Extended Length Radial Ejection Linear Ion Traps for Higher Ion Capacity and other Modes of Mass Analysis

Význam tématu

Linear iontové pasti jsou klíčovým nástrojem v hmotnostní spektrometrii díky své schopnosti akumulovat větší množství nabitých částic a snižovat prostorově-nábojové efekty oproti klasickým 3D pastech. Zvýšení délky sekce pro zachytávání iontů umožňuje až lineární navýšení kapacity, což zlepšuje citlivost, dynamický rozsah a kvalitu získaných dat. Propojení prodloužených lineárních pascí s různými režimy analýzy (kvadrupólová filtrace, vícefrekvenční hmotnostní filtrace, časový let) otevírá nové možnosti v průmyslové a výzkumné praxi.

Cíle a přehled studie / článku

Studie se zaměřila na konstrukci a testování lineárních iontových pascí se segmenty prodlouženými 2×, 3× a 4× oproti standardnímu LTQ XL. Hlavním cílem bylo demonstrovat nárůst nabíjecí kapacity a ověřit provoz v dalších režimech hmotnostní analýzy: kvadrupólové filtrace, vícefrekvenční vlnové filtrace a časového letu (TOF). Hodnoceny byly také vlivy geometrie elektrod a umístění detektorů na kvalitu spekter a rozlišení.

Použitá metodika a instrumentace

Modifikace komerčního hmotnostního spektrometru Thermo Scientific LTQ XL zahrnovaly:

• Rozšířený vakuový modul pro upevnění 2×, 3× a 4× dlouhých lineárních pascí
• Přizpůsobené elektronické řízení pro nové provozní režimy
• Různé konfigurace detektorů: dlouhý radiální tunel, sekvenční krátké radiální detektory a osový detektor pro TOF
• Konstrukce konverzního dynoda (+/−15 kV) s následným diskrétním násobiči (ETP Electron Multipliers)
• Testy kvadrupólové filtrace na Thermo TSQ Quantum MS a analýzy TOF pulzováním iontů z přední sekce do osového detektoru

Hlavní výsledky a diskuse

Nárůst nabíjecí kapacity:

• 4× prodloužená pasť dosáhla až 4,6× vyšší spektrální kapacity oproti standardu díky rozšířenému objemu zachycování a vlivu pole na axiální konce.

Rozlišení a tvar píku:

• Při standardním elektrostatickém nastavení se projevily deformace vrcholů, zejména při vyšších m/z a pomalých skenovacích rychlostech.
• Symetrické prodloužení elektrod o 0,35 mm vedlo k vyváženějšímu poli, zlepšení distribuce nabitých mraků a dosažení šířky plochy píku (FWHM) ≈ 0,52 amu při rychlosti 33 333 amu/s.

Režimy kvadrupólové filtrace a vlnové filtrace:

• Modifikované geometrie elektrod (0,35 mm stretch) byly optimalizovány pro provoz jako QMF se šířkou píku 0,7 amu.
• Vícefrekvenční dipólová excitace na X-tyčkách umožnila radální vlnové filtrování dvou m/z oken z plného skenu.

Režim časového letu (TOF):

• Pulzováním iontů z přední sekce do osového detektoru byl získán nízkorychlostní TOF spektrum, otevírající směr pro vysokorychlostní hmotnostní analýzu.

Přínosy a praktické využití metody

Prodloužené lineární pasce přinášejí:

• Výrazné zvýšení kapacity a citlivosti pro analýzu stopových a středních koncentrací analytů
• Univerzálnost provozu v režimech iontové pasti, kvadrupólové filtrace, vlnové selekce i TOF
• Zlepšenou kvalitu dat bez nutnosti kompromisu mezi rozlišením a kapacitou

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj technologie se bude zaměřovat na:

• Detailní optimalizaci tvaru a paralelismu elektrod pro vyšší rozlišení v režimech QMF a TOF
• Integraci sofistikovaných řídicích algoritmů pro automatickou volbu ideálního provozního režimu
• Rozšíření multi‐modálních analýz v online spojení s chromatografiemi a mikrofluidními systémy
• Využití strojového učení pro predikci a kompenzaci prostorově-nábojových efektů v reálném čase

Závěr

Prodloužené lineární iontové pasti (2×–4×) ve spojení s adaptivními detektory a optimalizovanou geometrií elektrod prokázaly až 4,6× vyšší nabíjecí kapacitu a schopnost pracovat v několika režimech hmotnostní analýzy. Symetrické elektrostatické nastavení zajišťuje vyvážené pole a stabilní rozlišení, čímž se otevírají nové možnosti pro vysoce výkonnou MS analýzu v různých oborech.