Mass Spectrometric Sampling of a Liquid Surface by Nanoliter Droplet Generation from Bursting Bubbles and Focused Acoustic Pulses: Application to Studies of Interfacial Chemistry

Analytical Chemistry

Volumn 87, Issue 6, 2015, Pages 3336-3344

  Thomas, Daniel A ^a   Wang, Lingtao ^b   Goh, Byoungsook ^a,c   Kim, Eun Sok ^b   Beauchamp, J L ^a  

^a CALIFORNIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY   (United States)

^b Department of Electrical Engineering Electrophysics University of Southern California ^*  (United States)

^c Gwangju Institute of Science and Technology (GIST)   (South Korea)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ACOUSTICS; ATMOSPHERIC AEROSOLS; ATMOSPHERIC CHEMISTRY; CHEMICAL ANALYSIS; DROPS; ELECTROSPRAY IONIZATION; GASES; IONIZATION; IONIZATION OF GASES; IONIZATION OF LIQUIDS; LIQUIDS; MASS SPECTROMETERS; MASS SPECTROMETRY; SPECTROMETRY;

CHARGE MEASUREMENTS; COMPLEX CHEMISTRY; DROPLET GENERATION; EXPERIMENTAL METHODOLOGY; HETEROGENEOUS CHEMISTRY; LIQUID WATER SURFACE; SONIC SPRAY IONIZATIONS; WATER/AIR INTERFACE;

PHASE INTERFACES;

OZONE;

ACOUSTICS; CHEMISTRY; DEVICES; MASS SPECTROMETRY; OXIDATION REDUCTION REACTION; SURFACE PROPERTY; TRANSDUCER;

ACOUSTICS; MASS SPECTROMETRY; OXIDATION-REDUCTION; OZONE; SURFACE PROPERTIES; TRANSDUCERS;

EID: 84925002894     PISSN: 00032700     EISSN: 15206882     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ac504494t     Document Type: Article

References (125)

1. Knipping, E. M.; Lakin, M. J.; Foster, K. L.; Jungwirth, P.; Tobias, D. J.; Gerber, R. B.; Dabdub, D.; Finlayson-Pitts, B. J. Science 2000, 288, 301-306
2. Laskin, A.; Gaspar, D. J.; Wang, W.; Hunt, S. W.; Cowin, J. P.; Colson, S. D.; Finlayson-Pitts, B. J. Science 2003, 301, 340-344
3. Kim, H. I.; Kim, H.; Shin, Y. S.; Beegle, L. W.; Jang, S. S.; Neidholdt, E. L.; Goddard, W. A.; Heath, J. R.; Kanik, I.; Beauchamp, J. L. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 2254-2263
4. George, I. J.; Abbatt, J. P. D. Nat. Chem. 2010, 2, 713-722
5. Donaldson, D. J.; George, C. Environ. Sci. Technol. 2012, 46, 10385-10389
6. Saykally, R. J. Nat. Chem. 2013, 5, 82-84
7. Lambert, A. G.; Davies, P. B.; Neivandt, D. J. Appl. Spectrosc. Rev. 2005, 40, 103-145
8. Moad, A. J.; Simpson, G. J. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 3548-3562
9. Tobias, D. J.; Stern, A. C.; Baer, M. D.; Levin, Y.; Mundy, C. J. Annu. Rev. Phys. Chem. 2013, 64, 339-359
10. Jungwirth, P.; Tobias, D. J. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 6361-6373
11. Skinner, J. L.; Pieniazek, P. A.; Gruenbaum, S. M. Acc. Chem. Res. 2011, 45, 93-100
12. Jungwirth, P.; Tobias, D. J. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 10468-10472
13. Jungwirth, P.; Tobias, D. J. Chem. Rev. 2005, 106, 1259-1281
14. Shen, Y. R.; Ostroverkhov, V. Chem. Rev. 2006, 106, 1140-1154
15. Nihonyanagi, S.; Mondal, J. A.; Yamaguchi, S.; Tahara, T. Annu. Rev. Phys. Chem. 2013, 64, 579-603
16. Jungwirth, P.; Winter, B. Annu. Rev. Phys. Chem. 2008, 59, 343-366
17. Geissler, P. L. Annu. Rev. Phys. Chem. 2013, 64, 317-337
18. Onorato, R. M.; Otten, D. E.; Saykally, R. J. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 13746-13751
19. Baldelli, S.; Schnitzer, C.; Simonelli, D. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 5313-5324
20. Jubb, A. M.; Hua, W.; Allen, H. C. Acc. Chem. Res. 2011, 45, 110-119
21. Richmond, G. L. Chem. Rev. 2002, 102, 2693-2724
22. Ji, N.; Ostroverkhov, V.; Chen, C.-Y.; Shen, Y.-R. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 10056-10057
23. Weber, R.; Winter, B.; Schmidt, P. M.; Widdra, W.; Hertel, I. V.; Dittmar, M.; Faubel, M. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 4729-4736
24. Winter, B.; Weber, R.; Hertel, I. V.; Faubel, M.; Vrbka, L.; Jungwirth, P. Chem. Phys. Lett. 2005, 410, 222-227
25. Buchner, F.; Lubcke, A.; Heine, N.; Schultz, T. Rev. Sci. Instrum. 2010, 81, 113107-113106
26. Ghosal, S.; Brown, M. A.; Bluhm, H.; Krisch, M. J.; Salmeron, M.; Jungwirth, P.; Hemminger, J. C. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 12378-12384
27. Thomas, R. K. Annu. Rev. Phys. Chem. 2004, 55, 391-426
28. Pignat, J.; Daillant, J.; Leiserowitz, L.; Perrot, F. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 22178-22184
29. Strzalka, J.; Chen, X.; Moser, C. C.; Dutton, P. L.; Ocko, B. M.; Blasie, J. K. Langmuir 2000, 16, 10404-10418
30. Kisko, K.; Szilvay, G. R.; Vuorimaa, E.; Lemmetyinen, H.; Linder, M. B.; Torkkeli, M.; Serimaa, R. Langmuir 2008, 25, 1612-1619
31. Peikert, M.; Chen, X.; Chi, L.; Brezesinski, G.; Janich, S.; Würthwein, E.-U.; Schäfer, H. J. Langmuir 2014, 30, 5780-5789
32. Van Loon, L. L.; Allen, H. C. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 7873-7880
33. Voss, L. F.; Bazerbashi, M. F.; Beekman, C. P.; Hadad, C. M.; Allen, H. C. J. Geophys. Res.: Atmos. 2007, 112, D06209
34. Tarbuck, T. L.; Richmond, G. L. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16806-16807
35. Tarbuck, T. L.; Richmond, G. L. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3256-3267
36. Baer, M.; Mundy, C. J.; Chang, T.-M.; Tao, F.-M.; Dang, L. X. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 7245-7249
37. Davidovits, P.; Kolb, C. E.; Williams, L. R.; Jayne, J. T.; Worsnop, D. R. Chem. Rev. 2011, 111 (4) PR76-109
38. Jayne, J. T.; Davidovits, P.; Worsnop, D. R.; Zahniser, M. S.; Kolb, C. E. J. Phys. Chem. 1990, 94, 6041-6048
39. Mmereki, B. T.; Donaldson, D. J.; Gilman, J. B.; Eliason, T. L.; Vaida, V. Atmos. Environ. 2004, 38, 6091-6103
40. Clifford, D.; Donaldson, D. J. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 9809-9814
41. Clifford, D.; Bartels-Rausch, T.; Donaldson, D. J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 1362-1369
42. Hearn, J. D.; Smith, G. D. Anal. Chem. 2004, 76, 2820-2826
43. Zhao, Z.; Husainy, S.; Smith, G. D. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 12161-12172
44. Zhao, Z.; Husainy, S.; Stoudemayer, C. T.; Smith, G. D. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 17809-17817
45. Ault, A. P.; Zhao, D.; Ebben, C. J.; Tauber, M. J.; Geiger, F. M.; Prather, K. A.; Grassian, V. H. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 6206-6214
46. Hirabayashi, A.; Sakairi, M.; Koizumi, H. Anal. Chem. 1995, 67, 2878-2882
47. Enami, S.; Hoffmann, M. R.; Colussi, A. J. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 7002-7010
48. Enami, S.; Vecitis, C. D.; Cheng, J.; Hoffmann, M. R.; Colussi, A. J. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 13032-13037
49. Enami, S.; Hoffmann, M. R.; Colussi, A. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 7365-7369
50. Hayase, S.; Yabushita, A.; Kawasaki, M.; Enami, S.; Hoffmann, M. R.; Colussi, A. J. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 4935-4940
51. Kinugawa, T.; Enami, S.; Yabushita, A.; Kawasaki, M.; Hoffmann, M. R.; Colussi, A. J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13 (11) 5144-5149
52. Enami, S.; Vecitis, C. D.; Cheng, J.; Hoffmann, M. R.; Colussi, A. J. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 8749-8752
53. Jorabchi, K.; Westphall, M. S.; Smith, L. M. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2008, 19, 833-840
54. Westphall, M. S.; Jorabchi, K.; Smith, L. M. Anal. Chem. 2008, 80, 5847-5853
55. Jorabchi, K.; Smith, L. M. Anal. Chem. 2009, 81, 9682-9688
56. Stindt, A.; Albrecht, M.; Panne, U.; Riedel, J. Anal. Bioanal. Chem. 2013, 405, 7005-7010
57. Grimm, R. L.; Hodyss, R.; Beauchamp, J. L. Anal. Chem. 2006, 78, 3800-3806
58. Grimm, R. L.; Beauchamp, J. L. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 14161-14163
59. Grimm, R. L.; Beauchamp, J. L. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 8244-8250
60. Kim, H. I.; Kim, H.; Shin, Y. S.; Beegle, L. W.; Goddard, W. A.; Heath, J. R.; Kanik, I.; Beauchamp, J. L. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 9496-9503
61. Ko, J.; Choi, S.; Rhee, Y.; Beauchamp, J.; Kim, H. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2012, 23, 141-152
62. Iribarne, J. V.; Mason, B. J. Trans. Faraday. Soc. 1967, 63, 2234-2245
63. Knelman, F.; Dombrowski, N.; Newitt, D. M. Nature 1954, 173, 261-261
64. Mason, B. J. Nature 1954, 174, 470-471
65. Rossodivita, A.; Andreussi, P. J. Geophys. Res.: Oceans 1999, 104, 30059-30066
66. Spiel, D. E. J. Geophys. Res.: Oceans 1994, 99, 10289-10296
67. Lee, J. S.; Weon, B. M.; Park, S. J.; Je, J. H.; Fezzaa, K.; Lee, W.-K. Nat. Commun. 2011, 2, 367
68. Lugli, F.; Zerbetto, F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 2447-2456
69. Duchemin, L.; Popinet, S.; Josserand, C.; Zaleski, S. Phys. Fluids 2002, 14, 3000-3008
70. Garcia-Briones, M. A.; Brodkey, R. S.; Chalmers, J. J. Chem. Eng. Sci. 1994, 49, 2301-2320
71. Sakai, M.; Tanaka, A.; Egawa, H.; Sugihara, G. J. Colloid Interface Sci. 1988, 125, 428-436
72. Ehrenhauser, F. S.; Avij, P.; Shu, X.; Dugas, V.; Woodson, I.; Liyana-Arachchi, T.; Zhang, Z.; Hung, F. R.; Valsaraj, K. T. Environ. Sci.: Processes Impacts 2014, 16, 65-73
73. Liyana-Arachchi, T. P.; Zhang, Z.; Ehrenhauser, F. S.; Avij, P.; Valsaraj, K. T.; Hung, F. R. Environ. Sci.: Processes Impacts 2014, 16, 53-64
74. Liger-Belair, G.; Polidori, G.; Jeandet, P. Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 2490-2511
75. Quinn, P. K.; Bates, T. S.; Schulz, K. S.; Coffman, D. J.; Frossard, A. A.; Russell, L. M.; Keene, W. C.; Kieber, D. J. Nat. Geosci. 2014, 7, 228-232
76. Russell, L. M.; Hawkins, L. N.; Frossard, A. A.; Quinn, P. K.; Bates, T. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010, 107, 6652-6657
77. Spiel, D. E. J. Geophys. Res.: Oceans 1998, 103, 24907-24918
78. Boultonstone, J. M.; Blake, J. R. J. Fluid. Mech. 1993, 254, 437-466
79. Bhattacharyya, I.; Maze, J. T.; Ewing, G. E.; Jarrold, M. F. J. Phys. Chem. A 2010, 115, 5723-5728
80. Blanchard, D. C. J. Meteorol. 1958, 15, 383-396
81. MacIntyre, F. J. Geophys. Res. 1972, 77, 5211-5228
82. Dulieu, B.; Aymami, J.; Hamaide, G. Oceanol. Acta 1984, 7, 175-179
83. Elrod, S. A.; Hadimioglu, B.; Khuri-Yakub, B. T.; Rawson, E. G.; Richley, E.; Quate, C. F.; Mansour, N. N.; Lundgren, T. S. J. Appl. Phys. 1989, 65, 3441-3447
84. Ellson, R.; Mutz, M.; Browning, B.; Lee, L.; Miller, M. F.; Papen, R. JALA 2003, 8, 29-34
85. Huang, D.; Kim, E. S. J. Microelectromech. Syst. 2001, 10, 442-449
86. Lee, C.-Y.; Yu, H.; Kim, E. S. Appl. Phys. Lett. 2006, 89 No. 223902
87. Yamada, K.; Shimizu, H. J. Acoust. Soc. Jpn. 1991, 12, 123-129
88. Wang, L.; Choe, Y.; Kim, E. S. Presented at the 2011 IEEE 24th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), Cancun, Mexico, 2011.
89. Lee, C.-Y.; Pang, W.; Yu, H.; Kim, E. S. Appl. Phys. Lett. 2008, 93 No. 034104
90. Kebarle, P.; Verkerk, U. H. Mass Spec. Rev. 2009, 28, 898-917
91. Banic, C. M.; Iribarne, J. V. J. Chem. Phys. 1985, 83, 6432-6448
92. Keesee, R. G.; Castleman, A. W., Jr. Chem. Phys. Lett. 1980, 74, 139-142
93. Hiraoka, K.; Mizuse, S.; Yamabe, S. J. Phys. Chem. 1988, 92, 3943-3952
94. Schlosser, G.; Takáts, Z.; Vékey, K. J. Mass Spectrom. 2003, 38, 1245-1251
95. Wang, G.; Cole, R. B. Anal. Chim. Acta 2000, 406, 53-65
96. Tang, L.; Kebarle, P. Anal. Chem. 1993, 65, 3654-3668
97. Smith, J. N.; Flagan, R. C.; Beauchamp, J. L. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 9957-9967
98. Duft, D.; Lebius, H.; Huber, B. A.; Guet, C.; Leisner, T. Phys. Rev. Lett. 2002, 89 No. 084503
99. Duft, D.; Achtzehn, T.; Muller, R.; Huber, B. A.; Leisner, T. Nature 2003, 421, 128-128
100. Dodd, E. E. J. Appl. Phys. 1953, 24, 73-80
101. Takats, Z.; Nanita, S. C.; Cooks, R. G.; Schlosser, G.; Vekey, K. Anal. Chem. 2003, 75, 1514-1523
102. Zilch, L. W.; Maze, J. T.; Smith, J. W.; Ewing, G. E.; Jarrold, M. F. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 13352-13363
103. Rayleigh, L. Philos. Mag. (1798-1977) 1882, 14, 184-186
104. Grimm, R. L.; Beauchamp, J. L. Anal. Chem. 2002, 74, 6291-6297
105. Krzeczkowski, S. A. Int. J. Multiphase Flow 1980, 6, 227-239
106. Wierzba, A. Exp. Fluids 1990, 9, 59-64
107. Blakley, C. R.; Vestal, M. L. Anal. Chem. 1983, 55, 750-754
108. Blakley, C. R.; Carmody, J. J.; Vestal, M. L. Anal. Chem. 1980, 52, 1636-1641
109. Vestal, M. L. Int. J. Mass Spectrom. Ion Phys. 1983, 46, 193-196
110. Katta, V.; Rockwood, A. L.; Vestal, M. L. Int. J. Mass Spectrom. Ion Processes 1991, 103, 129-148
111. Pagnotti, V. S.; Inutan, E. D.; Marshall, D. D.; McEwen, C. N.; Trimpin, S. Anal. Chem. 2011, 83, 7591-7594
112. Pagnotti, V. S.; Chubatyi, N. D.; McEwen, C. N. Anal. Chem. 2011, 83, 3981-3985
113. Haddad, R.; Sparrapan, R.; Eberlin, M. N. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2006, 20, 2901-2905
114. Chen, T.-Y.; Lin, J.-Y.; Chen, J.-Y.; Chen, Y.-C. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2010, 21, 1547-1553
115. Harris, G. A.; Galhena, A. S.; Fernández, F. M. Anal. Chem. 2011, 83, 4508-4538
116. Katrib, Y.; Martin, S. T.; Hung, H.-M.; Rudich, Y.; Zhang, H.; Slowik, J. G.; Davidovits, P.; Jayne, J. T.; Worsnop, D. R. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 6686-6695
117. Ziemann, P. J. Faraday Discuss. 2005, 130, 469-490
118. Hung, H.-M.; Katrib, Y.; Martin, S. T. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 4517-4530
119. Zahardis, J.; Petrucci, G. A. Atmos. Chem. Phys. 2007, 7, 1237-1274
120. Jubb, A. M.; Hua, W.; Allen, H. C. Annu. Rev. Phys. Chem. 2012, 63, 107-130
121. George, I. J.; Slowik, J.; Abbatt, J. P. D. Geophys. Res. Lett. 2008, 35 No. L13811
122. Roeselová, M.; Vieceli, J.; Dang, L. X.; Garrett, B. C.; Tobias, D. J. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 16308-16309
123. Eckhardt, C. J.; Peachey, N. M.; Swanson, D. R.; Takacs, J. M.; Khan, M. A.; Gong, X.; Kim, J. H.; Wang, J.; Uphaus, R. A. Nature 1993, 362, 614-616
124. Viswanathan, R.; Zasadzinski, J. A.; Schwartz, D. K. Nature 1994, 368, 440-443
125. Hu, Y.; Lee, K. Y. C.; Israelachvili, J. Langmuir 2002, 19, 100-104