Линейная ионная ловушка

Линейная ионная ловушка ( ЛИЛ ) — это тип масс-спектрометра с ионной ловушкой .

В LIT ионы удерживаются радиально двумерным радиочастотным (РЧ) полем, а аксиально — запирающими потенциалами, приложенными к концевым электродам . LIT имеют высокую эффективность инжекции и высокую емкость хранения ионов. ^[1]

История

Один из первых ЛИТ был построен в 1969 году Дьердре А. Чёрчем ^[2], который согнул линейные квадруполи в геометрию замкнутого круга и гоночной трассы и продемонстрировал хранение ионов ^3He⁺ и H ⁺ в течение нескольких минут.

Ранее Дреес и Пол описали круговой квадруполь. ^{[ требуется ссылка ]} Однако он использовался для создания и удержания плазмы , а не для хранения ионов. В 1989 году Престейдж, Дик и Малецки описали, что ионы могут быть захвачены в линейной системе квадрупольных ловушек для усиления ионно-молекулярных реакций, поэтому его можно использовать для изучения спектроскопии хранимых ионов. ^[1]

Как это работает

LIT использует набор квадрупольных стержней для ограничения ионов в радиальном направлении и статический электрический потенциал на концевых электродах для ограничения ионов в аксиальном направлении. ^[3] LIT может использоваться как фильтр масс или как ловушка, создавая потенциальную яму для ионов вдоль оси ловушки. ^[4] Массу захваченных ионов можно определить, если m/z лежит между определенными параметрами . ^[5]

Преимущества конструкции LIT — высокая емкость хранения ионов, высокая скорость сканирования и простота конструкции. Хотя выравнивание стержней квадруполя имеет решающее значение, добавляя ограничение контроля качества к их производству, это ограничение дополнительно присутствует в требованиях к обработке 3D-ловушки. ^[6]

Избирательный режим и режим сканирования

Ионы либо инжектируются, либо создаются внутри LIT. Они удерживаются путем приложения соответствующих напряжений RF и DC , при этом их конечное положение поддерживается в центральной секции LIT. Напряжение RF регулируется, и многочастотные резонансные формы выброса применяются к ловушке для устранения всех ионов, кроме желаемых, в рамках подготовки к последующей фрагментации и анализу масс. Напряжения, приложенные к ионной ловушке, регулируются для стабилизации выбранных ионов и обеспечения столкновительного охлаждения в рамках подготовки к возбуждению.

Энергия выбранных ионов увеличивается за счет приложения дополнительного резонансного напряжения возбуждения ко всем сегментам двух стержней, расположенных на оси X. Это увеличение энергии вызывает диссоциацию выбранных ионов из-за столкновений с демпфирующим газом. Образованные ионы-продукты удерживаются в поле захвата. Сканирование содержимого ловушки для получения масс-спектра осуществляется путем линейного увеличения ВЧ-напряжения, приложенного ко всем секциям ловушки, и использования дополнительного резонансного напряжения выброса. Эти изменения последовательно перемещают ионы из диаграммы стабильности в положение, в котором они становятся нестабильными в направлении x и покидают поле захвата для обнаружения. Ионы ускоряются в двух высоковольтных динодах , где ионы производят вторичные электроны . Этот сигнал впоследствии усиливается двумя электронными умножителями , а затем аналоговые сигналы интегрируются и оцифровываются.

Сочетание с другими масс-анализаторами

ЛИТ могут использоваться как самостоятельные масс-анализаторы , а также их можно комбинировать с другими масс-анализаторами, такими как 3D-ионные ловушки Пола, масс-спектрометры TOF, FTMS и другими типами масс-анализаторов.

Линейные ловушки и 3D-ловушки

Масс-спектрометры с 3D-ионной ловушкой (или ловушкой Пола ) широко используются, но имеют ограничения. При использовании непрерывного источника, например, с использованием ионизации электрораспылением (ESI), ионы, образующиеся во время обработки 3D-ловушкой других ионов, не используются, тем самым ограничивая рабочий цикл . Кроме того, общее количество ионов, которые могут храниться в 3D-ионной ловушке, ограничено эффектами пространственного заряда . Объединение линейной ловушки с 3D-ловушкой может помочь преодолеть эти ограничения. ^[1]

Недавно Хардман и Макаров описали использование линейной квадрупольной ловушки для хранения ионов, сформированных с помощью ESI, для инжекции в масс-анализатор орбитальной ловушки. Ионы проходили через отверстие и скиммер, квадрупольный ионопровод для охлаждения ионов, а затем попадали в квадрупольную ловушку для хранения. Квадрупольная ловушка имеет два набора стержней; короткие стержни около выхода были смещены так, чтобы большинство ионов накапливалось в этой области. Поскольку орбитальная ловушка требует, чтобы ионы инжектировались очень короткими импульсами, к выходной апертуре прикладывались киловольтные потенциалы извлечения ионов. Время пролета ионов к орбитальной ловушке зависело от массы, но для заданной массы ионы инжектировались пучками шириной менее 100 наносекунд (fwhm).

Линейные ловушки и TOF

Масс-спектрометр TOF также может иметь низкий рабочий цикл при соединении с непрерывным источником ионов. Объединение ионной ловушки с масс-анализатором TOF может улучшить рабочий цикл. Как 3D, так и линейные ловушки были объединены с масс-анализаторами TOF. Ловушка также может добавить возможности MSn к системе. ^[1]

Линейная ловушка и FTICR

Линейные ловушки могут использоваться для улучшения производительности систем FT-ICR (или FTMS). Как и в случае с 3D-ионными ловушками, рабочий цикл может быть увеличен почти до 100%, если ионы накапливаются в линейной ловушке, в то время как FTMS выполняет другие функции. Нежелательные ионы, которые могут вызвать проблемы с пространственным зарядом в FTMS, могут быть выброшены в линейной ловушке для улучшения разрешения, чувствительности и динамического диапазона системы, хотя параметры системы, используемые для оптимизации таких характеристик сигнала, изменяются совместно друг с другом. ^[1]^[7]

Линейная ловушка и тройной квадруполь

Сочетание тройного квадрупольного МС с технологией LIT в виде инструмента конфигурации QqLIT, использующего аксиальный выброс, особенно интересно, поскольку этот инструмент сохраняет классические функции тройного квадрупольного сканирования, такие как мониторинг выбранной реакции (SRM), ион-продукт (PI), нейтральная потеря (NL) и ион-предшественник (PC), а также обеспечивает доступ к чувствительным экспериментам с ионной ловушкой. Для малых молекул количественный и качественный анализ можно проводить с использованием одного и того же инструмента.

Кроме того, для анализа пептидов сканирование с улучшенным многозарядным (EMC) позволяет повысить селективность, в то время как сканирование с отложенной во времени фрагментацией (TDF) обеспечивает дополнительную структурную информацию. В случае QqLIT уникальность прибора заключается в том, что один и тот же масс-анализатор Q3 может работать в двух разных режимах. Это позволяет использовать очень мощные комбинации сканирования при выполнении сбора данных, зависящих от информации.

Ссылки

^ abcde Дуглас, Дональд Дж.; Фрэнк, Аарон Дж.; Мао, Данмин (2005). «Линейные ионные ловушки в масс-спектрометрии». Mass Spectrometry Reviews . 24 (1): 1– 29. Bibcode : 2005MSRv...24....1D. doi : 10.1002/mas.20004. ISSN 0277-7037. PMID 15389865.
^ Чёрч, ДА (1969-07-01). «Ионная ловушка на основе кольцевого накопителя, полученная из линейного квадрупольного радиочастотного фильтра масс». Журнал прикладной физики . 40 (8): 3127– 3134. Bibcode : 1969JAP....40.3127C. doi : 10.1063/1.1658153. ISSN 0021-8979.
^ Дуглас DJ, Фрэнк AJ, Мао D (2005). «Линейные ионные ловушки в масс-спектрометрии». Обзоры масс-спектрометрии . 24 (1): 1– 29. Bibcode :2005MSRv...24....1D. doi :10.1002/mas.20004. PMID 15389865.
^ Квадруполь; Марч, Рэймонд Э.; Спектрометрия, Масс (2000). «Масс-спектрометрия с квадрупольной ионной ловушкой: взгляд на рубеже веков». Международный журнал масс-спектрометрии . 2000 ( 1–3 ): 285–312 . Bibcode : 2000IJMSp.200..285M. doi : 10.1016/S1387-3806(00)00345-6.
^ Пэн, Ин; Остин, Дэниел Э. (ноябрь 2011 г.). «Новые подходы к миниатюризации масс-анализаторов с ионной ловушкой». TrAC Trends in Analytical Chemistry . 30 (10): 1560– 1567. doi :10.1016/j.trac.2011.07.003.
^ Шварц, Джей К.; Майкл В. Сенко; Джон Э. П. Сика (июнь 2002 г.). «Двумерный квадрупольный масс-спектрометр с ионной ловушкой». Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 13 (6): 659– 669. doi : 10.1016/S1044-0305(02)00384-7 . PMID 12056566.
^ Лемонакис, Н.; Скалцунис, Ал.; Царбопулос А.; Гикас, Э. (2016). «Оптимизация параметров, влияющих на интенсивность сигнала в LTQ-орбитальной ловушке в режиме отрицательных ионов: подход к планированию экспериментов». Таланта . 147 : 402–409 . doi :10.1016/j.talanta.2015.10.009. ПМИД 26592625.

[DouglasFrank2005-1] Дуглас, Дональд Дж.; Фрэнк, Аарон Дж.; Мао, Данмин (2005). «Линейные ионные ловушки в масс-спектрометрии». Mass Spectrometry Reviews . 24 (1): 1– 29. Bibcode : 2005MSRv...24....1D. doi : 10.1002/mas.20004. ISSN 0277-7037. PMID 15389865.

[2] Чёрч, ДА (1969-07-01). «Ионная ловушка на основе кольцевого накопителя, полученная из линейного квадрупольного радиочастотного фильтра масс». Журнал прикладной физики . 40 (8): 3127– 3134. Bibcode : 1969JAP....40.3127C. doi : 10.1063/1.1658153. ISSN 0021-8979.

[pmid15389865-3] Дуглас DJ, Фрэнк AJ, Мао D (2005). «Линейные ионные ловушки в масс-спектрометрии». Обзоры масс-спектрометрии . 24 (1): 1– 29. Bibcode :2005MSRv...24....1D. doi :10.1002/mas.20004. PMID 15389865.

[4] Квадруполь; Марч, Рэймонд Э.; Спектрометрия, Масс (2000). «Масс-спектрометрия с квадрупольной ионной ловушкой: взгляд на рубеже веков». Международный журнал масс-спектрометрии . 2000 ( 1–3 ): 285–312 . Bibcode : 2000IJMSp.200..285M. doi : 10.1016/S1387-3806(00)00345-6.

[5] Пэн, Ин; Остин, Дэниел Э. (ноябрь 2011 г.). «Новые подходы к миниатюризации масс-анализаторов с ионной ловушкой». TrAC Trends in Analytical Chemistry . 30 (10): 1560– 1567. doi :10.1016/j.trac.2011.07.003.

[6] Шварц, Джей К.; Майкл В. Сенко; Джон Э. П. Сика (июнь 2002 г.). «Двумерный квадрупольный масс-спектрометр с ионной ловушкой». Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 13 (6): 659– 669. doi : 10.1016/S1044-0305(02)00384-7 . PMID 12056566.

[lemonakis2016-7] Лемонакис, Н.; Скалцунис, Ал.; Царбопулос А.; Гикас, Э. (2016). «Оптимизация параметров, влияющих на интенсивность сигнала в LTQ-орбитальной ловушке в режиме отрицательных ионов: подход к планированию экспериментов». Таланта . 147 : 402–409 . doi :10.1016/j.talanta.2015.10.009. ПМИД 26592625.