Фурье-трансформный ионный циклотронный резонанс

Фурье преобразование ионного циклотронного резонанса
Акроним	FTICR
Классификация	Масс -спектрометрия
Другие методы
Связанный	Ионная ловушка ; Квадрупольная ионная ловушка ; Пеннинг ловушка ; Орбитра

Ионная резонансная резонансная резонансная спектрометрия Фурье -это тип масс-анализатора (или масс-спектрометр ) для определения соотношения массы к заряду ( M / z ) ионов на основе частоты циклотрон ионов в фиксированном магнитном поле. ^{[ 1 ]} Ионы попадают в ловушку для пирантинга (магнитное поле с электрическими плитами), где они возбуждаются (на их резонансных частотах циклотрон) к более крупному радиусу циклотронного циклотронного радиуса колебанием электрического поля, ортогональным к магнитному полю. После удаления поля возбуждения ионы вращаются на их частоте циклотрон в фазе (как «пакет» ионов). Эти ионы вызывают заряд (обнаруженный как ток изображения) на пару электродов, когда пакеты ионов проходят близко к ним. Полученный сигнал называется распадом свободного индукции (FID), переходной или интерферограммой, которая состоит из суперпозиции синусоидальных волн . Полезный сигнал извлекается из этих данных путем выполнения преобразования Фурье , чтобы получить масс -спектр .

История

FT-ICR был изобретен Мелвином Б. Комисароу ^{[ 2 ]} и Алан Дж. Маршалл в Университете Британской Колумбии . Первая статья появилась в письмах с химической физикой в 1974 году. ^{[ 3 ]} Вдохновение было более ранним событиями в обычной ядерного магнитного резонанса ICR и Фурье спектрометрии . Маршалл продолжал развивать технику в Университете штата Огайо и Университете штата Флорида .

Теория

Линейная ионная ловушка-ионная циклотронная резонансная масс-спектрометр (панели вокруг магнита отсутствуют)

Физика FTICR аналогична физике циклотрона , по крайней мере, в первом приближении.

В простейшей идеализированной форме взаимосвязь между частотой циклотрон и соотношением массы к заряду определяется

f={\frac {qB}{2\pi m}},

где F = частота циклотрона, Q = ионный заряд, B = прочность магнитного поля и M = ионная масса.

Это чаще представлено на угловой частоте :

\omega _{\text{c}}={\frac {qB}{m}},

где $\omega _{\text{c}}$ Угловая частота циклотрона , которая связана с частотой по определению $f={\frac {\omega }{2\pi }}$ .

Из -за квадруполярного электрического поля, используемого для улавливания ионов в осевом направлении, эта связь только приблизительна. Осевое электрическое улавливание приводит к осевым колебаниям в ловушке с (угловой) частотой

\omega _{\text{t}}={\sqrt {\frac {q\alpha }{m}}},

где $\alpha$ является постоянной, похожей на константу пружины гармонического генератора и зависит от приложенного напряжения, размеров ловушек и геометрии ловушек.

Электрическое поле и результирующее осевое гармоническое движение уменьшают частоту циклотрона и вводят второе радиальное движение, называемое магнетронным движением, которое происходит на частоте магнетрона. Движение циклотрона по -прежнему используется частота, но приведенная выше отношение не является точной из -за этого явления. Естественные угловые частоты движения

\omega _{\pm }={\frac {\omega _{\text{c}}}{2}}\pm {\sqrt {\left({\frac {\omega _{\text{c}}}{2}}\right)^{2}-{\frac {\omega _{\text{t}}^{2}}{2}}}},

где $\omega _{\text{t}}$ Является ли осевая частота улавливания из -за осевого электрического захвата и $\omega _{+}$ является уменьшенной циклотронной (угловой) частотой и $\omega _{-}$ является магнетронной (угловой) частотой. Снова, $\omega _{+}$ это то, что обычно измеряется в FTICR. Значение этого уравнения можно качественно понимать, рассмотрев случай, когда $\omega _{\text{t}}$ маленький, что, как правило, верно. В этом случае значение радикала чуть меньше, чем $\omega _{\text{c}}/2$ и ценность $\omega _{+}$ чуть меньше, чем $\omega _{\text{c}}$ (Частота циклотрона была слегка уменьшена). Для $\omega _{-}$ значение радикала одинаково (немного меньше, чем $\omega _{\text{c}}/2$ ), но это вычитается из $\omega _{\text{c}}/2$ , в результате чего небольшое число, равное $\omega _{\text{c}}-\omega _{+}$ (то есть количество, которое частота циклотрона была уменьшена).

Приборы

FTICR-MS значительно отличается от других методов масс-спектрометрии тем, что ионы не обнаруживаются путем удара по детектору, такому как электронный множитель , но только путем прохождения ближних пластин обнаружения. Кроме того, массы не разрешаются в пространстве или времени, как при других методах, а только с помощью ионной циклотронной резонансной (вращательной) частоты, которую каждый ион производит при вращении в магнитном поле. Таким образом, различные ионы не обнаруживаются в разных местах, как в случае сектора или в разное время, как и при инструментах по времени полета , но все ионы обнаруживаются одновременно в течение интервала обнаружения. Это обеспечивает увеличение наблюдаемого отношения сигнал / шум из-за принципов преимущества Феллгетта . ^{[ 1 ]} В FTICR-MS разрешение может быть улучшено либо путем увеличения прочности магнита (в тесласе ), либо путем увеличения продолжительности обнаружения. ^{[ 4 ]}

Ячейки

В литературе доступен обзор различных клеточных геометрий с их конкретными электрическими конфигурациями. ^{[ 5 ]} Однако ячейки ICR могут принадлежать к одной из следующих двух категорий: закрытые ячейки или открытые ячейки.

Было изготовлено несколько закрытых клеток ICR с различными геометриями, и их производительность была охарактеризована. Сетки использовались в качестве конечных крышек для применения осевого электрического поля для осевого захвата ионов (параллельно линии магнитного поля). Ионы могут либо генерироваться внутри ячейки, либо могут быть введены в ячейку из внешнего источника ионизации . Вложенные ячейки ICR с двойной парой сетей были также изготовлены для одновременного ущерба как положительных, так и отрицательных ионов.

Наиболее распространенной геометрией открытой ячейки является цилиндр, который сегментируется в осевом направлении для получения электродов в форме кольца. Центральный кольцевой электрод обычно используется для применения электрического поля радиального возбуждения и обнаружения. Электрическое напряжение постоянного тока наносится на клеммные кольцевые электроды, чтобы задержать ионы вдоль линий магнитного поля. ^{[ 6 ]} Также были разработаны открытые цилиндрические ячейки с кольцевыми электродами разных диаметров. ^{[ 7 ]} Они оказались не только способными одновременно ловить и обнаруживать обе ионные полярности, но и им удалось отделить положительный от негативных ионов радиально. Это представляло большую дискриминацию в ускорении кинетического ионов между положительными и отрицательными ионами, пойманными одновременно внутри новой ячейки. Несколько схем ускорения ионного ускорения были недавно написаны для исследований столкновения ионо -ионного столкновения. ^{[ 8 ]}

Хранитованное обратное преобразование Фурье Фурье

Хранитованное обратное преобразование Фурье (SWIFT)-это метод создания форм волн возбуждения для FTMS. ^{[ 9 ]} Форма волны возбуждения временной области образуется из обратного преобразования Фурье соответствующего спектра возбуждения частотной области, который выбирается для возбуждения резонансных частот выбранных ионов. Процедура SWIFT может использоваться для выбора ионов для экспериментов по масс -спектрометрии тандема .

Приложения

Масс-спектрометрия ионного циклотронного резонанса (FTICR), преобразовавшихся, представляет собой метод высокого разрешения, который можно использовать для определения масс с высокой точностью. Многие применения FTICR-MS используют эту точность массы, чтобы помочь определить состав молекул на основе точной массы. Это возможно из -за массового дефекта элементов. FTICR-MS способен достичь более высоких уровней точностью массы, чем другие формы масс-спектрометра , отчасти, потому что сверхпроводящий магнит гораздо более стабилен, чем радиочастотное напряжение (RF). ^{[ 10 ]}

Другое место, где полезно FTICR-MS,-это дело со сложными смесями, такими как биомасса или продукты разжижения отходов, ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]} Поскольку разрешение (узкая ширина пика) позволяет сигналы двух ионов с одинаковыми соотношениями массы к заряду ( M / z ) в качестве отдельных ионов. обнаружить ^{[ 13 ]}^{[ 14 ]}^{[ 15 ]} Это высокое разрешение также полезно при изучении крупных макромолекул, таких как белки с множественными зарядами, которые могут быть получены путем ионизации электрораспыления . Например, был зарегистрирован уровень аттомола двух пептидов. ^{[ 16 ]} Эти большие молекулы содержат распределение изотопов , которые производят серию изотопных пиков. Поскольку изотопные пики близки друг к другу на оси M / Z из -за множественных зарядов, высокая разрешающая мощность FTICR чрезвычайно полезна. FTICR-MS очень полезен и в других исследованиях протеомики. Он достигает исключительного разрешения как в нисходящем, так и в восходящей протеомике. Диссоциация электронов (ECD), индуцированная столкновением диссоциация (CID) и инфракрасная многофотонная диссоциация (IRMPD) используются для получения фрагментных спектров в экспериментах тандемной масс-спектрометрии. ^{[ 17 ]} Хотя CID и IRMPD используют вибрационное возбуждение для дальнейшего диссоциирования пептидов путем разрыва амидных связей основных целей, которые обычно имеют низкую энергию и слабые, CID и IRMPD также могут также вызывать диссоциацию посттрансляционных модификаций. ECD, с другой стороны, позволяет сохранить конкретные модификации. Это весьма полезно при анализе состояний фосфорилирования, гликозилирования O- или N, а также сульфатирования. ^{[ 17 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^{беременный} Marshall, Ag; Хендриксон, CL; Джексон, Г.С. (1998). «Фурье преобразование ионно -циклотроновой резонансной масс -спектрометрии: праймер». Масс -спектр. Преподобный 17 (1): 1–35. Bibcode : 1998msrv ... 17 .... 1m . doi : 10.1002/(SICI) 1098-2787 (1998) 17: 1 <1 :: AID-MAS1> 3.0.CO; 2-K . PMID 9768511 .
^ «Персонал химии UBC: Мелвин Б. Комисаров» . Университет Британской Колумбии . Получено 2009-11-05 .
^ Comisarow, Melvin B. (1974). «Фурье преобразование ионно -циклотронно -резонансная спектроскопия». Химические физические буквы . 25 (2): 282–283. Bibcode : 1974cpl .... 25..282c . doi : 10.1016/0009-2614 (74) 89137-2 .
^ Маршалл, А. (2002). «Фурье преобразование ионного циклотронного резонанса: принципы и экспериментальные конфигурации». Международный журнал масс -спектрометрии . 215 (1–3): 59–75. Bibcode : 2002ijmsp.215 ... 59m . doi : 10.1016/s1387-3806 (01) 00588-7 .
^ Гуан, Шенхенг; Маршалл, Алан Г. (1995). «Ионные ловушки для масс -спектрометрии ионного преобразования ионного циклотронного резонанса: принципы и проектирование геометрических и электрических конфигураций». Международный журнал масс -спектрометрии и ионных процессов . 146–147: 261–296. Bibcode : 1995ijmsi.146..261g . doi : 10.1016/0168-1176 (95) 04190-V .
^ Marshall, Alan G.; Хендриксон, Кристофер Л.; Джексон, Джордж С. (1998). «Фурье преобразование ионно -циклотроновой резонансной масс -спектрометрии: праймер». Обзоры масс -спектрометрии . 17 (1): 1–35. Bibcode : 1998msrv ... 17 .... 1m . doi : 10.1002/(SICI) 1098-2787 (1998) 17: 1 <1 :: AID-MAS1> 3.0.CO; 2-K . ISSN 0277-7037 . PMID 9768511 .
^ Kanawati, B.; Wanczek, KP (2007). «Характеристика новой открытой цилиндрической ионной циклотронной резонансной ячейки с необычной геометрией». Обзор научных инструментов . 78 (7): 074102–074102–8. Bibcode : 2007rsci ... 78G4102K . doi : 10.1063/1.2751100 . PMID 17672776 .
^ Kanawati, B.; Wanczek, K. (2008). «Характеристика новой открытой цилиндрической ICR -клетки для исследований столкновения ион -ионных столкновений ☆». Международный журнал масс -спектрометрии . 269 (1–2): 12–23. Bibcode : 2008ijmsp.269 ... 12K . doi : 10.1016/j.ijms.2007.09.007 .
^ Коди, РБ; Хейн, ре; Гудман, SD; Маршалл, Алан Г. (1987). «Сохраненное обратное возбуждение преобразования Фурье Фурье для получения повышенной селективности ионов родителей при столкновенно активированной диссоциации: предварительные результаты». Быстрая связь в масс -спектрометрии . 1 (6): 99–102. Bibcode : 1987rcms .... 1 ... 99c . doi : 10.1002/rcm.1290010607 .
^ Ши, с; Дрейдер, Джаред Дж.; Фрейтас, Майкл А.; Хендриксон, Кристофер Л.; Маршалл, Алан Г. (2000). «Сравнение и взаимосвязь двух наиболее распространенных калибровочных функций частоты к массе для ионной резонансной спектрометрии преобразования Фурье» ». Международный журнал масс -спектрометрии . 195–196: 591–598. Bibcode : 2000ijmsp.195..591s . doi : 10.1016/s1387-3806 (99) 00226-2 .
^ Леонардис, Ирен; Chiaberge, Stefano; Фиорани, Тизиана; Спера, Сильвия; Battistel, Ezio; Босетти, Альдо; Cesti, Pietro; Реал, Саманта; Де Анжелис, Франческо (8 ноября 2012 г.). «Характеристика био-масла из гидротермальной разжижения органических отходов с помощью ЯМР-спектроскопии и масс-спектрометрии FTICR». Chemsuschem . 6 (2): 160–167. doi : 10.1002/cssc.201200314 . PMID 23139164 .
^ Sudasinghe, Nilusha; Корт, Джон; Халлен, Ричард; Оларте, корифом; Шмидт, Эндрю; Шауб, Таннер (1 декабря 2014 г.). «Гидротермальное сжижение масла и гидроочистительное изделия из сосны-сырья, характеризуемое гетероядерным двумерным ЯМР-спектроскопией и масс-спектрометрией FT-ICR» . Топливо . 137 : 60–69. doi : 10.1016/j.fuel.2014.07.069 .
^ Sleno L.; Волмер да; Marshall AG (февраль 2005 г.). «Присвоение ионов продуктов из сложных спектра MS/MS: важность массовой неопределенности и разрешения власти». J. Am. Соц Масс -спектр. 16 (2): 183–98. doi : 10.1016/j.jasms.2004.10.001 . PMID 15694769 .
^ Bossio re; Marshall AG (апрель 2002 г.). «Исходное разрешение изобарических фосфорилированных и сульфатированных пептидов и нуклеотидов путем электрораспыления ионизации FTICR MS: еще одна этап к протеомике на основе масс-спектрометрии». Анальный. Химический 74 (7): 1674–9. doi : 10.1021/ac0108461 . PMID 12033259 .
^ Он f.; Хендриксон Кл; Marshall AG (февраль 2001 г.). «Базовое разрешение массы пептидных изобаров: запись для разрешения молекулярной массы». Анальный. Химический 73 (3): 647–50. doi : 10.1021/ac000973h . PMID 11217775 .
^ Solouki T.; Марто JA; Белый FM; Гуанс.; Marshall AG (ноябрь 1995 г.). «Анализ аттомола биомолекул массы с помощью лазерной десорбции/ионизации с использованием матрикса с помощью матрикса-ионного циклотронного резонанса». Анальный. Химический 67 (22): 4139–44. doi : 10.1021/ac00118a017 . PMID 8633766 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Scigelova, M.; Hornshaw, M.; Giannakopulos, A.; Макаров А. (2011). «Фурье преобразование масс -спектрометрия» . Молекулярная и клеточная протеомика . 10 (7): M111.009431. doi : 10.1074/mcp.m111.009431 . ISSN 1535-9476 . PMC 3134075 . PMID 21742802 .

Внешние ссылки

Что в капле масла? Введение в Фурье трансформационно-ионное циклотроновое резонанс (FT-ICR) для не утомцев Национальной лаборатории с высоким уровнем магнитного поля
Шотландский ресурсный центр для передовой масс -спектрометрии
Фурье-трансформный ионный циклотронный резонанс (FT-ICR) FT-ICR Введение Университет Бристоля

[primer-1] Jump up to: ^а ^{беременный} Marshall, Ag; Хендриксон, CL; Джексон, Г.С. (1998). «Фурье преобразование ионно -циклотроновой резонансной масс -спектрометрии: праймер». Масс -спектр. Преподобный 17 (1): 1–35. Bibcode : 1998msrv ... 17 .... 1m . doi : 10.1002/(SICI) 1098-2787 (1998) 17: 1 <1 :: AID-MAS1> 3.0.CO; 2-K . PMID 9768511 .

[2] «Персонал химии UBC: Мелвин Б. Комисаров» . Университет Британской Колумбии . Получено 2009-11-05 .

[3] Comisarow, Melvin B. (1974). «Фурье преобразование ионно -циклотронно -резонансная спектроскопия». Химические физические буквы . 25 (2): 282–283. Bibcode : 1974cpl .... 25..282c . doi : 10.1016/0009-2614 (74) 89137-2 .

[4] Маршалл, А. (2002). «Фурье преобразование ионного циклотронного резонанса: принципы и экспериментальные конфигурации». Международный журнал масс -спектрометрии . 215 (1–3): 59–75. Bibcode : 2002ijmsp.215 ... 59m . doi : 10.1016/s1387-3806 (01) 00588-7 .

[5] Гуан, Шенхенг; Маршалл, Алан Г. (1995). «Ионные ловушки для масс -спектрометрии ионного преобразования ионного циклотронного резонанса: принципы и проектирование геометрических и электрических конфигураций». Международный журнал масс -спектрометрии и ионных процессов . 146–147: 261–296. Bibcode : 1995ijmsi.146..261g . doi : 10.1016/0168-1176 (95) 04190-V .

[MarshallHendrickson1998-6] Marshall, Alan G.; Хендриксон, Кристофер Л.; Джексон, Джордж С. (1998). «Фурье преобразование ионно -циклотроновой резонансной масс -спектрометрии: праймер». Обзоры масс -спектрометрии . 17 (1): 1–35. Bibcode : 1998msrv ... 17 .... 1m . doi : 10.1002/(SICI) 1098-2787 (1998) 17: 1 <1 :: AID-MAS1> 3.0.CO; 2-K . ISSN 0277-7037 . PMID 9768511 .

[7] Kanawati, B.; Wanczek, KP (2007). «Характеристика новой открытой цилиндрической ионной циклотронной резонансной ячейки с необычной геометрией». Обзор научных инструментов . 78 (7): 074102–074102–8. Bibcode : 2007rsci ... 78G4102K . doi : 10.1063/1.2751100 . PMID 17672776 .

[8] Kanawati, B.; Wanczek, K. (2008). «Характеристика новой открытой цилиндрической ICR -клетки для исследований столкновения ион -ионных столкновений ☆». Международный журнал масс -спектрометрии . 269 (1–2): 12–23. Bibcode : 2008ijmsp.269 ... 12K . doi : 10.1016/j.ijms.2007.09.007 .

[Cody1987-9] Коди, РБ; Хейн, ре; Гудман, SD; Маршалл, Алан Г. (1987). «Сохраненное обратное возбуждение преобразования Фурье Фурье для получения повышенной селективности ионов родителей при столкновенно активированной диссоциации: предварительные результаты». Быстрая связь в масс -спектрометрии . 1 (6): 99–102. Bibcode : 1987rcms .... 1 ... 99c . doi : 10.1002/rcm.1290010607 .

[10] Ши, с; Дрейдер, Джаред Дж.; Фрейтас, Майкл А.; Хендриксон, Кристофер Л.; Маршалл, Алан Г. (2000). «Сравнение и взаимосвязь двух наиболее распространенных калибровочных функций частоты к массе для ионной резонансной спектрометрии преобразования Фурье» ». Международный журнал масс -спектрометрии . 195–196: 591–598. Bibcode : 2000ijmsp.195..591s . doi : 10.1016/s1387-3806 (99) 00226-2 .

[11] Леонардис, Ирен; Chiaberge, Stefano; Фиорани, Тизиана; Спера, Сильвия; Battistel, Ezio; Босетти, Альдо; Cesti, Pietro; Реал, Саманта; Де Анжелис, Франческо (8 ноября 2012 г.). «Характеристика био-масла из гидротермальной разжижения органических отходов с помощью ЯМР-спектроскопии и масс-спектрометрии FTICR». Chemsuschem . 6 (2): 160–167. doi : 10.1002/cssc.201200314 . PMID 23139164 .

[12] Sudasinghe, Nilusha; Корт, Джон; Халлен, Ричард; Оларте, корифом; Шмидт, Эндрю; Шауб, Таннер (1 декабря 2014 г.). «Гидротермальное сжижение масла и гидроочистительное изделия из сосны-сырья, характеризуемое гетероядерным двумерным ЯМР-спектроскопией и масс-спектрометрией FT-ICR» . Топливо . 137 : 60–69. doi : 10.1016/j.fuel.2014.07.069 .

[pmid15694769-13] Sleno L.; Волмер да; Marshall AG (февраль 2005 г.). «Присвоение ионов продуктов из сложных спектра MS/MS: важность массовой неопределенности и разрешения власти». J. Am. Соц Масс -спектр. 16 (2): 183–98. doi : 10.1016/j.jasms.2004.10.001 . PMID 15694769 .

[pmid12033259-14] Bossio re; Marshall AG (апрель 2002 г.). «Исходное разрешение изобарических фосфорилированных и сульфатированных пептидов и нуклеотидов путем электрораспыления ионизации FTICR MS: еще одна этап к протеомике на основе масс-спектрометрии». Анальный. Химический 74 (7): 1674–9. doi : 10.1021/ac0108461 . PMID 12033259 .

[pmid11217775-15] Он f.; Хендриксон Кл; Marshall AG (февраль 2001 г.). «Базовое разрешение массы пептидных изобаров: запись для разрешения молекулярной массы». Анальный. Химический 73 (3): 647–50. doi : 10.1021/ac000973h . PMID 11217775 .

[pmid8633766-16] Solouki T.; Марто JA; Белый FM; Гуанс.; Marshall AG (ноябрь 1995 г.). «Анализ аттомола биомолекул массы с помощью лазерной десорбции/ионизации с использованием матрикса с помощью матрикса-ионного циклотронного резонанса». Анальный. Химический 67 (22): 4139–44. doi : 10.1021/ac00118a017 . PMID 8633766 .

[ScigelovaHornshaw2011-17] Jump up to: ^а ^{беременный} Scigelova, M.; Hornshaw, M.; Giannakopulos, A.; Макаров А. (2011). «Фурье преобразование масс -спектрометрия» . Молекулярная и клеточная протеомика . 10 (7): M111.009431. doi : 10.1074/mcp.m111.009431 . ISSN 1535-9476 . PMC 3134075 . PMID 21742802 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

v Т и Масс -спектрометрия
Масса M / Z. Масс -спектр MS Software Аббревиатуры
Ионный источник	APCI Круги Помощь ТАМ Даппи Дрэк ХОТЯ БОГ На ветру Нет S. Ткани Фт Г.Д. Это ICP Травмы Мальди Мальдеси Майп Пт Сессия Симс SS SSI Продавать ИЗ Т.С.
Массовый анализатор	Сектор Венский фильтр Время полета Квадрупольный массовый фильтр Квадрупольная ионная ловушка Пеннинг ловушка FT-ICR Орбитра
Детектор	Электронный множитель Детектор микроканальных пластин Деймер Дейли Кубок Фарадея Langmuir - Taylor Detector
Комбинация MS	MS/MS QQQ Амс Гибридный MS GC/MS LC/MS IMS/MS Что-мс
Фрагментация	ПТИЦА Сид Экд Эдд Эт HCD IRMPD Netd Сидень
Категория Общеизвестное Википроект