Interference of adjacent ion signals in CDMS: the effect on charge accuracy and potential correction algorithms

Význam tématu

Analýza jednotlivých iontů v CDMS umožňuje přesné stanovení poměru m/z a počtu nábojů makromolekulárních systémů. Přesná identifikace náboje je klíčová pro spolehlivé určení hmotnosti virů, proteinů a dalších velkých biomolekul. Interferenční vlivy sousedních iontů v časovém či frekvenčním průběhu mohou výrazně zkreslit výsledky a následně ovlivnit kvalitu dat.

Cíle a přehled studie

Cílem studie je kvantifikovat vliv interference iontů na přesnost přiřazení náboje v CDMS využívající STORI a misSTORI analýzu. Autoři porovnávají stávající metodu filtrů ve frekvenční doméně s novým algoritmem odečítání rušivého signálu a hodnotí jejich účinnost na uměle generovaných přechodových signálech.

Použitá metodika a instrumentace

Pro simulaci iontových signálů byly použity vlastní Python skripty, které generovaly umělé transienty reprezentující jeden či dva ionty s řízenou životností a změnami frekvence. K měření sloužil Orbitrap analyzér Thermo Fisher Scientific vybavený Automatic Ion Control. Analýza signálů probíhala pomocí STORI a misSTORI postprocesování, které sleduje:

• frekvenci iontu
• amplitudu iontového proudu
• čas zmizení iontu (survival time)
• fázi signálu

Hlavní výsledky a diskuse

Interferenční signály vytvářejí v STORI grafech charakteristický ripple efekt, který vede k chybným odhadům náboje (příklad: +150 vs. +148). Při filtraci ve frekvenční doméně autoři testovali různé typy oken (box, Gaussian, polovina sínusovky s plochým vrcholem). Nejlepší výsledky přinesla polovina sínusovky s plochým vrcholem, ovšem její účinnost klesá při velmi blízkých kmitočtových soubězích. Navržený iterativní algoritmus odečítání umělých signálů umožňuje postupně eliminovat rušivý signál a zlepšit přesnost určení čtyř sledovaných parametrů iontu.

Přínosy a praktické využití metody

Zavedená korekce významně zvyšuje spolehlivost stanovení náboje v CDMS bez nutnosti hardwarových úprav. To rozšiřuje možnosti analýzy velkých biomolekul v biochemii, virologii, farmacii i v QA/QC laboratořích průmyslových aplikací.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj metodologie směřuje k:

• automatizaci korekčních algoritmů v reálném čase
• integraci strojového učení pro predikci a potlačení interference
• vylepšení hardware pro aktivní potlačení rušivých signálů již při akvizici

Závěr

Interference sousedních iontů představuje klíčovou výzvu pro přesné přiřazení náboje v CDMS. Kombinace STORI/misSTORI analýzy a iterativního odečítání umělých signálů poskytuje efektivní cestu ke snížení těchto artefaktů a k významnému zlepšení kvality výsledných dat.

Reference

1. Goodwin MP; Grinfeld D; Yip P; Bowen KP; Kafader JO; Kelleher NL; Senko MW. Improved Signal Processing for Mass Shifting Ions in Charge Detection Mass Spectrometry. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2024, 35(4), 658-662.
2. Kafader JO; Beu SC; Early BP; Melani RD; Durbin KR; Zabrouskov V; Makarov AA; Maze JT; Shinholt DL; Yip PF; Kelleher NL; Compton PD; Senko MW. STORI Plots Enable Accurate Tracking of Individual Ion Signals. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2019, 30(11), 2200-2203.