|
|
Введение
Нужды биоаналитической химии являются основной движущей силой
новых разработок в масс-спектрометрии в последнее время. Геномика, протеомика, метаболомика, липидомика, разработка новых
лекарственных средств, их клинические испытания и тому подобные работы требуют выполнения анализов черейзвычайно сложных
многокомпонентных смесей, детектирования совершенно различных по структуре соединений, часто в предельно малых концентрациях.
Эти задачи требуют применения приборов с лучшими характеристиками разрешения по массам, точности определения массы, динамического
диапазона, возможностей тандемной масс-спектрометрии. Ввиду широты использования таких приборов они должны быть простыми в
использовании, давать надежные и воспроизводимые результаты.
Основным методом, используемым для решения задач биоаналитики является тандемная или многостадийная масс-спектрометрия,
с использованием различных способов генерации характеристических фрагментных ионов, которые несут информацию о последовательностях
аминокислот или сахаров и, следовательно, позволяют устанавливать структуру пептидов, белков или гликопротеинов. Измерения точных масс
с достаточно высоким разрешением позволяет серьезно ограничить гигантское количество вероятных молекулярных формул, отвечающих
специфическим молекулярным массам. Измерение масс с точностью 10 ppm, например, сокращает количество вероятных кандидатов для
определения бутто-формулы до десятков, более предпочтительна точность 1 - 2 ppm, сокращающая выбор формлулы до 1 - 2 вероятных
структур.
Высокое разрешение и точное определение массы может быть достигнуто на масс-спектрометрах с двойной фокусировкой , ионно-циклотронного
резонанса, время-пролетных анализаторах (TOF), квадрупольные ионные ловушки в лучем случае дают точность 20 ppm. Первые требуют использования
режима Peak Matching и являются относительно медленными во временной шкале высокоэффективного разделения с помощью жидкостной хроматографии.
Масс-спектрометры ионно-циклотронного резонанса идеальны для такого анализа.
Проблемой с ними является относительно высокая стоимость эксплуатации (жидкий гелий и азот для сверхпроводящего магнита) и маленький
динамический диапазон внутри масс-спектра (при определении массы максимального пика в масс-спектре с точностью 1-2 ppm, пик в 1000
раз меньший по интенсивности уже не виден). Некоторую сложность также представляет собой сочетания многомерной масс-спектрометрии в короткие
времена и ИЦР. Время-пролетные масс-спектрометры позволяют достигать хорошей точности измерения массы, но ограничены в использовании
режимов многомерной масс-спектрометрии, а источники ассистируемой матрицей ионизации лазерной десорбцией не дают полипротонированных ионов,
позволяющих измерять большие массы в малых диапазонах m/z, а с ростом m/z их разрешение катастрофически падает.
Электростатические ловушки ионов
Электростатическая ловушка ионов была впервые предложена Кингдоном в 1923 году. В конце 90-ых годов прошлого столетия Александр
Макаров разработал совершенно новый масс-анализатор, базирующийся на электростатической аксиально гармонической орбитальной ловушке ионов.
Орбитальная ионная ловушка, или Orbitrap, использует симметричное статическое электрическое поле между внешним и внутренним электродами
специальной формы. Попадающие в поле ионы начинают двигаться по стабильным циклическим траекториям вокруг центрального электрода и одновременно
осцилировать вдоль оси центрального электрода (благодаря тому, что введенные перпендикулярно центральной оси в ловушку ионы обладают потенциальной
энергией вследствие отклонения точки ввода от точки симметрии ловушки). Хотя радиальная и угловая частоты также зависят от m/z иона,
гармоническая осциляция ионов вдоль оси z не зависит от этих величин. По аналогии с ионно-циклотронным резонансом ион детектируется по
наведенному изображению тока на внешних электродах, а затем, конвертируется в масс-спектр с помощью алгоритма Фурье-преобразования.
Благодаря тому, что аксиальная осциляция не зависит от энергии ионов и тому, что электрическое поле установливается с высокой
точностью и стабильностью, может быть достигнуто высокое разрешение и масса может быть измерена с высокой точностью. Орбитальная ловушка
также характеизуется большей емкостью ионов. Большая емкость пространственного заряда по сравнению с ионно-циклотронной и квадрупольной
ловушками позволяет достигать большей точности измерения массы, более широкого динамического диапазона и диапазона отношений величин
массы к заряду.
Дальше:
Введение в ORBITRAP
Техническое описание
Характеристики
Применения
| |
|
|
|
