Jump to content

Спектрометрия ионной подвижности – масс-спектрометрия

Рабочий процесс спектрометрии масс-спектрометрии ионной подвижности (IM-MS)

Спектрометрия ионной подвижности–масс-спектрометрия ( IMS-MS ) — это метод аналитической химии , который разделяет ионы газовой фазы на основе их взаимодействия с газом столкновения и их масс. На первом этапе ионы разделяются в соответствии с их подвижностью через буферный газ в миллисекундном масштабе времени с использованием спектрометра ионной подвижности . Отделенные ионы затем вводятся в масс-анализатор на втором этапе, где их соотношение массы к заряду может быть определено в микросекундном масштабе времени. [ 1 ] Эффективное разделение аналитов, достигаемое с помощью этого метода, делает его широко применимым при анализе сложных образцов, например, в протеомике и метаболомике.

Эрла В. МакДэниела называют отцом масс-спектрометрии ионной подвижности. [ 1 ] В начале 1960-х годов он соединил ячейку дрейфа подвижности ионов в слабом поле с секторным масс-спектрометром. [ 2 ]

Комбинация времяпролетной масс-спектрометрии и спектрометрии ионной подвижности была впервые использована в 1963 году в Bell Labs . В 1963 году McAfee и Edelson опубликовали комбинацию IMS-TOF. В 1967 году Макнайт, Макафи и Сиплер опубликовали комбинацию IMS-TOF. Их инструмент включал ортогональный TOF. [ 3 ] В 1969 году Коэн и др. подала патент на систему IMS-QMS. СМК в то время была усовершенствованием по сравнению с ТОФМС, поскольку в то время ТОФМС имела медленные электронные системы сбора данных. В 1970 году Янг, Эдельсон и Фальконер опубликовали IMS-TOF с ортогональным извлечением. [ 4 ] Похоже, они использовали ту же систему, что и Макнайт и др. в 1967 году с небольшими изменениями. Их работа была позже воспроизведена в знаковой книге Мейсона/МакДэниела, которую специалисты в этой области считают «библией IMS».

В 1996 году Гевремонт и др. представил на конференции ASMS постер о IMS-TOF. В 1997 году Таннер запатентовал квадруполь с осевыми полями, который можно использовать в качестве дрейфовой ячейки для разделения IMS. Он также упоминает комбинацию этих квадруполей с ортогональным TOFMS. В 1998 году Клеммер разработал комбинацию IMS-TOF, используя коаксиальную установку IMS-TOF. [ 5 ] В 1999 году Клеммер разработал IMS-TOF с ортогональной системой TOF. [ 6 ] Эта работа привела к разработке прибора Micromass в Великобритании для измерения квадрупольной подвижности ионов CID-TOFMS и в конечном итоге привела к тому, что корпорация Micromass/Waters в 2006 году разработала первый в мире коммерческий масс-спектрометр для измерения подвижности ионов. называется, включает в себя квадруполь подвижности предионов, позволяющий выбирать ионы-предшественники перед разделением IMS, что еще больше повышает гибкость масс-спектрометрии подвижности ионов. комбинации. В 2013 году компания Agilent Technologies выпустила первый коммерческий масс-спектрометр подвижности ионов с дрейфовой трубкой под названием 6560 с дрейфовой трубкой длиной 80 см. Ионные воронки используются для повышения эффективности передачи ионов. Таким образом, конструкция значительно улучшила чувствительность подвижности ионов и позволила коммерциализировать ее. [ 7 ]

Разновидностью IMS-MS является масс-спектрометрия дифференциальной подвижности ионов (DIMS-MS), в которой ионы газовой фазы разделяются на основе их ионной подвижности в электрических полях различной силы. [ 8 ] Этот аналитический метод в настоящее время продвигается Гэри Глишом и Glish Group. [ 8 ]

Инструментарий

[ редактировать ]

IMS-MS представляет собой комбинацию спектрометра подвижности ионов. [ 9 ] и масс-спектрометр , как обсуждалось профессором Клэр Э. Эйерс и его коллегами в недавнем обзоре. [ 7 ]

Спектрометр дрейфовой подвижности ионов. В IM-MS детектор обычно представляет собой времяпролетный масс-спектрометр.

Введение пробы и ионизация

[ редактировать ]

Первая ступень прибора представляет собой источник ионов, в котором образцы преобразуются в ионы газовой фазы. Многие методы ионизации, аналогичные тем, которые традиционно используются для масс-спектрометрии, использовались для IM-MS в зависимости от физического состояния аналита. [ 9 ] Образцы газовой фазы обычно ионизируются методами радиоактивной ионизации, ионизации коронным разрядом и фотоионизации . Ионизация электрораспылением является распространенным методом ионизации образцов в растворе. [ 1 ] Твердофазные аналиты ионизируются с помощью матричной лазерной десорбционной ионизации (MALDI) для молекул большой массы или лазерной десорбционной ионизации (LDI) для молекул с меньшей массой.

Разделение подвижности ионов

[ редактировать ]

Существуют разные типы спектрометров ионной подвижности и разные типы масс-спектрометров. В принципе можно комбинировать любой тип первого с любым типом второго. Однако в реальном мире разные типы подвижности ионов сочетаются с разными типами масс-спектрометров для достижения разумной чувствительности. Ниже обсуждаются основные типы спектрометров подвижности ионов, которые подключаются к масс-спектрометру для приложений IM-MS.

Спектрометрия ионной подвижности с дрейфовой трубкой (DTIMS)

[ редактировать ]

В DTIMS ионы дрейфуют через трубку, длина которой может варьироваться от 5 см до 300 см, используя градиент электрического поля. Ионы меньшего размера проходят через дрейфовую трубку быстрее, чем ионы с большим сечением столкновения. Таким образом, ионы разделяются в зависимости от времени их дрейфа через трубку. [ 10 ] Для подвижности ионов в дрейфовой трубке не используется высокочастотное напряжение, которое может нагревать ионы, и оно может сохранять структуру ионов. Усредненное по вращению сечение столкновения (CCS), которое является физическим свойством ионов, отражающим форму ионов, может быть точно измерено по подвижности ионов в трубке дрейфа. [ 11 ] Разрешающая способность высокая (разрешение CCS может быть выше 100). Подвижность ионов в дрейфовой трубке широко используется для структурного анализа. Обычно он сочетается с времяпролетным масс-спектрометром (TOF). [ 7 ]

Спектрометрия дифференциальной подвижности (ДМС)

[ редактировать ]

Также известный как полевая спектрометрия подвижности ионов с асимметричной формой волны (FAIMS) или спектрометрия подвижности ионов RF-DC, представляет собой метод, в котором ионы разделяются путем применения высоковольтной асимметричной формы волны на радиочастоте (RF) в сочетании со статическим ( постоянным током) ) форма волны, приложенная между двумя электродами. [ 12 ] [ 13 ] В зависимости от соотношения высокополевой и низкополевой подвижности иона он будет мигрировать в сторону того или иного электрода . Через устройство будут проходить только ионы с определенной подвижностью. Хорошо известно, что сильное радиочастотное поле искажает конформацию ионов, поэтому FAIMS представляет собой метод разделения без сохранения структуры ионов, и CCS ионов не могут быть измерены. [ 14 ] Поскольку FAIMS является масс-селектором (другие ионы исключены), чувствительность в режиме сканирования намного ниже, чем у подвижности ионов в дрейфовой трубке (анализируются все ионы). Поэтому FAIMS обычно сочетается с тройным квадрупольным масс-спектрометром, который также является прибором типа селекции ионов.

Спектрометрия подвижности ионов на бегущей волне (TWIMS)

[ редактировать ]

В TWIMS ионы разделяются по их подвижности посредством бегущей волны в газонаполненной ячейке. Напряжения как радиочастотного (RF), так и постоянного тока (DC) подаются на серию кольцевых электродов, называемых многослойным кольцевым ионопроводом (SRIG), для удержания ионов и создания бегущей волны. [ 7 ] Ионы можно разделить по скорости и величине бегущей волны. Ионы меньшего размера имеют более высокую подвижность в волне из-за меньшего количества столкновений с молекулами газа и покидают клетку быстрее, чем ионы с меньшей подвижностью (более крупные ионы). Подобно DTIMS, значения CCS ионов можно рассчитать с помощью TWIMS, используя калибровку, полученную с использованием известных стандартов. [ 15 ] Коммерческим примером прибора TWIMS-MS является прибор Waters Corp Synapt G2-S.

Массовое разделение

[ редактировать ]

Традиционный прибор IM-MS использует времяпролетный масс-спектрометр (TOF), подключенный к IMS. [ 1 ] TOF-MS имеет множество преимуществ, включая высокую скорость сбора данных и хорошую чувствительность. Поскольку данные масс-спектров собираются в микросекундном масштабе времени, для каждого спектра IMS собираются несколько масс-спектров (полученные в миллисекундном масштабе времени). Квадрупольный масс-спектрометр также был подключен к IMS, хотя и с меньшей скоростью сканирования. Другие масс-спектрометры, включая ионную ловушку, ионно-циклотронный резонанс с преобразованием Фурье (FT-ICR) или масс-спектрометры с магнитным сектором, также были связаны с различными IMS для различных приложений. [ 10 ] Кроме того, гибридные масс-спектрометры были подключены к более чем одной ячейке подвижности ионов для тандемной или IMS. н -РС м приложения. [ 16 ]

Приложения

[ редактировать ]

Метод IM-MS можно использовать для анализа сложных смесей на основе различной подвижности в электрическом поле. Ионную структуру газовой фазы можно изучить с помощью IM-MS путем измерения CCS и сравнения с CCS стандартных образцов или CCS, рассчитанного на основе молекулярного моделирования. Соотношение сигнал/шум, очевидно, улучшается, поскольку шум можно физически разделить с сигналом в IM-MS. Кроме того, изомеры можно разделить, если их форма различна. Пиковая емкость IM-MS намного выше, чем у MS, поэтому можно найти и проанализировать больше соединений. Этот признак очень важен для исследований -омики , которые требуют анализа как можно большего количества соединений за один проход. [ 17 ] Его использовали при обнаружении боевых отравляющих веществ, обнаружении взрывчатых веществ, в протеомике для анализа белков, пептидов, молекул, подобных лекарствам, и наночастиц. [ 18 ] Кроме того, IM-MS можно использовать для мониторинга промежуточных изомерных реакций и исследования их кинетики. [ 19 ] Недавно микромасштабный FAIMS был интегрирован с МС с ионизацией электрораспылением и жидкостной хроматографией МС для быстрого разделения ионов за миллисекунды перед массовым анализом. Использование микромасштабных FAIMS в МС с ионизацией электрораспылением и МС с жидкостной хроматографией может значительно улучшить пиковую емкость и соотношение сигнал/шум для ряда приложений, включая протеомику и фармацевтический анализ. [ 20 ]

В последнее время методы ионной активации в газовой фазе стали использоваться для получения нового понимания сложных структур. Разворачивание, вызванное столкновениями (CIU), — это метод, при котором внутренняя энергия иона увеличивается за счет столкновений с буферным газом перед анализом IM-MS. Разворачивание иона наблюдается через более крупные CCS, и энергия, при которой происходит разворачивание, частично соответствует нековалентным взаимодействиям внутри иона. [ 21 ] Этот метод использовался для дифференциации полиубиквитиновых связей. [ 21 ] и интактные антитела. [ 22 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а б с д Кану А.Б., Двиведи П., Там М., Мац Л., Хилл Х.Х. (январь 2008 г.). «Подвижность ионов-масс-спектрометрия». Журнал масс-спектрометрии . 43 (1): 1–22. Бибкод : 2008JMSp...43....1K . дои : 10.1002/jms.1383 . ПМИД   18200615 .
  2. ^ МакДэниел Э., Мартин Д.В., Барнс В.С. (1962). «Масс-спектрометр с дрейфовой трубкой для исследования низкоэнергетических ионно-молекулярных реакций». Обзор научных инструментов . 33 (1): 2–7. Бибкод : 1962RScI...33....2M . дои : 10.1063/1.1717656 . ISSN   0034-6748 .
  3. ^ Макнайт Л.Г., McAfee KB, Sipler DP (5 декабря 1967 г.). «Скорости низкопольного дрейфа и реакции ионов азота в азоте». Физический обзор . 164 (1): 62–70. Бибкод : 1967PhRv..164...62M . дои : 10.1103/PhysRev.164.62 .
  4. ^ Янг С., Эдельсон Д., Фальконер В.Е. (декабрь 1970 г.). «Кластерные ионы воды: скорости образования и разложения гидратов иона гидроксония». Журнал химической физики . 53 (11): 4295–4302. Бибкод : 1970JChPh..53.4295Y . дои : 10.1063/1.1673936 .
  5. ^ Хендерсон С.К., Валентайн С.Дж., Контрман А.Е., Клеммер Д.Е. (январь 1999 г.). «ESI/ионная ловушка/подвижность ионов/времяпролетная масс-спектрометрия для быстрого и чувствительного анализа биомолекулярных смесей». Аналитическая химия . 71 (2): 291–301. дои : 10.1021/ac9809175 . ПМИД   9949724 .
  6. ^ Хоагланд К.С., Валентайн С.Дж., Спорледер Ч.Р., Рейли Дж.П., Клеммер Д.Э. (июнь 1998 г.). «Трехмерная ионная подвижность/TOFMS-анализ электрораспыленных биомолекул». Аналитическая химия . 70 (11): 2236–2242. дои : 10.1021/ac980059c . ПМИД   9624897 .
  7. ^ Jump up to: а б с д Ланукара Ф., Холман С.В., Грей СиДжей, Эйерс CE (апрель 2014 г.). «Мощность масс-спектрометрии ионной подвижности для структурной характеристики и изучения конформационной динамики». Природная химия . 6 (4): 281–294. Бибкод : 2014НатЧ...6..281Л . дои : 10.1038/nchem.1889 . ПМИД   24651194 .
  8. ^ Jump up to: а б Айзенберг С.Л., Армистед П.М., Глиш Г.Л. (сентябрь 2014 г.). «Оптимизация разделения пептидов методом дифференциальной спектрометрии ионной подвижности» . Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 25 (9): 1592–1599. Бибкод : 2014JASMS..25.1592I . дои : 10.1007/s13361-014-0941-9 . ПМЦ   4458851 . ПМИД   24990303 .
  9. ^ Jump up to: а б Кумерас Р., Фигерас Э., Дэвис С.Э., Баумбах Дж.И., Грасиа I (март 2015 г.). «Обзор спектрометрии ионной подвижности. Часть 1: современное оборудование» . Аналитик . 140 (5): 1376–1390. Бибкод : 2015Ана...140.1376C . дои : 10.1039/C4AN01100G . ПМЦ   4331213 . ПМИД   25465076 .
  10. ^ Jump up to: а б Лапторн С., Пуллен Ф., Чоудри Б.З. (2013). «Спектрометрия ионной подвижности-масс-спектрометрия (IMS-MS) малых молекул: разделение и определение структур ионов» (PDF) . Обзоры масс-спектрометрии . 32 (1): 43–71. Бибкод : 2013MSRv...32...43L . дои : 10.1002/mas.21349 . ПМИД   22941854 .
  11. ^ Габелика В., Шварцбург А.А., Афонсо С., Барран П., Бенеш Дж.Л., Блейхолдер С. и др. (май 2019 г.). «Рекомендации по составлению отчетов об измерениях масс-спектрометрии подвижности ионов» . Обзоры масс-спектрометрии . 38 (3): 291–320. Бибкод : 2019MSRv...38..291G . дои : 10.1002/mas.21585 . ПМК   6618043 . ПМИД   30707468 .
  12. ^ Гевремонт Р. (ноябрь 2004 г.). «Спектрометрия подвижности ионов с асимметричной формой волны в сильном поле: новый инструмент для масс-спектрометрии». Журнал хроматографии А. 1058 (1–2): 3–19. дои : 10.1016/S0021-9673(04)01478-5 . ПМИД   15595648 .
  13. ^ Колаковский Б.М., Местер З. (сентябрь 2007 г.). «Обзор применения спектрометрии подвижности ионов с асимметричной формой волны в сильном поле (FAIMS) и спектрометрии дифференциальной подвижности (DMS)». Аналитик . 132 (9): 842–864. Бибкод : 2007Ана...132..842К . дои : 10.1039/b706039d . ПМИД   17710259 .
  14. ^ Шварцбург А.А., Ли Ф., Тан К., Смит Р.Д. (февраль 2007 г.). «Искажение ионных структур с помощью спектрометрии подвижности ионов с асимметричной формой поля». Аналитическая химия . 79 (4): 1523–1528. дои : 10.1021/ac061306c . ПМИД   17297950 .
  15. ^ Мэй Дж.С., Маклин Дж.А. (февраль 2015 г.). «Масс-спектрометрия подвижности ионов: приборы с дисперсией во времени» . Аналитическая химия . 87 (3): 1422–1436. дои : 10.1021/ac504720m . ПМК   4318620 . ПМИД   25526595 .
  16. ^ Климан М., Мэй Дж.К., Маклин Дж.А. (ноябрь 2011 г.). «Анализ липидов и липидомика методом структурно-селективной масс-спектрометрии подвижности ионов» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Молекулярная и клеточная биология липидов . 1811 (11): 935–945. дои : 10.1016/j.bbalip.2011.05.016 . ПМЦ   3326421 . ПМИД   21708282 .
  17. ^ Айспуруа-Олайсола О, Тораньо Х.С., Фалькон-Перес Х.М., Уильямс К., Райхардт Н., Бунс Г.Дж. (март 2018 г.). «Масс-спектрометрия для открытия биомаркеров гликанов». TrAC Тенденции в аналитической химии . 100 : 7–14. дои : 10.1016/j.trac.2017.12.015 . hdl : 1874/364403 .
  18. ^ Анхель Л.А., Majors LT, Дхармаратне AC, Дасс А (август 2010 г.). «Масс-спектрометрия ионной подвижности нанокластеров Au25(SCH2CH2Ph)18». АСУ Нано . 4 (8): 4691–4700. дои : 10.1021/nn1012447 . ПМИД   20731448 .
  19. ^ Хилгерс Р., Йонг Тенг С., Бриш А., Переверзев А.Ю., Уайт П., Янсен Дж.Дж., Ройтова Дж. (сентябрь 2022 г.). «Мониторинг промежуточных продуктов реакции для прогнозирования энантиоселективности с помощью масс-спектрометрии» . Ангеванде Хеми . 61 (36): e202205720. дои : 10.1002/anie.202205720 . ПМЦ   9544535 . ПМИД   35561144 .
  20. ^ Кабир К.М., Дональд В.А. (декабрь 2017 г.). «Микромасштабная спектрометрия дифференциальной подвижности ионов для химического анализа в полевых условиях». TrAC Тенденции в аналитической химии . 97 : 399–427. дои : 10.1016/j.trac.2017.10.011 .
  21. ^ Jump up to: а б Вагнер Н.Д., Клеммер Д.Э., Рассел Д.Х. (сентябрь 2017 г.). «ESI-IM-MS и разворачивание, вызванное столкновениями, которые дают представление о зависимых от сцепления межфазных взаимодействиях ковалентно связанного диубиквитина». Аналитическая химия . 89 (18): 10094–10103. дои : 10.1021/acs.analchem.7b02932 . ПМИД   28841006 .
  22. ^ Тиан Ю, Хан Л., Бакнер AC, Руотоло BT (ноябрь 2015 г.). «Вызванное столкновением разворачивание интактных антител: быстрая характеристика структуры дисульфидных связей, гликозилирования и структур». Аналитическая химия . 87 (22): 11509–11515. дои : 10.1021/acs.analchem.5b03291 . ПМИД   26471104 .

Библиография

[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 0b2e755831b899e548c92465fa9f545a__1721609520
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/0b/5a/0b2e755831b899e548c92465fa9f545a.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Ion-mobility spectrometry–mass spectrometry - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)