Massaspektrometria
Ionisaattorit > ESI

ESI tai ES (eng. electrospray ionization) on MALDI:n ohella hyvin yleinen ionisaatiomenetelmä, jossa näyte sumutetaan ioneiksi jatkuvalla syötöllä sähkövirran avulla. Syntyvät ionit ovat monivarauksellisia, toisin kuin pulssimaisessa MALDI:ssa. ESI:n mittaustarkkuuteen vaikuttavat heikentävästi näytteen epäpuhtaudet enemmän kuin MALDI:ssa tai sen muunnelmissa.
ESI:n putkimainen suutin on varattu kyllin suurella jännitteellä, jotta siihen saadaan nesteen pintajännityksen avustamana muodostamaan Taylorin kartio, joka mahdollistaa pisaroiden muodostumisen. Jännitteen olleessa suurempi kuin nesteen pintajännitys saadaan suutin ryöpyttämään sopivan pieniä ioneita sisältäviä pisaroita. Ilman jännitettä pisaroita ei muodostu. Toinen elektrodi on vastapäätä putkisuutinta. ESI on siten sähkökemiallinen virtapiiri, jossa virtaa välittävät positiiviset tai negatiiviset ionit. Tämän vuoksi ESI:n havaitsemisherkkyys ei ole riippuvainen siihen syötetyn näytteen tilavuudesta, vaan pelkästään näytteen ionien pitoisuudesta. Pitoisuuden tulee olla sopiva ja tätä voidaan lisätä elektrolyyttien avulla. Liian suurta pitoisuutta tulee kuitenkin välttää ja usein käytännössä näytteestä joudutaan poistamaan elektrolyyttejä esimerkiksi kromatografian avulla ennen ESI:ä.
Ioneita sisältävät liuotinpisarat etenevät elektrodia kohti yleensä liuottimesta erillisen kaasuvirran (eng. nebulizer gas) avustamana. ESI:ssä suihkua vastaan tuleva kuuma kuivauskaasu haihduttaa niistä liuotinta. Kukin pisara räjähtää pienemmiksi osiksi se ylittää Rayleighin rajan eli kun pisaran sisäinen varaus ylittää pisaran pintajännityksen energian. Sisäinen varaus johtuu ioneista ja kunkin pisaran varaus kasvaa liuottimen haihtuessa, kun ionien pitoisuus pisaroissa kasvaa. Pisarat räjähtävät pienemmiksi pisaroiksi vapauttaen samalla ioneita. Pisarat jatkavat toistuvaa räjähtelyä suihkun edetessä, kunnes pisarat ovat olemattoman pieniä. Ketjumaisen hajoamisen takia pisaroiden sanotaan hajotessaan fissioituvan. Jotkin ionit neutraloituvat reiällisellä elektrodilla, mutta osa jatkaa matkaa massa-analysaattorille suihkuna elektrodin reiän kautta.
Ionien fissioitumiselle on kolme mallia: IEM (ion evaporation model), CRM (charge residue model) ja uusin CEM (chain-ejection model). Pienille ioneille pätevässä IEM:ssä ioneita poistuu (desorptoituu) suoraan pisaran pinnalta. Suurille ioneille, kuten proteiineille pätevässä CRM-mallissa ionit eivät poistu pisarasta, vaan liuotinta haihtuu pois pisarasta, kunnes saavutetaan pelkkiä kaasufaasin ioneita. Vuonna 2013 ehdotetussa CEM-mallissa suuret laskostumattomat polymeerit voivat osittain poistua pisaran pinnalta ja lopulta kokonaan.
ESI tuottaa monivarauksellisia ioneita. Varausten määrä on yleensä suhteellinen näytemolekyylien pinta-alaan ja siten mitä suurempia molekyylit ovat, sitä suurempi on niiden varaus. Koska m/z-arvo pienenee varauksen kasvaessa (z on ionin varaus), mahdollistavat ESI:n tuottamat monivaraukset suurten ionien tutkimisen massa-analysaattoreilla, joilla muille menetelmille liian on pieni nominaalisen massan raja. Nämä analysaattorit eivät siis kykene erottamaan kovin suuren m/z ioneita. Monivarauksen arvo tulee kuitenkin tuntea massan selvittämiseksi ja tämä hieman hankaloittaa ESI:n käyttöä. Siksi ionien massojen selvittämiseen käytetään kehittyneitä tietokonealgoritmeja. Lisäksi saatu spektri usein dekonvoloidaan, jossa muutetaan m/z-arvot massoiksi matemaattisesti spektrin tulkinnan helpottamiseksi. Dekonvolaatiossa tieto varaustilojen jakaumasta hävitetään ja saadaan tilalle spektri, jossa näkyvät vain nollavaraukset eli x-akselille saadaan massat m/z-arvojen sijaan.
Yksi ESI:n muunnelmista on DESI (eng. desorption electrospray ionization).