Масс-анализатор ионно-циклотронного резонанса с Фурье-преобразованием

Резонансная масс-спектрометрия с Фурье преобразованием

Масс-анализатор ионно-циклотронного резонанса с Фурье-преобразованием (Fourier transfrom ion cyclotron resonance - FT/ICR MS, Fourier transform mass spectrometry) - тип масс-анализатора для определения отношения массы к заряду по циклотронной частоте иона в фиксированном магнитном поле.

История

FT-ICR метод был разработан Маршаллом и Комисаровым (Alan G. Marshall, Melvin B. Comisarov, University of British Columbia). Первая статья появилась в Chemical Physics Letter в 1974 году

Теоретические основы

Ион в статическом и однородном магнитном поле будет циклически двигаться в соответствии с силой Лоренца. Круговое движение может сочетаться с однородным аксиальным движением, образуя спираль, или с однородным движением перпендикулярно полю, например в присутствии электрического или гравитационного поля, образуя циклоид. Угловая частота (ω = 2π f ) этого циклотронного движения для данного магнитного поля В выражается в виде (в системе СИ):

${\displaystyle \omega ={\frac {zeB}{m}}.}$

Где z - заряд иона (алгебраическое число), e - элементарный заряд m - масса иона

Из формулы следует, что электрический сигнал, имеющий частоту f, будет резонировать с ионами, имеющими отношение массы к заряду как:

${\displaystyle {\frac {m}{z}}={\frac {eB}{2\pi f}}.}$

Сущность метода

Ионы удерживаются в ловушке Пеннинга (магнитное поле с электрически удерживающими электродами), где ионы возбуждаются и увеличивают радиус своего движения под действием осциллирующего электрического поля, перпендикулярного магнитному. Возбуждение приводит также к тому, что ионы движутся в виде «пакетов» в одной фазе. Сигнал детектируется как отображение тока на паре электродов, вызванного близостью такого «пакета» при циклотронном движении. В отличие от других методов, здесь не требуется соударения ионов с детектором - достаточно просто двигаться мимо него. Сигнал представляет собой сумму синусов их волн. Применяя к полученным данным Фурье-преобразования, можно получить масс-спектр движущихся ионов.

Варианты

• Пульсовое возбуждение - Спектр частот представляет собой "sinc" функцию (sinc = sin w/w)
• Развертка по частоте
• SWIFT - Stored Waveform Inverse Fourier Transform, где ускоряются четко выбранные ионы.

Отличия от других масс-анализаторов

• Нет необходимости соударения иона с детектором - сигнал формируется при прохождении иона рядом с детектором;
• Массы разделяются не по времени или пространственно, а по частоте. Все ионы детектируются одновременно через заданные промежутки времени.

Преимущества

• Очень высокие точность и разрешение

Недостатки

• Дороговизна приборов и обслуживания
• Большие размеры прибора
• Для достижения сверхвысоких разрешений необходимо жертвовать скоростью анализа
• Принципиальное понижение разрешения с увеличением m/z ионов

Применение

• Микропримеси
• Сложные смеси
• Большие мультизарядные макромолекулы (напр., белки)