IN SEARCH OF THE PERFECT NOTCH: A NOVEL APPROACH TO THE OPTIMIZATION OF DIPOLE EXCITATION WAVEFORMS IN QUADRUPOLE MASS FILTERS

Význam tématu

Optimalizace selektivního potlačení vybrané m/z oblasti („notch“) v kvadrupólových hmotnostních filtrech umožňuje cílenou fragmentaci jednoho prekurzoru při zachování citlivosti a specificity v tandemové hmotnostní spektrometrii.
V praxi to otevírá možnosti pro paralelní analýzu více látek s minimálním navzájemným rušením a pro pokročilé režimy Data Independent Acquisition.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem práce je navrhnout a ověřit novou metodu pro tvorbu ostrých notche pomocí superpozice N sinusových dipólových excitací s optimalizovanými amplitudami a fázemi.
Výsledný přístup využívá Markov Chain Monte Carlo (MCMC) s prvky simulovaného žíhání k nalezení mnoha ekvivalentních řešení pro požadovanou notch m/z oblast.

Použitá metodika a instrumentace

Modelování bylo provedeno v C++ na zjednodušeném 2D kvadrupólu (r₀=5,3 mm, délka 130 mm, RF 300 V při 830 kHz) s dipólovými excitacemi o proměnných parametrech.
Pro ověření výsledků byla použita SIMIONTM simulace, která zachycuje reálnější fyziku iontů.

Hlavní výsledky a diskuse

Optimalizace pomocí MCMC vedla k vysoce kvalitním notch profilům v simulovaných datech i v SIMIONTM modelu, zejména pro m/z 200–400 Th.
Bylo prokázáno, že existuje mnoho parametrických konfigurací dosažitelné kvality a že výsledná vlna působí efektivní potlačení bez významných artefaktů.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje flexibilní návrh přenosových profilů, včetně více ostře ohraničených notch oblastí a variabilních regionů částečné propustnosti.
Potenciální aplikace zahrnují vylepšení citlivosti a specificity v režimech DIA i v selektivní fragmentaci prekurzorů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další práce by se mohla zaměřit na limity ostrosti hrany notch profilu, optimalizaci délky záznamu vlny a apodizaci začátku a konce vlny.
Možné je také zúžení parametrového prostoru fixací fází či amplitud nebo aplikace adaptivnějších algoritmů optimalizace.

Závěr

Popsaná MCMC optimalizace dipólových excitací představuje univerzální nástroj pro tvorbu cílených přenosových profilů v kvadrupólových filtrech.
Simulace potvrdily shodu teoretického návrhu s chováním reálného systému a ukázaly vysokou variabilitu použitelných řešení.

Reference

• SIMION. Adaptas Solutions LLC. online resource, https://simion.com
• Richardson K.; Green M.; Hughes C. Comparison Of Product Ion Specificity In LC-MS-Data Independent Acquisition (DIA) Data Between MSe And MSe With M/Z Selective Intensity Encoding. Proceedings of ASMS 2022.
• Comisarow M. B.; Marshall A. G. Chem. Phys. Lett. 1974, 25, 282–283.
• Chen L. et al. Anal. Chem. 1987, 59, 449–454.
• Feynman R. P.; Leighton B. L.; Sands M. L. The Feynman Lectures On Physics; online edition.