extractions are typically needed for each omic study, thereby greatly amplifying the preparation time and amount of sample required. To address this limitation, a 3-in-1 method for the simultaneous extraction of metabolites, proteins, and lipids (MPLEx) from the same soil sample was created by adapting a solvent-based approach. This MPLEx protocol has proven to be both simple and robust for many sample types, even when utilized for limited quantities of complex soil samples. The MPLEx method also greatly enabled the rapid multi-omic measurements needed to gain a better understanding of the members of each microbial community, while evaluating the changes taking place upon biological and environmental perturbations.

A protocol is presented for simultaneously extracting metabolites, proteins, and lipids from a single soil sample, allowing reduced sample preparation times and enabling multi-omic mass spectrometry analyses of samples with limited quantities.

マルチ弔土壌試料の分析のための MPLEx プロトコル

Mass spectrometry (MS)-based integrated metaproteomic, metabolomic, and lipidomic (multi-omic) studies are transforming our ability to understand and ...

A New Straightforward Method for Lipophilicity (logP) Measurement using 19F NMR Spectroscopy

Fluorination has become an effective tool to optimize physicochemical properties of bioactive compounds. One of the applications of fluorine introduction is to modulate the lipophilicity of the compound. In our group, we are interested in the study of the impact of fluorination on lipophilicity of aliphatic fluorohydrins and fluorinated carbohydrates. These are not UV-active, resulting in a challenging lipophilicity determination. Here, we present a straightforward method for the measurement of lipophilicity of fluorinated compounds by 19F NMR spectroscopy. This method requires no UV-activity. Accurate solute mass, solvent and aliquot volume are also not required to be measured. Using this method, we measured the lipophilicities of a large number of fluorinated alkanols and carbohydrates.

A New Straightforward Method for Lipophilicity logP Measurement using 19F NMR Spectroscopy

A novel and straightforward variation of the shake-flask method was developed for accurate lipophilicity measurement of fluorinated compounds by 19F NMR spectroscopy.

新しい簡単な19F NMR 分光学を使用して親油性 (logP) 測定法

Fluorination has become an effective tool to optimize physicochemical properties of bioactive compounds. One of the applications of fluorine introduction ...

Performing Spectroscopy on Plasmonic Nanoparticles with Transmission-Based Nomarski-Type Differential Interference Contrast Microscopy

Differential interference contrast (DIC) microscopy is a powerful imaging tool that is most commonly employed for imaging microscale objects using visible-range light. The purpose of this protocol is to detail a proven method for preparing plasmonic nanoparticle samples and performing single particle spectroscopy on them with DIC microscopy. Several important steps must be followed carefully in order to perform repeatable spectroscopy experiments. First, landmarks can be etched into the sample substrate, which aids in locating the sample surface and in tracking the region of interest during experiments. Next, the substrate must be properly cleaned of debris and contaminants that can otherwise hinder or obscure examination of the sample. Once a sample is properly prepared, the optical path of the microscope must be aligned, using Kohler Illumination. With a standard Nomarski style DIC microscope, rotation of the sample may be necessary, particularly when the plasmonic nanoparticles exhibit orientation-dependent optical properties. Because DIC microscopy has two inherent orthogonal polarization fields, the wavelength-dependent DIC contrast pattern reveals the orientation of rod-shaped plasmonic nanoparticles. Finally, data acquisition and data analyses must be carefully performed. It is common to represent DIC-based spectroscopy data as a contrast value, but it is also possible to present it as intensity data. In this demonstration of DIC for single particle spectroscopy, the focus is on spherical and rod-shaped gold nanoparticles.

The goal of this protocol is to detail a proven approach for the preparation of plasmonic nanoparticle samples and for performing single particle spectroscopy on them with differential interference contrast (DIC) microscopy.

トランスミッションベースのノマルスキー型差動干渉造影顕微鏡を用いたプラズモニックナノ粒子の分光法の実行

Differential interference contrast (DIC) microscopy is a powerful imaging tool that is most commonly employed for imaging microscale objects using ...

Characterizing Lewis Pairs Using Titration Coupled with In Situ Infrared Spectroscopy

Lewis acid-activation of carbonyl-containing substrates is a fundamental basis for facilitating transformations in organic chemistry. Historically, characterization of these interactions has been limited to models equivalent to stoichiometric reactions. Here, we report a method utilizing in situ infrared spectroscopy to probe the solution interactions between Lewis acids and carbonyls under synthetically relevant conditions. Using this method, we were able to identify 1:1 complexation between GaCl3 and acetone and a highly ligated complex for FeCl3 and acetone. The impact of this technique on mechanistic understanding is illustrated by application to the mechanism of Lewis acid-mediated carbonyl-olefin metathesis in which we were able to observe competitive binding interactions between substrate carbonyl and product carbonyl with the catalyst.

Here, we present a method for the observation of solution interactions between Lewis acids and bases by employing in situ infrared spectroscopy as a detector for titration under synthetically relevant conditions. By examining solution interactions, this method represents a complement to X-ray crystallography, and provides an alternative to NMR spectroscopy.

In Situ赤外線分光法と組み合わせた滴定を用いたルイスペアの特徴付け

Lewis acid-activation of carbonyl-containing substrates is a fundamental basis for facilitating transformations in organic chemistry. Historically, ...