Квадрупольный масс-анализатор - Quadrupole mass analyzer

Не путать с Квадрупольная ионная ловушка или же Радиочастотный квадруполь.
Квадрупольные элементы

В квадрупольный масс-анализатор (QMS), также известный как трансмиссионный квадрупольный масс-спектрометр, квадрупольный фильтр масс, или же квадрупольный масс-спектрометр, это один из типов масс-анализаторов, используемых в масс-спектрометрии. Как следует из названия, он состоит из четырех цилиндрических стержней, установленных параллельно друг другу.[1] В квадруполе масс-спектрометр то квадруполь это масс-анализатор - компонент прибора, отвечающий за отбор ионов пробы на основе их отношение массы к заряду (м / з). Ионы разделяются по квадруполю на основании устойчивости их траекторий в колеблющемся электрические поля которые применяются к стержням.[1]

Принцип действия

Изображение из "Аппарата для разделения заряженных частиц с различными специфическими зарядами" Номер патента: 2939952[2]

Квадруполь состоит из четырех параллельных металлических стержней. Каждая пара противоположных стержней электрически соединена вместе, и радиочастота (RF) напряжение с напряжением смещения постоянного тока прикладывается между одной парой стержней и другой. Ионы перемещаются по квадруполю между стержнями. Только ионы с определенным отношением 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 м / з или позволяет оператору сканировать диапазон м / з-значения путем непрерывного изменения приложенного напряжения.[1] Математически это можно смоделировать с помощью Дифференциальное уравнение Матьё.[3]

Ионный путь через квадруполь

В идеале стержни гиперболический. Цилиндрические стержни с определенным соотношением диаметра стержня к расстоянию между ними обеспечивают простое в изготовлении адекватное приближение к гиперболам. Небольшие изменения соотношения сильно влияют на разрешение и форму пика. Разные производители выбирают несколько разные соотношения для точной настройки рабочих характеристик в контексте ожидаемых требований к применению. В последние десятилетия некоторые производители выпустили квадрупольные масс-спектрометры с настоящими гиперболическими стержнями.

Множественные квадруполи, гибриды и вариации

Гибридный квадрупольный времяпролетный масс-спектрометр

Линейный ряд из трех квадруполей известен как тройной квадрупольный масс-спектрометр. Первый (Q1) и третий (Q3) квадруполи действуют как фильтры масс, а середина (q2) квадруполь используется как коллизионная ячейка. Эта коллизионная ячейка представляет собой квадруполь только для радиочастот (немассовая фильтрация) с использованием Ar, He или N2 газ (~ 10−3 Торр, ~ 30 эВ) для индуцированной столкновением диссоциации выбранного родительского иона (ов) из Q1. Последующие фрагменты передаются в Q3 где они могут быть отфильтрованы или полностью просканированы.

Этот процесс позволяет изучать фрагменты, которые полезны для выяснения структуры, с помощью тандемная масс-спектрометрия. Например, Q1 может быть настроен на «фильтрацию» иона лекарства известной массы, который фрагментирован в q2. Третий квадруполь (Q3) можно настроить на сканирование всего м / з диапазон, дающий информацию об интенсивности осколков. Таким образом, можно вывести структуру исходного иона.

Расположение трех квадруполей было впервые разработано Джимом Моррисоном из Университета ЛаТроб, Австралия с целью изучения фотодиссоциация ионов газовой фазы.[4] Первый трехквадрупольный масс-спектрометр был разработан в Университете штата Мичиган компанией Кристи Энке и аспирант Ричард Йост в конце 1970-х гг.[5]

Квадруполи можно использовать в гибридные масс-спектрометры. Например, секторный инструмент может быть объединен с квадрупольным и квадрупольным масс-анализатором со столкновениями для создания гибридного прибора.[6]

Квадруполь выбора массы и квадруполь столкновения с время полета устройство в качестве второго этапа массового отбора представляет собой гибрид, известный как квадрупольный времяпролетный масс-спектрометр (QTOF MS).[7][8] QqTOF используются для масс-спектрометрии пептидов и других крупных биологических полимеров.[9]

Фон Заном был изобретен вариант квадрупольного масс-анализатора, называемый монополем, который работает с двумя электродами и генерирует одну четверть квадрупольного поля.[10] Он имеет один круглый электрод и один v фигурный электрод. Однако производительность ниже, чем у квадрупольного масс-анализатора.

Было продемонстрировано, что улучшение характеристик квадрупольного масс-анализатора происходит при приложении к прибору магнитного поля. Сообщалось о многократном улучшении разрешения и чувствительности магнитного поля, приложенного к QMS с различной ориентацией.[11][12]

Приложения

Эти масс-спектрометры превосходны в приложениях, где изучаются конкретные представляющие интерес ионы, поскольку они могут оставаться настроенными на один ион в течение длительных периодов времени. Одно место, где это полезно, - это жидкостная хроматография-масс-спектрометрия или же газовая хроматография-масс-спектрометрия где они служат детекторами исключительно высокой специфичности. Квадрупольные инструменты часто имеют умеренную цену и являются хорошими многоцелевыми инструментами. Одноквадрупольный масс-спектрометр с ионизатором электронного удара используется в качестве автономного анализатора в анализаторы остаточных газов, газоанализаторы реального времени, плазменная диагностика и системы анализа поверхности SIMS.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c де Хоффманн, Эдмонд; Винсент Строобант (2003). Масс-спектрометрия: принципы и применение (Второе изд.). Торонто: John Wiley & Sons, Ltd. стр. 65. ISBN  978-0-471-48566-7.
  2. ^ США 2939952  Аппарат для разделения заряженных частиц с различным удельным зарядом Июн 1960 г .; Paul et al.
  3. ^ Джеральд Тешл (2012). Обыкновенные дифференциальные уравнения и динамические системы.. Провиденс: Американское математическое общество. ISBN  978-0-8218-8328-0.
  4. ^ Моррисон, Дж. Д. (1991). «Личные воспоминания сорока лет масс-спектрометрии в Австралии». Органическая масс-спектрометрия. 26 (4): 183–194. Дои:10.1002 / oms.1210260404.
  5. ^ Yost, R.A .; Энке, К. Г. (1978). «Фрагментация выбранных ионов с помощью тандемного квадрупольного масс-спектрометра» (PDF). Журнал Американского химического общества. 100 (7): 2274. Дои:10.1021 / ja00475a072. Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-02-19. Получено 2008-12-06.
  6. ^ Глиш, Г .; Скотт А. Маклаки; Ридли, Т; Повара, Р. (1982). «Новый« гибридный »секторный / квадрупольный масс-спектрометр для масс-спектрометрии / масс-спектрометрии». Международный журнал масс-спектрометрии и ионной физики. 41 (3): 157. Bibcode:1982IJMSI..41..157G. Дои:10.1016/0020-7381(82)85032-8.
  7. ^ Шевченко А; Лобода А; Шевченко А; Ens W; Standing KG (май 2000 г.). «Квадрупольная времяпролетная масс-спектрометрия MALDI: мощный инструмент для протеомных исследований». Анальный. Chem. 72 (9): 2132–41. Дои:10.1021 / ac9913659. PMID  10815976.
  8. ^ Steen H; Küster B; Манн М. (июль 2001 г.). «Квадрупольная времяпролетная масс-спектрометрия по сравнению с тройной квадрупольной масс-спектрометрии для определения фосфопептидов путем сканирования ионов-предшественников». J масс-спектрометрия. 36 (7): 782–90. Bibcode:2001JMSp ... 36..782S. Дои:10.1002 / jms.174. PMID  11473401.
  9. ^ Чернушевич, Игорь В. (2001). «Введение в квадрупольно-времяпролетную масс-спектрометрию». Журнал масс-спектрометрии. 36 (8): 849–865. Bibcode:2001JMSp ... 36..849C. Дои:10.1002 / jms.207. PMID  11523084.
  10. ^ У. фон Зан (1963). "Монопольный спектрометр, новый масс-спектрометр электрического поля". Rev. Sci. Instrum. 34 (1): 1–4. Bibcode:1963RScI ... 34 .... 1В. Дои:10.1063/1.1718110.
  11. ^ Syed S .; Maher S .; Тейлор С. (2013). «Работа квадрупольного фильтра масс под действием магнитного поля». Журнал масс-спектрометрии. 48 (12): 1325–1339. Bibcode:2013JMSp ... 48.1325S. Дои:10.1002 / jms.3293. PMID  24338888.
  12. ^ Maher S; Сайед С; Хьюз Д; Гибсон Дж; Тейлор С (2013). «Построение диаграммы устойчивости квадрупольного масс-спектрометра с приложенным статическим поперечным магнитным полем». Журнал Американского общества масс-спектрометрии. 24 (8): 1307–1314. Bibcode:2013JASMS..24.1307M. Дои:10.1007 / s13361-013-0654-5. PMID  23720050.

внешняя ссылка