Characterization of a detection system with high sensitivity and dynamic range for a novel HRAM mass spectrometer

Význam tématu

Efektivní detekce iontů je zásadní pro dosažení vysoké citlivosti hmotnostních spektrometrů a pro rozšíření lineárního dynamického rozsahu. Tyto vlastnosti umožňují přesné měření jak nízkých koncentrací jednotlivých iontů, tak i špiček s tisícovkami nábojů.

Cíle a přehled studie / článku

Článek popisuje vývoj a komplexní charakterizaci nové detekční soustavy pro vysoce přesný a vysokorozlišovací analyzátor Thermo Scientific Orbitrap Astral. Cílem je maximalizovat citlivost, lineární dynamický rozsah, stabilitu zesílení a životnost detektoru.

Použitá metodika a instrumentace

Pro měření byly využity následující komponenty a postupy:

• Orbitrap Exploris 480 spojený s Astral analyzátorem
• Postakcelerační elektroda a MTOF ion detector (El-Mul Technologies)
• Scintilátor s fotomultiplikátorovou trubicí (PMT) se ziskem cca 10^5
• Dvojkanálový předzesilovač s poměrem zisku 1:10
• 14bitový analogově-digitální převodník
• Kalibrace pomocí FlexMix a AHFP

Detekční princip zahrnuje urychlení iontů na konverzní dynodu, generaci sekundárních elektronů, jejich přeměnu na fotony ve scintilátoru a následnou detekci PMT.

Hlavní výsledky a diskuse

Charakterizace prokázala:

• Detekční účinnost až 80 % při PMT napětí kolem 550 V bez ztráty linearity
• Lineární dynamický rozsah vyšší než 1 : 1000 s detekcí jednotlivých iontů i špiček obsahujících tisíce nábojů
• Klesající účinnost detekce od 100 % při m/z ≈ 140 na 20 % při m/z 7000 vzhledem k rychlosti iontů
• Linearitu signálu podle nábojového stavu až do 12 nábojů
• Zesílení stabilní po 30 hodinách měření i po opakovaném větrání a vypékání
• Pokles průměrné výšky pulsu jen o 7 % po dodaném náboji 5,6 μC (odpovídá ročnímu provozu)

Přínosy a praktické využití metody

Díky vysoké citlivosti a širokému dynamickému rozsahu lze spolehlivě detekovat stopová množství látek i vysoce nabité komplexní ionty. Stabilní zesílení snižuje frekvenci kalibrací a uzavřená konstrukce PMT prodlužuje životnost detektoru a snižuje náklady na údržbu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Tato detekční konfigurace se uplatní v pokročilé proteomice, farmaceutickém výzkumu i QA/QC průmyslové analytiky. Očekává se integrace s automatizovanou přípravou vzorků, další zdokonalení iontových detektorů a využití pro dlouhodobé monitoringové experimenty.

Závěr

Nová detekční soustava pro Astral analyzátor přináší zásadní zlepšení citlivosti, lineárního dynamického rozsahu a životnosti. Umožňuje spolehlivou detekci jednotlivých i multi-iontových špiček s minimální požadavky na údržbu.

Reference

• Grinfeld D., Makarov A. (2013) Multi-reflection mass spectrometer. United States Patent US9136102B2
• Stewart H., Hock C., Giannakopulos A., Grinfeld D., Heming R., Makarov A. (2018) A rectilinear pulsed-extraction ion trap with auxiliary axial DC trapping electrodes. Proceedings of the 66th ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics
• Stewart H., Petzoldt J., Hagedorn B., Grinfeld D. (2022) Method of gain calibration. United States Patent US20220367165A1