KVADRUPÓLOVÝ ANALYZÁTOR A IONTOVÉ PASTI

Význam tématu

Kvadrupólové analyzátory a iontové pasti představují základní prvky hmotnostní spektrometrie díky své robustnosti, vysoké citlivosti a schopnosti realizovat tandemové experimenty.

Cíle a přehled článku

Tento referát shrnuje principy provozu kvadrupólového hmotnostního filtru a iontových pastí (3D a lineárních), včetně matematického vyjádření pomocí Laplaceovy a Mathieuovy rovnice, diagramů stability a základních skenovacích funkcí.

Použitá metodika

Autoři vychází z teorie oscilujícího elektrického pole na čtyřech elektrodách, analýzy stability iontových drah v parametrech a a q a popisu dynamiky iontů v polích DC + RF napětí. Dále jsou prezentovány postupy masového skenu a tandemových protokolů s izolací, excitací a kolizní disociací iontů.

Použitá instrumentace

• Kvadrupólový filtr se čtyřmi hyperbolickými nebo kulatými tyčemi
• 3D Paulova iontová past (QIT) s prstencovou elektrodou a endcaps
• Lineární kvadrupólová past (LIT) s radiálním a axiálním vypuzením iontů
• Tandemové uspořádání Q0 - Q1 - q2 - Q3
• Iontizační zdroje: elektrosprej (ESI), elektronová ionizace (EI)
• Tlumicí plyn: helium při tlaku ~5·10⁻³ mbar
• Detektory pro zachycené a vypuzené ionty

Hlavní výsledky a diskuse

Byly definovány oblasti stability prvního řádu pro ionty v kvadrupólovém poli, vysvětlen princip selekce m/z kombinací stejnosměrného a střídavého napětí, linearita skenovací rampy a vliv parametrů na rozlišení. V iontových pastích autoři popisují zachytávání iontů v dynamickém poli, metodu izolace prekurzorového iontu, excitaci rezonanční frekvencí a kolizní disociaci s francováním fragmentů.

Přínosy a praktické využití metody

Kvadrupólové analyzátory a iontové pasti nacházejí uplatnění v proteomice, metabolomice, strukturní analýze biomolekul a v průmyslové QC. Umožňují rychlé skeny (až desítky tisíc m/z za sekundu), variabilní rozlišení a komplexní tandemové protokoly na jednom přístroji.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Digitalizace RF zdrojů a pokročilé skenovací režimy
• Optimalizované geometrie elektrod pro vyšší rozlišení
• Minaturizace pro přenosné MS aplikace
• Nové hybridní analyzátory a vícerozměrné experimenty
• Integrace ambientních ionizačních metod a MS imaging

Závěr

Referát poskytuje komplexní přehled teorie a konstrukce kvadrupólových hmotnostních filtrů a iontových pastí. Zdůrazňuje význam matematického modelování stability iontových trajektorií a praktické implementace v rychlé a citlivé analýze vzorků.

Reference

1. Paul W., Steinwedel H.: Z. Naturforsch. 8a, 448 (1953)
2. Dawson P. H.: Mass Spectrom. Rev. 5, 1 (1986)
3. Douglas D. J.: Mass Spectrom. Rev. 28, 937 (2009)
4. Mathieu E.: J. Math. Pures Appl. 13, 137 (1868)
5. March R. E., Todd J. F. J.: Quadrupole Ion Trap Mass Spectrometry, Wiley 2005
6. Paul W.: Rev. Mod. Phys. 62, 531 (1990)
7. Stafford G. C. et al.: Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc. 60, 85 (1984)
8. Welling M. et al.: Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc. 172, 95 (1998)
9. Schwartz J. C., Senko M. W., Syka J. E. P.: J. Am. Soc. Mass Spectrom. 13, 659 (2002)
10. Hager J. W.: Rapid Commun. Mass Spectrom. 16, 512 (2002)
11. Remes P. M. et al.: Int. J. Mass Spectrom. 377, 368 (2015)
12. Song Q. et al.: J. Mass Spectrom. 45, 26 (2010)
13. Ouyang Z., Cooks R. G.: Anal. Chem. 2, 187 (2009)
14. Li X. et al.: Analyst 144, 5127 (2019)
15. Hendricks P. et al.: Int. J. Mass Spectrom. 305, 69 (2011)
16. Kaiser R. E. et al.: Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc. 106, 79 (1991)
17. Williams J. D., Cooks R. G.: Rapid Commun. Mass Spectrom. 6, 524 (1992)
18. March R. E.: Mass Spectrom. Rev. 28, 961 (2009)
19. March R. E., Todd J. F. J.: Int. J. Mass Spectrom. 377, 316 (2015)