Orbitrap Mass Spectrometry: Ultrahigh Resolution for Every Lab

Význam tématu

Massová spektrometrie s orbitrap analyzátorem představuje klíčový nástroj pro ultra-vysoké rozlišení a přesnou detekci iontů ve vědeckém a průmyslovém prostředí. Je nepostradatelná pro proteomiku, metabolomiku, farmakokinetiku a kvantitativní analýzy s vyžadovanou vysokou hmotnostní přesností.

Cíle a přehled článku

Příspěvek přináší komplexní popis principu funkce orbitrap analyzátoru, jeho historický vývoj od teoretických konceptů až po komerčně dostupné přístroje, včetně hlavních technologických inovací jako jsou high-field kompaktibilní past, enhanced FT a integrace s lineárním i kvadrupolárním pastěm.

Použitá metodika a instrumentace

• Orbitrap analyzátor s elektrostatickou orbitální pastí pro detekci frekvence oscilací iontů
• Lineární past LTQ a C-trap pro akumulaci, chlazení a kompresi iontových balíčků
• Kompaktní high-field orbitrap pro zvýšení frekvence a rozlišení při zachování vysoké přesnosti
• S-lens a blokátor neutrálních částic pro zvýšení přenosu iontů
• Detekční systém s image current preamplifierem a pokročilým Fourierovým zpracováním signálu včetně enhanced FT
• Možnost tandemové hmotnostní spektrometrie (HCD, SID, ETD) integrované do C-trap/HCD buněk

Hlavní výsledky a diskuse

• Orbitrap poskytuje rozlišení až >300 000 (FWHM) v řádu sekundové akvizice, u compact high-field pasti až 1,8× vyšší četnost oscilací
• Enhanced FT (eFT™) zdvojnásobuje rozlišení a zvyšuje citlivost stabilizací signálu a optimalizovanou filtrací napětí
• Orbitrap Elite dosahuje >12 skenů/s s rozlišením R=60 000 a rozšířeným dynamickým rozsahem pro top-down proteomiku
• Q Exactive kombinuje kvadrupólový filtr pro selektivní izolaci, pAGC a parallelní naplňování C-trapu, čímž dosahuje vysoké rychlosti a spolehlivosti LC-MS/MS analýz
• Použití SIM, multiplexing a prediktivní AGC významně zvyšuje citlivost a dynamický rozsah kvantitativních analýz

Přínosy a praktické využití metody

• Robustní a vysoce přesné hmotnostní měření vhodné pro složité směsi v proteomice, farmaceutickém výzkumu a environmentální analytice
• Vysoká rozlišovací schopnost minimalizuje interferenci izobarických složek
• Flexibilní instrumentace umožňuje rychlé přepínání mezi rutinou a výzkumnými aplikacemi (top-down, bottom-up, kvantifikace trace analyzátů)
• Automatizované metody pAGC, multiplex SIM a eFT usnadňují implementaci v QA/QC laboratořích

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další zvyšování rychlosti skenování a rozlišení za využití pokročilých materiálů a elektroniky
• Vývoj ještě kompaktnějších orbitrapů pro benchtop a mobilní aplikace
• Rozšíření top-down proteomiky pro analýzu vyšších proteomových komplexů
• Integrace hyphenovaných technik (IMS, GC/LC) pro multidimenzionální separace a analýzu
• Využití umělé inteligence pro optimalizaci akvizičních metod a interpretaci dat

Závěr

Orbitrap mass spectrometry představuje unikátní kombinaci ultra-vysokého rozlišení, masové přesnosti a citlivosti vhodnou pro široké spektrum analytických úloh. Díky kontinuálním inovacím v instrumentaci i algoritmech zpracování signálu se stal standardním nástrojem v moderní analytické laboratoři s rostoucím potenciálem pro nové aplikace.

Reference

1. Makarov A. Anal. Chem. 2000;72(6):1156–1162.
2. Lange O. et al. Proc. ASMS 2011.
3. Michalski A. et al. Mol. Cell Proteomics 2011;10.