Kвадрупольная ионная ловушка
Квадрупольная ионная ловушка существует в линейном (английская аббревиатура LIT) и трехмерном исполнении (английская аббревиатура QIT). LIT первоначально разработана физиками, которые были заинтересованы в увеличении времени наблюдения в спектроскопических исследованиях элементарных частиц. Линейная ионная ловушка отличается от трёхмерной тем, что она запирает ионы вдоль оси квадрупольного анализатора масс, используя двумерное радиочастотное поле с потенциалами, приложенными к концевым электродам. Основное преимущество линейной ловушки перед ее трехмерным аналогом – больший объём анализатора, который значительно увеличивает динамический диапазон и расширяет область количественного анализа.
Рис. 8.5. Продольное сечение квадрупольной ионной ловушки. Ионы образуются вследствие радиальной инжекции электронов из отверстия в кольцевом электроде или с помощью аксиальной инжекции из наконечника. При данных значениях m/z ионы удерживаются на постоянных орбитах, если правильно подобраны амплитуды и частоты потенциалов, приложенных между наконечником и кольцом
В основе QIT лежит тот же принцип, что и квадрупольном масс-фильтре, за тем исключением, что квадрупольное поле здесь генерируется в трехмерном устройстве, состоящем из кольцевого электрода и двух электродов-наконечников, как показано на рисунке 8.5. Кольцевой электрод представляет собой однополостный гиперболоид. Такой электрод похож на тор, а сечение кольца представляет собой гиперболоид. Ионы, образованные в ловушке или во внешнем источнике, остаются в ней же. По мере повышения величины переменного напряжения траектории ионов с различными значениями m/z постепенно становятся нестабильными. Прошедшие через ловушку ионы детектируются электронным умножителем. В этом состоит отличие принципа действия ионной ловушки от квадрупольного фильтра, где детектируются ионы со стабильными траекториями.
Масс-спектрометрия с фурье-преобразованием
В большинстве масс-спектрометров ионы детектируются благодаря электрическому току, который они вызывают при столкновении с поверхностью устройства, такого как электронный умножитель. Такой метод называется деструктивным. Хотя такой подход широко применяется и обладает высокой чувствительностью, его недостатком является разрушение детектируемых ионов. Другими словами, сигнал иона может быть измерен только один раз. Метод детектирования в масс-спектроскопии с фурье-преобразованием работает по другому принципу: сильное магнитное поле захватывает ионы внутри ячейки анализатора, а электрические сигналы, образуемые за счет циклотронного движения ионов, детектируются парой электродов, подсоединенных к усилителю с большим внутренним сопротивлением (импедансом) (рис. 8.8).
Рис. 8.8. a) Общая схема движения возбужденных ионов в ICR-FT ячейке. б) Полученный временной сигнал в результате фурье-преобразования трансформируется в частотный сигнал, из которого получают масс-спектр
Данный метод детектирования позволяет «чувствовать» число ионов, не удаляя их из ячейки анализатора и не уничтожая их (недеструктивный метод). Сигнал от одного и того же иона может быть измерен много раз. Ионы дрейфуют из ионного источника в резонансную полость под действием постоянного магнитного B и электрического E полей, направленных перпендикулярно друг к другу. В результате ионы движутся по циклоиде, являющейся результатом сложения двух траекторий: равномерного прямолинейного движения и движения по окружности с циклотронной частотой (рис. 8.6).
FT-МS дает возможность детектировать сигнал от нескольких тысяч ионов, который содержит полную информацию о частотах и относительном содержании всех ионов, захваченных в ячейке. Поскольку частота может быть измерена с высокой точностью, то массу иона можно определить с относительной погрешностью до одной миллиардной или еще точнее. Надо отметить, что разрешение в ICR-МS с фурье-преобразованием зависит от массы, поэтому с увеличением массы оно падает.
Чувствительность ICR-МS-FT настолько высока, что данный метод с успехом применяется для исследования одиночных макроионов, несущих множественный заряд.