Enabling up to 270Hz acquisition speed on the Orbitrap Astral Zoom MS

Význam tématu

Vysokorychlostní hmotnostní spektrometrie umožňuje zpracování velkého počtu vzorků při zachování kvantitativní přesnosti. Zrychlení akvizičních rychlostí podporuje analýzu složitých biologických a chemických matic v rámci krátkých chromatografických běhů a maximalizuje využití LC vrcholu. Moderní přístrojové inovace směřují ke zkrácení dob přepínání iontové optiky a přenosu iontů mezi jednotlivými částmi hmotnostního spektrometru.

Cíle a přehled studie / článku

Autoři představují vylepšenou verzi Orbitrap Astral MS nazvanou Orbitrap Astral Zoom MS. Studie se zaměřuje na optimalizaci iontového filtru, kvadrupólu a iontového routeru tak, aby bylo dosaženo akvizičních rychlostí až 270 Hz při zachování přenosové účinnosti a odolnosti vůči m/z závislým časům přenosu. Posuzována je výkonnost v podmínkách data independent acquisition (DIA) a data dependent acquisition (DDA).

Použitá metodika

Pro stanovení dob přepnutí a přenosových časů byly použity elektrospray ionty Thermo Scientific Pierce FlexMix (m/z 69–1722). Měření zahrnovala:

• časový průběh stabilizace iontových filtrů při skocích v izolačním okně (m/z centrum ± izolace),
• minimální časy pro uvolnění iontů z Ion Routing Multipole (IRM),
• přenosové časy iontů z IRM do iontového procesoru a uvnitř něj (přechod z vysokého do nízkého tlaku),
• vyhodnocení skenovací rychlosti a duty cycle pro DIA a DDA metody při různých injekčních časech.

Použitá instrumentace

• Orbitrap Astral Zoom mass spectrometer (Thermo Fisher Scientific),
• rychlý iontový filtr (Fast Ion Filter),
• kvadrupól s vysokou rychlostí přepínání (High Speed Quadrupole),
• Ion Routing Multipole (IRM) s výkonnějším axiálním gradientem,
• iontový procesor (Ion Processor),
• Bent Trap pro předakumulaci iontů.

Hlavní výsledky a diskuse

Optimalizace vedla ke zkrácení dob přepnutí iontového filtru a kvadrupólu na 2,5 ms bez závislosti na směru změny izolačního centra až pro Δm/z 15 Th. Přenosové časy iontů z IRM do procesoru se zkrátily z ~1,5 ms na 0,8 ms pro m/z do 1000 a upraveny pro vyšší m/z. Přechod vysokotlaké části iontového procesoru do nízkotlaké byl redukován z 2,5 ms na 1,8 ms. Díky těmto vylepšením dosahuje Orbitrap Astral Zoom MS skenovací rychlosti 270 Hz pro DIA metody při injekci 2 ms (proti 220 Hz u předchozí verze) a zvýšení DDA rychlosti o 20–40 Hz. Duty cycle překračuje 75 % při použití předakumulace.

Přínosy a praktické využití metody

Vysokorychlostní akvizice umožňuje:

• zvýšit počet měřených vzorků na den při zachování kvalitativní a kvantitativní spolehlivosti,
• efektivní průzkum komplexních proteomických a metabolomických vzorků,
• zkrátit časy analýzy v rutinních provozech (QA/QC, klinická analýza),
• zvýšit robustnost metodiky díky méně citlivým přenosovým časům na tlakové fluktuace.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další směřování vývoje zahrnuje:

• integraci umělé inteligence pro optimalizaci akvizičních strategií,
• další zkracování dob přenosu s využitím pokročilých materiálů a elektrodových geometrií,
• rozšíření výkonu v multi-omics aplikacích (metabolomika, lipidomika),
• využití v klinických a farmaceutických laboratořích pro rychlou a přesnou diagnostiku.

Závěr

Orbitrap Astral Zoom MS představuje významný pokrok v rychlosti a efektivitě hmotnostní spektrometrie. Kombinace vylepšených iontových filtrů, kvadrupólu, IRM a iontového procesoru umožňuje akviziční rychlosti až 270 Hz a vysoký duty cycle > 75 %. Tato technologie umožňuje dosažení vysokého průtoku vzorků při zachování přesnosti a citlivosti, což otevírá nové možnosti pro komplexní analytické úlohy.

Reference

• Stewart H. et al. Parallelized Acquisition of Orbitrap and Astral Analyzers Enables High-Throughput Quantitative Analysis; Analytical Chemistry 2023, 95(42):15656-15664. DOI: 10.1021/acs.analchem.3c02856