Тысячи-1 / !_Мои 1000_! / Mass spectrometry. Part 2 / Part II (перевод)

Массовый отбор

Масс-анализаторы разделяют ионы в соответствии с отношением массы к заряду. Следующие два закона регулируют динамику заряженных частиц в электрических и магнитных полях в вакууме:

;

Здесь F является силой, приложенной к иону, m – масса иона, a – ускорение, Q – заряд иона, Е – электрическое поле и v x B – векторное произведение скорости иона и магнитного поля.

Приравнивая полученные выражения для силы, приложенной к иону, получаем:

Это дифференциальное уравнение является классическим уравнением движения заряженных частиц. Вместе с начальными условиями частицы, оно полностью определяет движение частицы в пространстве и времени в единицах m / Q. Таким образом, масс-спектрометры могут рассматриваться как спектрометры типа "массы к заряду". При представлении данных, обычно используют безразмерное m/z, где z – число элементарных зарядов (e) на ионе (z = Q / e). Эта величина, хотя и неофициально называется отношением массы к заряду, говоря точнее представляет собой отношение массового числа к зарядовому числу z.

Существует много типов масс-анализаторов, использующих статические или динамические поля и магнитные или электрические поля. Каждый тип анализаторов имеет свои сильные и слабые стороны. Многие масс-спектрометры используют два или более анализаторов для тандемной масс-спектрометрии. В дополнение к наиболее распространённым масс-анализаторам, перечисленным ниже, есть другие, разработанные для специальных случаев.

Есть несколько важных характеристик анализаторов. Массовая разрешающая способность есть мера способности различать два пика несколько отличающихся m/z. Массовая точность – отношение погрешность измерения m/z к истинному значению. Обычно измеряется в промилле или милли единицах массы. Массовый диапазон – диапазон значений m/z, поддающихся анализу данным анализатором. Линейный динамический диапазон – диапазон, в котором ионный сигнал линейно зависит от концентрации анализируемого вещества. Скорость имеет отношение к временным рамкам эксперимента и, в конечном счете, используется для определения числа спектров в единицу времени, которые могут быть получены.

Секторные устройства

В секторном полевом масс-анализаторе используется электрическое и/или магнитное поле, чтобы повлиять на путь и/или скорость заряженных частиц в некотором роде. Как показано выше, секторные устройства искривляют траектории ионов, когда те проходят через масс-анализатор, в соответствии с их отношением массы к заряду, отклоняя более заряженных и быстрее движущихся, и более лёгких ионов. Анализатор может быть использован для выбора узкого диапазона m/z или сканирования диапазона m/z в список представленных ионов.

Время-пролётный масс анализатор

Он использует электрическое поле для ускорения ионов через тот же потенциал, а затем измеряет время, за которое они достигают датчика. Если частицы имеют одинаковый заряд, кинетические энергии будут одинаковыми, а их скорости будут зависеть только от массы. Более лёгкие ионы достигают детектора в первую очередь.

Квадрупольный масс-фильтр

Квадрупольные анализаторы используют колеблющиеся электрические поля для выборочной стабилизации или дестабилизации путей ионов, проходящих через квадрупольное поле радиочастоты, созданного между 4 параллельными стержнями. Только ионы в определенном диапазоне масса / заряд проходят через систему в любое время, но изменения потенциалов на стержнях позволяют широкому диапазону m/z значений для прокатилась быстро, либо непрерывно, либо в последовательности дискретных прыжков. Квадрупольный масс-анализатор выступает в качестве массоселективного фильтра и тесно связан с квадрупольной ионной ловушкой, в частности, с линейной квадрупольной ионной ловушкой, за исключением того, что она предназначена для передачи пролётных ионов, а не собирания запертых, и по этой причине упомянутого как передача квадрупольного. Распространённым видоизменением квадруполя является тройной квадруполь. Такие масс-спектрометры имеют три последовательных квадруполя, расположенных последовательно с входящими ионами. Первый квадруполь действует как фильтр масс. Второй – как камера столкновений, в которой выделенные ионы разбиваются на фрагменты. Полученные фрагменты могут быть снова отфильтрованы третьим квадруполем или направлены через датчик, выдавая рисунок фрагментации.

Ионные ловушки

Трёхразмерная квадрупольная ловушка

Квадрупольная ионная ловушка работает на тех же физических принципах, что и квадрупольный масс-анализатор, но ионы захватываются и последова­тельно выбрасываются. Захват происходит в основном квадрупольным полем радио­частоты в пространство, определённое кольцевым электродом между двумя торцевыми электродами. Образец ионизуется изнутри (например, пучком электронов или лазером), либо внешне, и в этом случае ионы часто вводятся через отверстие в торцевом электроде.

Есть множество методов по разделению и изоляции на основе массы/заряда, но наиболее часто используется режим массовой неустойчивости, при котором РЧ потенциал увеличивается таким образом, что орбита ионов с массой a>b являются устойчивыми, а ионов с массой b становятся неустойчивыми и выбрасываются по оси Z на датчик. Есть также неразрушающие методы анализа.

Ионы могут быть выброшены также методом резонансного возбуждения, при котором дополнительное колебательное напряжение возбуждения приклады­вается к торцевым электродам, и амплитуда удерживающего напряжения и/или частоты напряжения возбуждения изменяется для того, чтобы привести ионы в резонанс в соответствии с отношением массы к заряду.

Линейная квадрупольная ловушка

Эта ловушка похожа на квадрупольную ионную ловушку, однако захватывает ионы в двумерном квадрупольном поле, вместо трехмерного квадрупольного поля в 3D квадрупольной ионной ловушке.

Тороидальную ловушку ионов можно представить в виде линейного квадруполя, изогнутого кругом и соединённого на концах, или как сечение 3D ионной ловушки, повёрнутой на краю для образования тороида, по форме пончика. Ловушка может удерживать большие объёмы ионов путём распределения их по всей кольцевой ловушке структуры. Эта тороидальной формы ловушка позволяет дополнительно уменьшить размеры ионной ловушки масс-анализатора. Кроме того, все ионы находятся в том же задерживающем поле и выбрасываются вместе, упрощая обнаружение, которое может быть осложнено массивом конфигураций из-за различий в согласовании датчика и обработке массивов.

3