Квадрупольный масс-анализатор
В масс-спектрометрии квадрупольный масс-анализатор (или квадрупольный масс-фильтр ) — это тип масс- анализатора, первоначально задуманный [ 1 ] Нобелевский лауреат Вольфганг Пауль и его ученик Гельмут Штайнведель. Как следует из названия, он состоит из четырех цилиндрических стержней, установленных параллельно друг другу. [ 2 ] В квадрупольном масс-спектрометре (QMS) квадруполь является масс-анализатором – компонентом прибора, ответственным за выбор ионов образца на основе их отношения массы к заряду ( m/z ). Ионы разделяются в квадруполе на основе устойчивости их траекторий в осциллирующих электрических полях, приложенных к стержням. [ 2 ]
Принцип работы
[ редактировать ]
Квадруполь состоит из четырех параллельных металлических стержней. Каждая пара противоположных стержней электрически соединена вместе, и радиочастотное между одной парой стержней и другой подается (РЧ) напряжение со смещением постоянного тока. Ионы перемещаются по квадруполю между стержнями. Только ионы с определенным соотношением массы к заряду достигнут детектора при заданном соотношении напряжений: другие ионы имеют нестабильные траектории и будут сталкиваться со стержнями. Это позволяет выбрать ион с определенным m/z или позволяет оператору сканировать диапазон значений m/z путем непрерывного изменения приложенного напряжения. [ 2 ] Математически это можно смоделировать с помощью дифференциального уравнения Матье . [ 3 ]
В идеале стержни являются гиперболическими , однако цилиндрические стержни с определенным соотношением диаметра стержня к расстоянию обеспечивают более простое в изготовлении адекватное приближение к гиперболам. Небольшие изменения соотношения оказывают большое влияние на разрешение и форму пика. Разные производители выбирают несколько разные соотношения для точной настройки рабочих характеристик в контексте ожидаемых требований применения. С 1980-х годов компания MAT , а затем и Finnigan Instrument Corporation, использовали гиперболические стержни, производимые с механическим допуском 0,001 мм, точный процесс производства которых тщательно держался в секрете внутри компании. [ 4 ]
Множественные квадруполи, гибриды и вариации
[ редактировать ]
Линейная серия из трех квадруполей известна как тройной квадрупольный масс-спектрометр . Первый (Q 1 ) и третий (Q 3 ) квадруполи действуют как фильтры масс, а средний (q 2 ) квадруполь используется как ячейка столкновений. Эта ячейка столкновений представляет собой квадруполь, работающий только на радиочастотах (безмассовая фильтрация), использующий Ar, He или N 2 (~10 газы −3 Торр, ~30 эВ) для вызванной столкновением диссоциации выбранного родительского иона(ов) из Q 1 . Последующие фрагменты передаются в Q 3 , где они могут быть отфильтрованы или полностью отсканированы.
Этот процесс позволяет изучать фрагменты, которые можно использовать при выяснении структуры с помощью тандемной масс-спектрометрии . Например, Q 1 может быть установлен на «фильтрацию» ионов лекарственного средства известной массы, которые фрагментированы в q 2 . Затем третий квадруполь (Q 3 ) можно настроить на сканирование всего диапазона m/z , предоставляя информацию об интенсивностях фрагментов. Таким образом, можно определить структуру исходного иона.
Расположение трех квадруполей было впервые разработано Джимом Моррисоном из Университета Ла Троб в Австралии с целью изучения фотодиссоциации ионов газовой фазы. [ 5 ] Первый тройной квадрупольный масс-спектрометр был разработан в Университете штата Мичиган Кристи Энке и аспирантом Ричардом Йостом в конце 1970-х годов. [ 6 ]
Квадруполи можно использовать в гибридных масс-спектрометрах . Например, секторный прибор можно объединить с квадрупольным и квадрупольным масс-анализаторами столкновений, чтобы сформировать гибридный прибор. [ 7 ]
Квадруполь с отбором массы и квадруполь столкновений с времяпролетным устройством в качестве второй ступени отбора массы представляют собой гибрид, известный как квадрупольный времяпролетный масс-спектрометр (QTOF MS). [ 8 ] [ 9 ] Конфигурации квадруполь-квадруполь-времяпролета (QqTOF) также возможны и используются, в частности, для масс-спектрометрии пептидов и других крупных биологических полимеров. [ 10 ] [ 11 ]
Вариант квадрупольного масс-анализатора, названный монополем, был изобретен фон Заном, который работает с двумя электродами и генерирует четверть квадрупольного поля. [ 12 ] Он имеет один круглый электрод и один V-образный электрод. Однако производительность ниже, чем у квадрупольного масс-анализатора.
Было продемонстрировано, что повышение производительности квадрупольного масс-анализатора происходит при приложении к прибору магнитного поля. Сообщалось о многократном улучшении разрешения и чувствительности для магнитного поля, приложенного к QMS в различных ориентациях. [ 13 ] [ 14 ]
Приложения
[ редактировать ]Эти масс-спектрометры превосходно подходят для задач, связанных с изучением конкретных ионов, представляющих интерес, поскольку они могут оставаться настроенными на один ион в течение продолжительных периодов времени. Одна из областей, где это полезно, - это жидкостная хроматография-масс-спектрометрия или газовая хроматография-масс-спектрометрия , где они служат детекторами исключительно высокой специфичности. Квадрупольные инструменты часто имеют разумную цену и являются хорошими многоцелевыми инструментами. Одиночный квадрупольный масс-спектрометр с ионизатором электронного удара используется в качестве автономного анализатора в анализаторах остаточных газов , газоанализаторах реального времени, системах плазменной диагностики и системах анализа поверхности ВИМС . [ нужна ссылка ]
См. также
[ редактировать ]- Преобразование Фурье ионно-циклотронный резонанс
- Квадрупольный магнит
- Радиочастотный квадрупольный охладитель пучка
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б США 2939952 , Пауль, Вольфганг и Штайнведель, Хельмут, «Аппарат для разделения заряженных частиц с различным удельным зарядом», опубликовано 7 июня 1960 г., присвоено Вольфгангу Паулю.
- ^ Jump up to: а б с де Хоффманн, Эдмонд; Винсент Строобант (2003). Масс-спектрометрия: принципы и приложения (второе изд.). Торонто: John Wiley & Sons, Ltd., с. 65. ИСБН 978-0-471-48566-7 .
- ^ Джеральд Тешл (2012). Обыкновенные дифференциальные уравнения и динамические системы . Провиденс : Американское математическое общество . ISBN 978-0-8218-8328-0 .
- ^ Брунне, Курт (27 мая 1997 г.). «50 лет МХТ в Бремене» . Быстрая связь в масс-спектрометрии . 11 (6): 694–707. doi : 10.1002/(SICI)1097-0231(199704)11:6<694::AID-RCM888>3.0.CO;2-K – через онлайн-библиотеку Wiley.
- ^ Моррисон, доктор юридических наук (1991). «Личные воспоминания о сорока годах масс-спектрометрии в Австралии». Органическая масс-спектрометрия . 26 (4): 183–194. дои : 10.1002/oms.1210260404 .
- ^ Йост, РА; Энке, CG (1978). «Фрагментация выбранных ионов с помощью тандемного квадрупольного масс-спектрометра» (PDF) . Журнал Американского химического общества . 100 (7): 2274. doi : 10.1021/ja00475a072 . Архивировано из оригинала (PDF) 19 февраля 2012 г. Проверено 6 декабря 2008 г.
- ^ Глиш, Г.; Скотт А. Маклаки ; Ридли, Т; Кукс, Р. (1982). «Новый «гибридный» секторно-квадрупольный масс-спектрометр для масс-спектрометрии/масс-спектрометрии». Международный журнал масс-спектрометрии и ионной физики . 41 (3): 157. Бибкод : 1982IJMSI..41..157G . дои : 10.1016/0020-7381(82)85032-8 .
- ^ Шевченко А; Лобода А; Шевченко А; Энс В; Постоянный КГ (май 2000 г.). «Квадрупольная времяпролетная масс-спектрометрия MALDI: мощный инструмент для протеомных исследований». Анальный. Хим . 72 (9): 2132–41. дои : 10.1021/ac9913659 . ПМИД 10815976 .
- ^ Стин Х; Кюстер Б; Манн М. (июль 2001 г.). «Квадрупольная времяпролетная и тройная квадрупольная масс-спектрометрия для определения фосфопептидов путем сканирования ионов-предшественников». J Масс-спектр . 36 (7): 782–90. Бибкод : 2001JMSp...36..782S . дои : 10.1002/jms.174 . ПМИД 11473401 .
- ^ Чернушевич, Игорь Васильевич (2001). «Введение в квадрупольно-времяпролетную масс-спектрометрию». Журнал масс-спектрометрии . 36 (8): 849–865. Бибкод : 2001JMSp...36..849C . дои : 10.1002/jms.207 . ПМИД 11523084 .
- ^ Оберачер, Герберт; Питтерл, Флориан (июнь 2009 г.). Фабрис, Дэн (ред.). «Об использовании ESI-QqTOF-MS/MS для сравнительного секвенирования нуклеиновых кислот» . Биополимеры . 91 (6): 401–409. дои : 10.1002/bip.21156 . ПМИД 19189378 .
- ^ У. фон Зан (1963). «Монопольный спектрометр, новый масс-спектрометр электрического поля». Преподобный учёный. Инструмент . 34 (1): 1–4. Бибкод : 1963RScI...34....1В . дои : 10.1063/1.1718110 .
- ^ Сайед С.; Махер С.; Тейлор С. (2013). «Работа квадрупольного массового фильтра под воздействием магнитного поля». Журнал масс-спектрометрии . 48 (12): 1325–1339. Бибкод : 2013JMSp...48.1325S . дои : 10.1002/jms.3293 . ПМИД 24338888 .
- ^ Махер С; Сайед С; Хьюз Д; Гибсон Дж; Тейлор С. (2013). «Построение диаграммы стабильности квадрупольного масс-спектрометра с приложенным статическим поперечным магнитным полем». Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 24 (8): 1307–1314. Бибкод : 2013JASMS..24.1307M . дои : 10.1007/s13361-013-0654-5 . ПМИД 23720050 . S2CID 45734248 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
| Источник ионов | |
|---|---|
| Масс-анализатор | |
| Детектор | |
| Комбинация МС | |
| Фрагментация | |
