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Electrospray Ionization and Collision Induced Dissociation Mass Spectrometric Quantitative Conjunctions with the Experimental Intensity of the Analyte Ions of Metal-Organics- Stochastic Dynamics

Titel: Electrospray Ionization and Collision Induced Dissociation Mass Spectrometric Quantitative Conjunctions with the Experimental Intensity of the Analyte Ions of Metal-Organics- Stochastic Dynamics

Forschungsarbeit , 2019 , 218 Seiten

Autor:in: Prof. Dr. Bojidarka Ivanova (Autor:in), Michael Spiteller (Autor:in)

Chemie - Analytische Chemie
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Zusammenfassung Leseprobe Details

Throughout the chapters in this book we argue that the temporal behaviour of the experimental mass spectrometric intensity of analyte ions obeys a certain and universal law based on a stochastic dynamic approach. The content of the book evidences convincingly through a selected series of examples to molecular systems of metal–organic complexes of transition metal ions with electronic configuration d10, for instance, AgI– and ZnII–ions, the validity of our model equation reported, more recently.

It needs to be underlined that, the comprehensive study that is provided, herein, is published, for first time in the literature. The book, therefore, represents monograph containing results from our research work, detailing correlatively experimental and theoretical mass spectrometric analyses of metal–organics using ultrahigh accuracy electrospray ionization and collision induced dissociation mass spectrometry. An enormous amount of effort is concentrated on a quantitative description of the relationships between experimental measurable parameter “intensity” and diffusion or kinetic parameters of analyte ions.

Leseprobe


Table of Contents

Preface

Acknowledgements

Chapter 1 Stochastic dynamic mass spectrometric diffusion parameters and 3D structural analysis of complexes of AgI–ion – experiment and theory

Abstract

1. Introductions

2. Experimental

2.1. Materials and methods

2.2. Synthesis

2.3. Figures of merit

2.3.1 Linearity and quantitation limits

2.3.2. Accuracy and precision

2.3.3. Intermediate precision conditions of measurements

2.3.4. Trueness of measurements and bias

2.3.5. Repeatability and reproducibility

2.4. Theory/computations

2.5. Chemometrics

3. Results and discussion

3.1. Experimental mass spectrometric data

3.1.1. Qualitative analysis

3.1.2. Quantitative analysis – figures of merit

3.1.3. Quantitative analysis – mass spectrometric diffusion parameters

3.2. Theoretical quantum chemical data

3.2.1. Quantum chemical treatment to mass spectrometric diffusion

3.2.2. Correlation between theoretical ionization potentials and experimental stochastic dynamic mass spectrometric diffusion parameters

4. Conclusion

Chapter 2 Mass spectrometric highly selective, sensitive, accurate and precise quantification of species of zinc(II) ion among other transition metal ions based on coordination with glycylhomopentapeptide – a stochastic dynamic approach

Abstract

1. Introductions

2. Experimental

2.1. Materials and methods

2.2. Synthesis

2.3. Theory/Computations

2.4. Chemometrics

3. Results and discussion

3.1. Mass spectrometric qualitative analysis

3.2. Quantitative mass spectrometric analysis

3.2.1. Accuracy and precision of collision induced spectra

3.2.2. Determination of stochastic dynamic diffusion coefficients

4. Conclusion

Chapter 3 Electrospray ionization and collision induced dissociation mass spectrometric quantitative conjunctions with experimental intensity of the analyte ions – a stochastic dynamic approach

Abstract

1. Introduction

2. Experimental

2.1. Materials and methods

2.2. Synthesis and sample pretreatment

2.2.1 Synthesis

2.2.2. Accuracy and precision

2.2.3. Repeatability and reproducibility

2.3. Chemometrics

3. Results and discussion

3.1. Mass spectrometric data – qualitative and semi–quantitative analysis

3.2. Quantitative analysis – figures of merit

3.3. Assessment of the correlation between experimental mass spectrometric parameters

3.4. Quantitative analysis – determination of stochastic dynamic diffusion parameters

3.4.1. Theory

3.4.2. Determination of mass spectrometric stochastic dynamic diffusion parameters in presence of external forced field

3.4.3. Correlative analysis between diffusion and kinetic parameters of collision induced dissociation reactions with respect to different forced field

Research Objectives and Topics

This work aims to establish a universal quantitative model based on stochastic dynamics to relate the temporal behavior of electrospray ionization (ESI) and collision-induced dissociation (CID) mass spectrometric ion intensities to their diffusion parameters and 3D molecular structures. The research seeks to demonstrate that mass spectrometric intensity is not merely a quantitative indicator but also reflects the unique 3D structural and electronic environment of analyte ions, particularly for metal-organic complexes.

  • Development of a stochastic dynamic model equation for mass spectrometric quantification.
  • Application of the model to transition metal complexes (AgI, ZnII) with ligands such as glycylhomopentapeptide.
  • Correlative analysis between experimental mass spectrometric diffusion parameters and theoretical quantum chemical data.
  • Methodological validation for 3D structural determination of analytes in complex mixtures.
  • Evaluation of the influence of external forced fields on reaction kinetics and diffusion coefficients.

Extract from the Book

INTRODUCTION

The methods of mass spectrometry appear precise and accurate analytical instrumentation, amongst others. On the base on the superior instrumental characteristics these methods are broadly implicated in the analytical practice in quantification. As we have pointed out more recently in contributions devoted to methodological developments of methods for quantitative treatment to experimental mass spectrometric parameters [1–4], the MS approaches, in particular, highlighting soft ionization methods possess a large scale of unique instrumental features consisting of: (a) ultrahigh resolving power, allowing an accurate detection of a single analyte in complex multicomponent mixture; (b) low concentration limits of detection and quantification ranging from fmol to attomol levels; (c) a large number rapid, cheap and simple procedures for sample pretreatment; (d) a capability of direct assay; (e) quantification of masses of analytes ranging low molecular weight compounds to (bio)macromolecules (∼ 100 kDa); (f) imaging techniques for assay; (g) analysis of homogeneous and heterogeneous phases; (h) flexible instrumental design, allowing coupling instrumental schemes, which improve significantly the method performances, and more [5–38]. The ultrahigh mass resolving power using Orbitrap analyzer has been demonstrated more recently, studying complex biomacromolecules [39–43]. The reason for emphasis of superior instrumental characteristics of the MS methods, in general, is that points (i)–(h) determine their wide application to many interdisciplinary research areas such as the analytical chemistry; environmental chemistry; clinical diagnostics; medicinal chemistry; forensic chemistry; nuclear forensics; pharmacy; food chemistry and technology; agricultural science; archeology; and more. Despite the broad application of MS methods to the research practice, their application does not differ mostly in context of what they produce as analytical information. In other words, in studies with a highlighted applied–oriented goal and implementations the MS provides mainly quantitative information about the analytes. Thus, its potential contribution to our understanding of the exact 3D molecular structures of analytes is thus limited.

Summary of Chapters

Chapter 1 Stochastic dynamic mass spectrometric diffusion parameters and 3D structural analysis of complexes of AgI–ion – experiment and theory: This chapter introduces the core stochastic dynamic model for quantifying mass spectrometric diffusion parameters and validates its application for determining the 3D structure of silver(I)-complexes through both experimental data and theoretical quantum chemical calculations.

Chapter 2 Mass spectrometric highly selective, sensitive, accurate and precise quantification of species of zinc(II) ion among other transition metal ions based on coordination with glycylhomopentapeptide – a stochastic dynamic approach: This chapter applies the stochastic dynamic methodology to the selective detection of zinc(II) ions in complex mixtures by analyzing CID fragment patterns formed through coordination with a pentapeptide, demonstrating high accuracy and precision in quantification.

Chapter 3 Electrospray ionization and collision induced dissociation mass spectrometric quantitative conjunctions with experimental intensity of the analyte ions – a stochastic dynamic approach: This chapter expands the scope of the model to account for the effects of additional forced fields and collision energies on the diffusion and reaction kinetics of trichlorozinc(II) complexes, further solidifying the universality of the proposed quantitative approach.

Keywords

Mass spectrometry, Electrospray ionization, Collision induced dissociation, Quantum chemistry, Stochastic dynamics, Metal–organics, Quantification, 3D structural analysis, Diffusion, Kinetics, Transition metal ions

Frequently Asked Questions

What is the primary objective of this publication?

The work aims to introduce a new, universal quantitative model based on stochastic dynamics that connects the temporal intensity of analyte ions in mass spectrometry with their diffusion parameters and 3D molecular structures.

Which scientific methodology is central to this work?

The core methodology is a stochastic dynamic approach that treats the temporal behavior of mass spectrometric intensity as a process governed by diffusion, validated against Arrhenius's approximation and quantum chemical computations.

What are the key themes addressed in the book?

The themes include the methodological development of mass spectrometric protocols for 3D structural analysis, the quantitative treatment of ESI/CID data, and the application of chemometrics to prove the reliability of these measurements.

How is the transition metal zinc(II) analyzed in the study?

Zinc(II) ions are analyzed by examining their specific fragment reactions when coordinated with glycylhomopentapeptide, allowing for their selective detection among other transition metals using the developed stochastic model.

What role do external forced fields play in the analysis?

The study investigates how collision energies and forced fields in CID experiments impact the diffusion and reaction kinetics of analyte ions, providing a quantitative framework to account for these experimental conditions.

Which interdisciplinary fields are most relevant to these findings?

The research is highly relevant to coordination chemistry, analytical chemistry, environmental science, clinical diagnostics, and forensic chemistry, where precise identification and quantification of metal-organic compounds are required.

How does the model distinguish between different metal-to-ligand interaction modes?

The model uses the sensitivity of the stochastic diffusion parameter (DSD) to perturbations in 3D molecular conformation and electronic structure, allowing for the quantitative differentiation of subtle bonding fashions like metal-N bonds versus cation-pi interactions.

Does the book provide support for the proposed model through experimental data?

Yes, the authors provide extensive experimental datasets, chemometric analysis (ANOVA), and correlation studies showing excellent agreement (often r > 0.99) between theoretical models and experimental measurements across multiple chapters and different experimental conditions.

Ende der Leseprobe aus 218 Seiten  - nach oben

Details

Titel
Electrospray Ionization and Collision Induced Dissociation Mass Spectrometric Quantitative Conjunctions with the Experimental Intensity of the Analyte Ions of Metal-Organics- Stochastic Dynamics
Hochschule
Technische Universität Dortmund  (Institute of Environmental Research, Department of Analytical Chemistry)
Autoren
Prof. Dr. Bojidarka Ivanova (Autor:in), Michael Spiteller (Autor:in)
Erscheinungsjahr
2019
Seiten
218
Katalognummer
V458723
ISBN (eBook)
9783668918542
ISBN (Buch)
9783668918559
Sprache
Englisch
Schlagworte
Mass spectrometry quantification stochastic dynamics metal-organics
Produktsicherheit
GRIN Publishing GmbH
Arbeit zitieren
Prof. Dr. Bojidarka Ivanova (Autor:in), Michael Spiteller (Autor:in), 2019, Electrospray Ionization and Collision Induced Dissociation Mass Spectrometric Quantitative Conjunctions with the Experimental Intensity of the Analyte Ions of Metal-Organics- Stochastic Dynamics, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/458723
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