IONTOVÁ CYKLOTRONOVÁ REZONANCE S FOURIEROVOU TRANSFORMACÍ
Vědecké články | 2020 | Chemické listyInstrumentaceZaměřeníVýrobce
Iontová cyklotronová rezonance s Fourierovou transformací (FT-ICR) patří k nejvýkonnějším metodám hmotnostní spektrometrie. Díky extrémně vysokému rozlišení (FWHM >1 000 000) a vysoké přesnosti (<1 ppm) umožňuje analýzu komplexních směsí a velkých biomolekul bez nutnosti separační fáze. Metoda je klíčová pro obory jako petrochemie, strukturní biologie, proteomika či průmyslová kontrola kvality.
Tento referát si klade za cíl shrnout hlavní fyzikální principy a experimentální postupy FT-ICR-MS. Obsahuje přehled:
Metoda využívá:
Standardní FT-ICR experiment zahrnuje:
Diskuse se zaměřuje na:
FT-ICR-MS poskytuje:
Směřuje se k:
FT-ICR-MS vyniká nejvyšším možným rozlišením, citlivostí a přesností v hmotnostní spektrometrii. Jeho široké uplatnění limitují vysoké pořizovací náklady a provozní náklady na kryogeny. Pokrok v technologiích magnetů bez kryogenů a nové detekční přístupy otevírají perspektivu širšího nasazení v akademickém i průmyslovém sektoru.
Souhrn
Význam tématu
Iontová cyklotronová rezonance s Fourierovou transformací (FT-ICR) patří k nejvýkonnějším metodám hmotnostní spektrometrie. Díky extrémně vysokému rozlišení (FWHM >1 000 000) a vysoké přesnosti (<1 ppm) umožňuje analýzu komplexních směsí a velkých biomolekul bez nutnosti separační fáze. Metoda je klíčová pro obory jako petrochemie, strukturní biologie, proteomika či průmyslová kontrola kvality.
Cíle a přehled studie
Tento referát si klade za cíl shrnout hlavní fyzikální principy a experimentální postupy FT-ICR-MS. Obsahuje přehled:
- základů pohybu iontů v homogenním magnetickém poli,
- principu excitace a detekce koherentního cyklotronového pohybu,
- struktury ICR cely a její dynamické harmonizace,
- vlivu parametrů sběru dat na rozlišení a kvalitu spektra.
Použitá metodika a instrumentace
Metoda využívá:
- iontové zdroje ESI (elektrosprej) a MALDI,
- iontové akumulace v externím multipólu či iontové pasti,
- cyklotronovou celu umístěnou v supravodivém magnetu o indukci 7–15 T chlazeném kapalným heliem a kryomechanickou pumpou,
- excitaci RF polem na rezonující frekvenci pro koherentní rotaci iontů,
- detekci image current na protilehlých elektrodách a následnou širokopásmovou RF elektroniku pro převod signálu,
- digitizaci dat s respektováním Nyquistova kritéria a Fourierovu transformaci do frekvenčního spektra.
Hlavní výsledky a diskuse
Standardní FT-ICR experiment zahrnuje:
- generaci a akumulaci iontů,
- dávkování a záchyt iontů v ICR cele,
- RF excitaci na vyšší orbity,
- koherentní pohyb a detekci image current,
- zesílení, digitalizaci a Fourierovu transformaci signálu.
Diskuse se zaměřuje na:
- vliv elektrického záchytného pole na redukovanou cyklotronovou frekvenci,
- dopad prostorového náboje a defázování na tvar transientu,
- potlačení vyšších harmonických pomocí dynamické harmonizace cely a 2ω detekce pro zdvojnásobení rozlišení,
- trade-off mezi rozlišením, citlivostí a velikostí datových souborů.
Přínosy a praktické využití metody
FT-ICR-MS poskytuje:
- ultra vysoké rozlišení pro rozlišení izobarických složek,
- femtomolární citlivost pro stopové analýzy,
- široký dynamický rozsah pro analýzu komplexních směsí (petroleomy, metabolomy, proteomy),
- MS/MS a vysoké přesnosti pro strukturní charakterizaci molekul.
Budoucí trendy a možnosti využití
Směřuje se k:
- vyšším magnetickým indukcím (>12 T) a vývoji magnetů bez potřeby kapalného helia,
- dalsí optimalizaci geometrií ICR cely a dynamické harmonizace,
- rozvoji 2ω a vícenásobných harmonických detekcí pro další zvýšení rozlišení,
- integrovaným aplikacím s kapalinovou chromatografií, zobrazovací MS a top-down proteomikou.
Závěr
FT-ICR-MS vyniká nejvyšším možným rozlišením, citlivostí a přesností v hmotnostní spektrometrii. Jeho široké uplatnění limitují vysoké pořizovací náklady a provozní náklady na kryogeny. Pokrok v technologiích magnetů bez kryogenů a nové detekční přístupy otevírají perspektivu širšího nasazení v akademickém i průmyslovém sektoru.
Reference
- Fernandez-Lima F A; Becker C; McKenna A M; Rodgers R P; Marshall A G; Russell D H Anal Chem 81, 9941 (2009)
- Marshall A G; Rodgers R P Proc Natl Acad Sci U S A 105, 18090 (2008)
- Cooper H J; Hakansson K; Marshall A G Mass Spectrom Rev 24, 201 (2005)
- Li H; Nguyen H H; Ogorzalek Loo R R; Campuzano I D G; Loo J A Nat Chem 10, 139 (2018)
- Sommer H; Thomas H A; Hipple J A Phys Rev 82, 697 (1951)
- Marshall A G Int J Mass Spectrom 200, 331 (2000)
- Boldin I A; Nikolaev E N Rapid Commun Mass Spectrom 25, 122 (2011)
- Nikolaev E N; Boldin I A; Jertz R; Baykut G J Am Soc Mass Spectrom 22, 1125 (2011)
- Schweihard L; Lindinger M; Kluge H J Int J Mass Spectrom Ion Processes 98, 25 (1990)
- Nikolaev E N; Gorshkov M V; Mordehai A V; Talrose V L Rapid Commun Mass Spectrom 4, 144 (1990)
- Jertz R; Friedrich J; Kriete C; Nikolaev E N; Baykut G J Am Soc Mass Spectrom 26, 1349 (2015)
- Von Zahn U; Tatarczyk H Phys Lett 12, 190 (1964)
- Marshall A G; Hendrickson C L Int J Mass Spectrom 215, 59 (2002)
- Comisarow M B Int J Mass Spectrom Ion Physics 26, 369 (1978)
- Marshall A G; Verdun F R Fourier Transforms in NMR Optical and Mass Spectrometry A Users Handbook Elsevier Science Publishers Amsterdam (2016)
Podobná PDF
IONTOVÁ CYKLOTRONOVÁ REZONANCE S FOURIEROVOU TRANSFORMACÍ (FT-ICR MS) A JEJÍ VYUŽITÍ JAKO NEJFLEXIBILNĚJŠÍ HMOTNOSTNĚ SPEKTROMETRICKÉ METODY V PROTEOMICE
2005|Bruker|Vědecké články
Chem. Listy 99, 943 − 951 (2005) Referáty IONTOVÁ CYKLOTRONOVÁ REZONANCE S FOURIEROVOU TRANSFORMACÍ (FT-ICR MS) A JEJÍ VYUŽITÍ JAKO NEJFLEXIBILNĚJŠÍ HMOTNOSTNĚ SPEKTROMETRICKÉ METODY V PROTEOMICE MICHAL BOHÁČa, ARND INGENDOHb, JENS FUCHSERb a MATTHIAS WITTb vzrůstajícím vakuem až do ICR…
Klíčová slova
maldi, maldiicr, icrreferáty, referátyesi, esiiontů, iontůspektrum, spektrumionty, iontypro, proftms, ftmsecd, ecdcele, celehmotnostně, hmotnostněpřed, předcyklotronová, cyklotronovádochází
ÚVOD DO TANDEMOVÉ HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE
2020||Vědecké články
Chem. Listy 114, 133−144 (2020) Referát ÚVOD DO TANDEMOVÉ HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE Martin Sadílek 1. Úvod a definice University of Washington, Seattle, WA 98195-1700, Spojené státy americké [email protected] Lidová moudrost, že „ve dvou se to lépe táhne“, platí i v oblasti…
Klíčová slova
iontů, iontůhmotnostní, hmotnostníaktivaci, aktivacireferát, referátths, thselektronu, elektronupro, prodisociace, disociaceenergie, energienízký, nízkýaktivace, aktivaceenergií, energiíprostoru, prostoruhmotnostních, hmotnostníchrozpady
KVADRUPÓLOVÝ ANALYZÁTOR A IONTOVÉ PASTI
2020||Vědecké články
Chem. Listy 114, 106−112 (2020) Referát KVADRUPÓLOVÝ ANALYZÁTOR A IONTOVÉ PASTI Vladimír Havlíček a František Tureček tuda vloženého napětí, je úhlová frekvence a t je čas. Radiofrekvenční složky jsou fázově posunuty o 180º tak, že dvojice protilehlých tyčí mají…
Klíčová slova
iontů, iontůpasti, pastireferát, referátnapětí, napětíiontové, iontovéamplitudy, amplitudykvadrupólová, kvadrupólováradiofrekvenční, radiofrekvenčnísken, skenlineární, lineárníjako, jakoionty, iontyskenu, skenujsou, jsouiontu
SPOJENÍ ELEKTROCHEMICKÝCH METOD S HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIÍ – POTENCIÁL PRO ANALYTICKOU A FYZIKÁLNÍ CHEMII A BIOCHEMII
2016||Vědecké články
Chem. Listy 110, 31(2016) Referát SPOJENÍ ELEKTROCHEMICKÝCH METOD S HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIÍ – POTENCIÁL PRO ANALYTICKOU A FYZIKÁLNÍ CHEMII A BIOCHEMII JANA JAKLOVÁ DYTRTOVÁa,b a MICHAL JAKLc ků na přístroje v laboratoři i počet obsluhujících pracovníků, což jsou nesporně důvody, které…
Klíčová slova
analytu, analytupro, prospojení, spojeníspektrometrií, spektrometriíreferát, referáthmotnostní, hmotnostnípracovní, pracovnívyužití, využitízapojení, zapojeníelektrochemickou, elektrochemickouseparaci, separacielektrody, elektrodymetod, metodelektrochemické, elektrochemickéseparace