Orbitrap - Orbitrap
Olarak , kütle spektrometrisi , Orbitrap bir bir iyon kapanı kütle analizörü bir dış kovan benzeri bir elektrot içeren bir eş-eksenli iç iğsi elektrot bu mil etrafında yörüngesel hareket trans iyonları. Yakalanan iyonlardan gelen görüntü akımı tespit edilir ve frekans sinyalinin Fourier dönüşümü kullanılarak bir kütle spektrumuna dönüştürülür .
Tarih
Elektrostatik olarak iyonları merkezi bir iş mili etrafındaki bir yörüngede tutma kavramı, 1920'lerin başında Kenneth Hay Kingdon tarafından geliştirildi. Kingdon'un tuzak ince merkezi tel ve bir dış silindir biçimindeki elektrod oluşur. Statik uygulanan bir voltaj, elektrotlar arasında radyal logaritmik bir potansiyel ile sonuçlanır. 1981'de Knight, iyonları tuzak ekseninde sınırlayan eksenel bir dört kutuplu terimi içeren modifiye bir dış elektrot tanıttı. Ne Kingdon ne de Knight konfigürasyonlarının kütle spektrumları ürettiği rapor edilmedi. 1990'ların sonunda Makarov tarafından Orbitrap analizörünün icadı ve prensip kanıtı , bu analizörün Thermo Fisher Scientific tarafından hibrit LTQ Orbitrap cihazının bir parçası olarak ticari olarak tanıtılmasıyla sonuçlanan bir dizi teknolojik gelişmeyi başlattı . 2005.
Çalışma prensibi
yakalama
Orbitrap'te iyonlar tutulur çünkü iç elektrota olan elektrostatik çekimleri ataletleriyle dengelenir. Böylece iyonlar, eliptik yörüngelerde iç elektrot etrafında döner. Ek olarak, iyonlar ayrıca merkezi elektrotun ekseni boyunca ileri geri hareket eder, böylece uzaydaki yörüngeleri sarmallara benzer. Kuadro logaritmik potansiyelin özelliklerinden dolayı eksenel hareketleri harmoniktir , yani sadece iç elektrot etrafındaki hareketten değil, aynı zamanda kütle-yük oranları m/z hariç iyonların tüm başlangıç parametrelerinden de tamamen bağımsızdır. . Bu açısal frekans olup: ω = √ k / ( m / z ) , k olan kuvvet sabiti benzer potansiyeli, yay sabiti .
Enjeksiyon
İyonları harici bir iyon kaynağından enjekte etmek için önce elektrotlar arasındaki alan azaltılır. İyon paketleri alana teğet olarak enjekte edildiğinden, iç elektrot üzerindeki voltajın yükseltilmesiyle elektrik alanı arttırılır. İyonlar, tuzak içinde istenilen yörüngeye ulaşana kadar iç elektrota doğru sıkıştırılır. O anda rampa durdurulur, alan statik hale gelir ve algılama başlayabilir. Her paket, belirli bir hacme yayılmış çok sayıda farklı hızlarda iyon içerir. Bu iyonlar farklı dönme frekanslarında fakat aynı eksenel frekansta hareket ederler. Bu, belirli bir kütle-yük oranındaki iyonların , iç mil boyunca salınan halkalara yayıldığı anlamına gelir .
Teknolojinin prensip kanıtı, harici bir lazer desorpsiyon ve iyonizasyon iyon kaynağından iyonların doğrudan enjeksiyonu kullanılarak gerçekleştirildi. Bu enjeksiyon yöntemi, MALDI gibi darbeli kaynaklarla iyi çalışır ancak elektrosprey gibi sürekli iyon kaynaklarıyla arabirim oluşturulamaz .
Tüm ticari Orbitrap kütle spektrometreleri, iyon enjeksiyonu ( C-trap ) için eğri bir doğrusal tuzak kullanır . RF voltajlarını hızla düşürerek ve C-tuzağı boyunca DC gradyanları uygulayarak iyonlar, lazer iyon kaynağından gelenlere benzer kısa paketler halinde demetlenebilir. C-trap; analizör, enjeksiyon optiği ve diferansiyel pompalama ile sıkı bir şekilde entegre edilmiştir.
heyecan
Prensipte, iyon halkalarının uyumlu eksenel salınımları, burada ve referanslarda gösterildiği gibi dış elektrota RF dalga biçimleri uygulanarak uyarılabilir. Bununla birlikte, iyon paketleri minimum eksenel potansiyelden uzağa enjekte edilirse (ki bu, elektrotların en kalın kısmına karşılık gelir), bu, eksenel salınımlarını otomatik olarak başlatır ve herhangi bir ek uyarı ihtiyacını ortadan kaldırır. Ayrıca, ek uyarım olmaması, algılama elektroniği iyon enjeksiyonu için gereken voltaj rampasından geri döner dönmez algılama işleminin başlamasına izin verir.
Tespit etme
İyon halkalarının eksenel salınımları, bir diferansiyel yükselticiye bağlı iki simetrik alıcı sensöre bölünmüş olan dış elektrot üzerinde indüklenen görüntü akımı ile tespit edilir. Verileri Fourier transform iyon siklotron rezonans kütle spektrometrisinde (FTICR-MS) kullanılana benzer bir şekilde işleyerek , tuzak bir kütle analizörü olarak kullanılabilir. FTICR-MS'de olduğu gibi, tüm iyonlar belirli bir süre boyunca eş zamanlı olarak saptanır ve alanın gücü artırılarak veya algılama süresi artırılarak çözünürlük iyileştirilebilir. Orbitrap, manyetik alanın olmamasıyla FTICR-MS'den farklıdır ve bu nedenle artan m/z ile çözme gücünde önemli ölçüde daha yavaş bir düşüşe sahiptir .
Varyantlar
Şu anda Orbitrap analiz cihazının iki çeşidi bulunmaktadır: standart bir tuzak ve bir kompakt yüksek alan tuzağı. Pratik tuzaklarda, dış elektrot sanal zeminde tutulur ve yalnızca iç elektrota 3.5 veya 5 kV'luk bir voltaj uygulanır. Sonuç olarak, m/z 400 ve 768 ms algılama süresindeki çözümleme gücü, 3.5 kV'da standart bir tuzak için 60.000'den 5 kV'da ve gelişmiş FT işlemeli yüksek alanlı bir tuzak için 280.000'e kadar değişebilir. FTICR -MS'de olduğu gibi , Orbitrap çözme gücü, iyonların harmonik salınımlarının sayısı ile orantılıdır; sonuç olarak, çözme gücü m/z'nin kareköküyle ters orantılı ve alma süresiyle orantılıdır. Örneğin, yukarıdaki değerler m/z 100 için iki katına ve m/z 1600 için yarıya iner. 96 ms'lik en kısa geçiş için bu değerler 8 kat azalırken, 3'te 1.000.000'u aşan bir çözme gücü gösterilmiştir. -ikinci geçici olaylar.
Orbitrap analizörü, doğrusal bir iyon tuzağına (LTQ Orbitrap cihaz ailesi), dört kutuplu kütle filtresine (Q Exactive ailesi) veya doğrudan bir iyon kaynağına (tümü Thermo Fisher Scientific tarafından pazarlanan Exactive cihaz) arayüzlenebilir . Ek olarak, C-tuzağına daha fazla elektron transfer ayrışmasının eklenmesiyle daha yüksek enerjili bir çarpışma hücresi eklenebilir . Bu cihazların çoğu atmosferik basınçlı iyon kaynaklarına sahiptir, ancak orta basınçlı bir MALDI kaynağı da kullanılabilir (MALDI LTQ Orbitrap). Bu enstrümanların tümü yüksek kütle doğruluğu (harici kalibrant ile <2–3 ppm ve dahili ile <1–2 ppm), yüksek çözünürlük gücü (m/z 400'de 240.000'e kadar), yüksek dinamik aralık ve yüksek hassasiyet sağlar. .
Uygulamalar
Orbitrap tabanlı kütle spektrometreleri proteomikte kullanılır ve ayrıca metabolizma , metabolomik , çevre, gıda ve güvenlik analizi gibi yaşam bilimi kütle spektrometrisinde de kullanılır . Bunların çoğu, gaz kromatografisi ve ortam iyonizasyon yöntemleriyle birlikte kullanılsalar da, sıvı kromatografi ayırmalarına arayüzlüdür . Ayrıca izotopik olarak ikame edilmiş moleküler türlerin moleküler yapılarını belirlemek için de kullanılmıştır.