Содержание к диссертации
Введение
Глава I Принципы работы ИЦР . 10
1.1 Литературный обзор 10
1.2 Устройство масс-анализатора ИЦР 22
1.3 Движение иона в гиперболическом электростатическом поле 25
1.4 Ионные ловушки для масс-анализатора ИЦР . 28
1.5 Возбуждение циклотронного движения . 29
1.6 Детектирование сигнала цилиндрическим конденсатором. Гармоники . 33
1.7 Столкновения с остаточным газом . 36
1.8 Преобразование Фурье 38
Глава II. Электростатические ионные ловушки для масс-спектрометрии ИЦР . 42
2.1 Кубическая ловушка 43
2.2 Цилиндрическая ловушка 45
2.3 Расфазировки ионных облаков в неоднородном магнитном и негармоническом электрическом поле 47
2.4 Ионные ловушки с динамической гармонизацией 51
2.5 Вычисление электростатического поля . 54
2.6 Интегрирование уравнений движения . 61
2.7 Интерполяция поля 64
Глава III Компенсационная ионная ловушка с динамической гармонизацией 66
3.1 Теория компенсации 67
3.2 Схема компенсационной ионной ловушки с динамической гармонизацией 69
3.3 Моделирование компенсации . 71
3.4 Изучение компенсации 72
3.5 Идеальная компенсационная ловушка с динамической гармонизацией 78
3.6 Влияние точности электростатического поля на результаты моделирования 82
3.7 Форма поля в ловушках с динамической гармонизацией 87
3.8 Экспериментальное получение сверхвысокого разрешения .. 92
Основные результаты и выводы . 102
Литература . 103
- Движение иона в гиперболическом электростатическом поле
- Расфазировки ионных облаков в неоднородном магнитном и негармоническом электрическом поле
- Моделирование компенсации
- Экспериментальное получение сверхвысокого разрешения
Введение к работе
Актуальность работы. Для анализа сложных химических смесей, таких как физиологические жидкости человека, нефть, гуминовые вещества, в последнее время широко используется масс-спектрометрия [1]. Масс-спектрометрия – это физический метод исследования неизвестного вещества, основанный на измерении отношения массы к заряду ионизированных молекул данного соединения. Исследование сложных смесей с помощью масс-спектрометрии предъявляет высокие требования к аналитическим характеристикам используемых масс-спектрометров: разрешению, динамическому диапазону и точности измерения масс [2, 3].
Наиболее высокие разрешающая способность и точность измерения массы
достигаются в масс-анализаторах ионного циклотронного резонанса с
преобразованием Фурье (ИЦР ПФ) [4]. Измерительной ячейкой масс-спектрометра ИЦР ПФ является ионная ловушка Пеннинга, в которой в направлении перпендикулярному к линиям магнитного поля, ионы удерживаются силой Лоренца, а в направлении вдоль магнитного поля ионы удерживаются электрическим полем [5]. Для измерения отношения массы к заряду на электроды измерительной ячейки подается переменное напряжение, которое, входя в резонанс с циклотронными частотами ионов, возбуждает их циклотронное движение. Ионные ансамбли совершают синхронное циклотронное движение с большим циклотронным радиусом и наводят переменный ток между детектирующими электродами измерительной ячейки, преобразование Фурье которого дает спектр циклотронных частот. Имея циклотронные частоты, можно определить отношения масс к зарядам по известной формуле w=qB/m. При фиксированной индукции магнитного поля B для увеличения разрешающей способности и точности измерения массы требуется увеличение времени детектирования сигнала. Для этого необходимо, чтобы ионное облако совершало синхронное движение как можно дольше. Потеря синхронности
циклотронного движения, так называемая расфазировка ионного облака, приводит к экспоненциальному затуханию наведенного сигнала [6].
Основными факторами, лимитирующими время, в течение которого
детектируемый сигнал не затухает, являются давление остаточных газов в
измерительной ячейке, неоднородность магнитного поля и отклонение
электростатического потенциала от гиперболической формы [7, 8]. Благодаря существенному прогрессу в вакуумной технике удалось снизить значение первого фактора, и основным фактором, влияющим на разрешающую способность ИЦР масс-спектрометров, становится неидеальность электрического и магнитных полей [6].
Были предложены различные измерительные ячейки ИЦР, конструкция которых направлена на создание гиперболического удерживающего электрического поля [9, 10]. Ранее предложенная ионная ловушка с динамической гармонизацией позволила создать эффективный гиперболический потенциал во всем объеме измерительной ячейки [11, 12]. Однако, влияние неоднородностей магнитного поля по-прежнему не было устранено.
В диссертации предложен принципиально новый подход к решению проблемы неидеальных электрических и магнитных полей. Вместо того чтобы создавать отдельно однородное магнитное поле и гиперболическое электрическое поле, можно создать такую их комбинацию, что их взаимное влияние на циклотронную частоту иона окажется скомпенсированным [13].
В работе проведено подробное исследование предлагаемой компенсационной ячейки. Показано, что развивая концепцию ячейки с динамической гармонизацией, удается создавать в измерительной ячейке дополнительную поправку к гиперболическому полю, такую, что оказывается возможным скомпенсировать линейную и квадратичную неоднородности магнитного поля.
Применение подхода, основанного на компенсации неоднородностей магнитного поля, позволило экспериментально осуществить сверхточное измерение
массы изолированных молекулярных ионов пептидов, продемонстрировать длительность синхронного циклотронного движения до 280с и разрешающую способность до 12 000 000. Цель работы. В диссертационной работе были поставлены следующие цели:
-
Разработка методов сверхточных измерений структуры сложных молекул, включая биологические, с помощью масс-спектрометрии сверхвысокого разрешения.
-
Создание новых подходов для обеспечения синхронного движения ионных ансамблей в масс-анализаторах ионного циклотронного резонанса.
-
Разработка нового класса ионных ловушек с пространственно периодичным потенциалом.
Задачи работы. Для достижения цели необходимо было выполнить следующие задачи:
-
Исследовать расфазировки ионных ансамблей (потерю синхронности циклотронного движения) в ионных ловушках с пространственно периодичным потенциалом (ИЛППП).
-
Развить подходы к вычислению электростатического поля в ИЛППП. Усовершенствовать методы расчета движения ионных ансамблей в таких ловушках.
-
Разработать конструкцию и произвести математическое моделирование компенсационной ИЛППП. Создать ловушку, которая смогла бы эффективно компенсировать неоднородности магнитного поля (линейные и квадратичные).
Научная новизна:
1) Разработаны теоретические основы компенсации влияния неоднородностей
магнитного поля на время синхронного движения ионных ансамблей в
ловушке Пеннинга путем создания специального добавочного
электростатического поля. Предложена схема компенсационной ионной ловушки, позволяющей создавать требуемую поправку к полю.
-
Установлено, что предложенная ионная ловушка позволяет эффективно в широком массовом диапазоне компенсировать влияние квадратичных и линейных неоднородностей магнитного поля на циклотронную частоту и на порядок увеличить время синхронного движения ионных ансамблей.
-
Применение подхода, основанного на компенсации неоднородностей магнитного поля, позволило экспериментально продемонстрировать возможность получения сверхтонкой структуры пиков на масс-спектре ИЦР с применением магнита с низкой однородностью поля.
Практическая значимость. Работа представляет несомненный практический интерес, поскольку основная проблема масс-спектрометрии ионного циклотронного резонанса на гибридных и постоянных магнитах – неоднородное магнитное поле. В диссертации впервые в мире предложен метод решения данной проблемы. Кроме того, результаты работы позволят повысить разрешающую способность существующих масс-спектрометров ИЦР. Полученные данные очень важны для развития техники ИЦР с применением высоких магнитных полей 14Т и 21Т. В связи со сложной конструкцией магнитов, создающих такие поля, классические методы шиммирования не позволяют достигать высокой однородности магнитного поля. Методология и методы исследования. Основным методом исследования являлось компьютерное моделирование, включающее в себя вычисление электростатического поля, создаваемого ионной ловушкой, и численное решение уравнений движения ионов в электрических и магнитных полях. Экспериментальное исследование возможности применения подхода, основанного на компенсации неоднородностей магнитного поля, производилось на масс-спектрометре ИЦР Bruker Apex Qe. Данные исследования выполнялись в соавторстве с коллективом лаборатории ионной и молекулярной физики ИНЭП ХФ РАН Нагорновым К.О., Владимировым Г.Н., под руководством Николаева Е.Н. и Попова И.А..
Положения, выносимые на защиту:
-
Разработана теоретическая модель компенсации неоднородностей магнитного поля специальными добавками к электростатическому полю.
-
Получены эмпирические зависимости времени синхронного движения ионных облаков в неоднородных магнитных полях и создаваемых компенсационной ионной ловушкой с динамической гармонизацией электростатических полях от потенциалов на компенсационных электродах.
-
Разработанная ионная ловушка показала возможность эффективной компенсации неоднородностей магнитного поля в широком массовом диапазоне (до 100Да), при этом время синхронного движения ионного облака увеличивалось на порядок.
-
Применение подхода, основанного на компенсации неоднородностей магнитного поля, позволило экспериментально продемонстрировать длительность сигнала до 280с и разрешающую способность до 12 000 000 на пептидах.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
-
58-й международной конференции Американского масс-спектрометрического общества ASMS2010 (США, Солт-Лейк Сити, шт. Юта, 2010);
-
4-й Всероссийской конференции «Фундаментальные вопросы масс-спектрометрии и её аналитические применения», (Россия, Звенигород, 2010);
-
59-й международной конференции Американского масс-спектрометрического общества ASMS2011 (США, Денвер, шт. Колорадо, 2011);
-
19-й конференции Международного масс-спектрометрического общества (Япония, Киото, 2012);
-
61-й международной конференции Американского масс-спектрометрического общества ASMS2013 (США, Миннеаполис, шт. Миннесота, 2011);
6) 1-й международной конференции «Инновации в инструментальной масс-
спектрометрии» (Санкт-Петербург 2013). Личный вклад автора. Автор внес основной вклад в работу. Им было разработано программное обеспечение для высокоточного вычисления электростатического поля в ионных ловушках с динамической гармонизацией. Кроме того, автором было разработано программное обеспечение для высокоточного интегрирования уравнений движения ионов в ловушках с динамической гармонизацией. Автор диссертации является создателем самой идеи компенсационной ловушки с динамической гармонизацией. Им было проведено математическое моделирование. Автор участвовал в экспериментальных исследованиях и проводил обработку результатов.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и списка цитируемой литературы из 109 наименований. Полный объем диссертации составляет 115 страниц, включая 43 рисунка и 2 таблицы.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 статей в зарубежных научных журналах и журналах, рекомендованных ВАК, тезисы 10-и докладов на конференциях и поданы 2 заявки на патент.
Движение иона в гиперболическом электростатическом поле
Существует ловушка специальной геометрии (с гиперболической геометрией электродов), которая широко используется в технике радиочастотных ионных ловушек (так называемые ловушки Пауля) [20, 48, 50, 76, 77] и может быть использована также в технике ИЦР ПФ.
При некоторой разности потенциалов между концевым электродом и кольцевым электродом гиперболоидальная ионная ловушка создает такое распределение электрического потенциала, для которого возможно аналитическое решение уравнения движения иона. Во всем внутреннем объеме этой ловушки распределение потенциала является квадрупольным: где а - кривизна поля, x,y,z - декартовы координаты. Для такого потенциала уравнения движения заряженной частицы имеют следующую форму: Уравнение (1.2.2) может быть решено аналитически. Решение для координаты z есть: где zm - амплитуда аксиальных колебаний, oz = JAqalm - частота аксиальных колебаний. Для того, чтобы получить решение в радиальной плоскости умножим второе уравнение в (1.2.2) на мнимую единицу и сложим с первым. В итоге получим: Решение данного уравнения: Уравнение (1.2.5) говорит о существовании двух независимых мод колебаний. Величина т+ называется «уменьшенной циклотронной частотой» и величина со_ называется «магнетронной частотой». Комплексное число (х + iy) может быт представлено как: Таким образом, получаем решение для уравнения движения иона в радиальной плоскости: Как видно, движение ионов является комбинацией возмущенного циклотронного и «магнетронного» движения. Возмущение циклотронной частоты (частоты вращения иона в магнитном поле в отсутствии электрического поля) обусловлено запирающим электрическим полем. Его радиальная компонента (перпендикулярная к магнитному полю) направлена от оси и поэтому частично компенсирует силу Лоренца и уменьшает циклотронную частоту. Магнетронное движение - это дрейф в скрещенных магнитном и радиальном электрическом полях. Из-за осевой симметрии конфигурации электродов ловушки этот дрейф имеет характер кругового движения. В отличие от циклотронной и аксиальной частот, магнетронная частота практически не зависит от m/z. Для обычного значения магнитного поля В=7Т и запирающего потенциала 1В магнетронная частота со 10Hz.
Из уравнения (1.2.6) следует, что когда величина под квадратным корнем становится отрицательной, возникает нестабильность циклотронного движения и циклотронный радиус начинает увеличивается. Условие нестабильности: что приводит к:
Видно, что только частицы с m/q меньшим, чем «критическое» значение могут быть удержаны в ИЦР ячейке. Для типичного В=7Т и =5 103В/м2 (запирающее напряжение 2В, размер ловушки 2.5см), максимальное m/q порядка 105Да.
Можно решить аналитически задачу определения сигнала, индуцированного вращающимся ионным облаком между двумя параллельными электродами плоской или цилиндрической геометрии. Потенциалы на детектирующих электродах, а также наведенные заряды, индуцированные вращающимся облаком на этих электродах можно вычислить с помощью теоремы взаимности.
Наведенный заряд Q, индуцированный ионом с зарядом q на заземленном электроде, связан с потенциалом р в месте положения иона, в случае, когда к данному электроду приложено единичное напряжение следующим соотношением: Пусть частица с зарядом q находится в точке (у,0). Применение теоремы взаимности, а также того факта, что для плоского конденсатора где d - расстояние между пластинами, приводит к выражению для разности наведенных зарядов на обкладках бесконечного плоского конденсатора: d ИЦР сигнал может быть получен как разность потенциалов между пластинами в случае емкостного предусилителя [53, 56-62] или как ток, текущий между пластинами, в случае резистивного предусилителя. В итоге получаем: Здесь R итоговый циклотронный радиус. Как видно, ИЦР сигнал пропорционален радиусу.
Современная электроника позволяет обнаружить сигнал, индуцированный даже одиночным ионом, если он многозарядный [78]. Для обнаружения сигнала от ионов одинакового заряда необходимо возбудить синхронное циклотронное движение всего ансамбля ионов (Рис. 5).
Расфазировки ионных облаков в неоднородном магнитном и негармоническом электрическом поле
В общем случае можно, а иногда удобно представлять распределение электростатического потенциала внутри любой ионной ловушки в виде рядов цилиндрических [96, 97, 106] или сферических гармоник. Для представления рядом сферических гармоник имеем: где 71т(в,ф) сферическая гармоника. Такое разложение возможно как для цилиндрической, так и для кубической ячеек. Можно показать, что в окрестности центра поле определяется только первыми компонентами разложения А о, A30r4Y30 и A Y следующим образом:
Можно видеть, что если электростатическое поле не является гармоническим, то циклотронная частота зависит от положения ионов внутри ячейки. Также видно, что чем больше магнитное поле, тем меньше влияние поправок, обусловленных негармоничностью электрического поля.
В гиперболической ловушке с пространственно однородным магнитным полем ионы синхронизированы при возбуждении циклотронного движения и находятся в синхронном движении бесконечно долге время при отсутствии столкновений с нейтральными молекулами. В реальных приборах ИЦР циклотронная и магнетронная частоты зависят от осевой амплитуды колебаний, в результате ионные облака расфазируются и возникают структуры, напоминающие кометы.
Расфазировка ионного облака наступает вследствие набора фазы ионами с различными амплитудами осевых колебаний. Через некоторое время разность фаз в исходном облаке приближается 2, и голова кометы достигает хвоста. Это приводит к потере сигнала от облака. В масс-спектрометре ИЦР разрешающая способность пропорциональна длительности синхронного движения и, таким образом, ограничена временем расфазировки ионного облака. Пример расфазировки ионного облака в негармоническом электростатическом поле ловушки приведен на Рис. 8. В качестве примера взята цилиндрическая открытая ионная ловушка. Видно, что ионное облака расфазируется и расфазированное ионное облако в своем движении напоминает вращающуюся комету, когда хвост кометы касается её головы, сигнал пропадает. Рис. 8. Расфазировка ионного облака в негармоническом электрическом поле
Неоднородное магнитное поле также влияет на движение ионных облаков внутри ИЦР ячейки. Ионы в различных местах облака испытывают различное влияние неоднородностей магнитного поля, что в свою очередь также приводит к расфазировке ионного облака и потере синхронности циклотронного движения. При аппроксимации электростатического и магнитостатического полей в ИЦР ПФ ловушке полиномами необходимо, чтобы эти полиномы удовлетворяли уравнениям Максвелла: (2.3.6)
Так как плотность тока J равна нулю (J=0), уравнение позволяет представить вектор магнитной индукции в некоторой области ловушки как градиент скалярного потенциала: таким образом, скалярный потенциал должен удовлетворять уравнению Лапласа: Общее решение (2.3.8) может записано в виде ряда по сферическим гармоникам и по степеням радиуса г [107, 108]:
Разложение по коэффициентам Аю, А20, А30, Аю, А50, А„, А2Ь А22, Азь В„, В2ь В22, Взь может быть использовано для аппроксимации неоднородного магнитного поля. Магнитное поле вдоль оси Z записывается следующим образом:
Таким образом, для компоненты Bz имеем: где х, у, z декартовы координаты и г2=х2+у2 . Такое представление важно для разработки шиммирующих катушек выравнивающих магнитное поле в сверхпроводящем соленоиде. Основное требование к шиммирующим катушкам является то, что они должны быть ортогональными, так что возможно их настраивать независимо друг от друга. Это может быть достигнуто, если поправки, полученные различными шиммами, выводятся из ортогональных разложений по сферическим гармоникам. Таким образом, если магнитное поле представлено в виде серии сферических гармоник, можно создать такие шиммы, которые будут компенсировать каждую компоненту поля независимо (Рис. 9).
Пример движения ионного облака в неоднородном магнитном поле приведен на Рис. 10. Видно, что ионное облако расфазируется, сигнал затухает, и облако в своем движении также напоминает комету.
Моделирование компенсации
Как следует из изложенной выше теории компенсации, для устранения эффекта неоднородностей магнитного поля на циклотронную частоту необходимо выполнения следующего условия:
Если заменить производные конечными разностями E\(z) на и аналогично для магнитного поля, то можно видеть, что кривые e c(B(z)-B(0) и должны совпадать для реализации г компенсации. На Рис. 22 представлены соответствующие графики для коэффициента неоднородности магнитного поля у = 2Л0 9мм 2. Видно, что при наступлении условия компенсации соответствующие графики лежат очень близко друг к другу. Отклонение графика Е Е0 от квадратичной формы может быть г объяснено не идеальностью введенной поправки к полю, поскольку напряжение на торцевом электроде было таким же как на удерживающем, и положение торцевого электрода не изменено. Однако, для компенсационной ячейки с динамической гармонизацией эквипотенциаль усреднённого поля (с добавкой) не проходит по поверхности торцевого электрода. Рис. 22. Условия компенсации для случая/ = 2-10 9мм2. Таким образом, в поле присутствуют добавки высших степеней, которые слегка возмущают поле по сравнению с желаемым. Однако, как легко видеть их эффект пренебрежимо мал.
Квадратичная неоднородность. Будем рассматривать компенсацию для квадратичной неоднородности магнитного поля.
Для всестороннего изучения подхода, основанного на компенсации, необходимо было исследовать следующие вопросы:
1) зависимость эффективности компенсации от амплитуды колебаний;
2) зависимость эффективности компенсации от циклотронного радиуса;
3) зависимость эффективности компенсации от массы иона.
На Рис. 23 показаны результаты моделирования компенсации для различных амплитуд колебаний. Как видно существенного эффекта на эффективность компенсации величина амплитуды колебаний в яме вдоль магнитного поля не вносит. Величины оптимальных напряжений на компенсационных электродах не изменяются, абсолютные величины предсказанного времени синхронного движения отличаются, однако, необходимо помнить, что на значения времени синхронного движения существенное влияние оказывает точность вычисления поля. Таким образом, в данном случае сравнение абсолютных величин времени синхронного движения ионного облака для различных амплитуд колебаний является некорректной процедурой.
Также для одного и того же значения амплитуды колебаний была изучена зависимость эффективности компенсации от радиуса. Эти результаты представлены на Рис. 24. Видно, что зависимость от радиуса очень слабая и может быть объяснена влиянием точности вычисления поля. Абсолютные величины оптимальных компенсационных напряжений не меняются. Слабые изменения формы пика связаны с численными ошибками. Рис. 24. Зависимость эффективности компенсации от величины циклотронного радиуса. Красный у = \Л0 9мм 2, зеленый у = 2Л0 9мм 2, синий
Очень важной зависимостью является зависимость эффективности компенсации от m/z. Поскольку в реальных масс спектрометрических экспериментах с использованием ИЦР обычно имеют дело с огромным количеством различных m/z в смеси. Например, при работе со сверхсложными смесями вроде нефти или гуминовых веществ количество пиков в масс-спектре может составлять десятки тысяч.
Даже при работе со сравнительно несложными смесями, например, растворами пептидов, приходится иметь дело с сотнями пиков. Обычно диапазон масс в ИЦР экспериментах составляет 200-2000Да. Поэтому очень важно, чтобы компенсация эффективно работала во всем диапазоне или, по крайней мере, в относительно широком окне. Как видно из Рис. 25 абсолютные величины компенсационных напряжений существенно зависят от m/z в полном согласии с теорией. Однако, кроме этого также видно, что с увеличением m/z смещение пика становится все слабее, в полном согласии с теорией, которая предсказывает обратно пропорциональную зависимость. Кроме того пик сравнительно широкий. Это позволяет считать, что в реальности данная ячейка должна хорошо работать в сравнительно широком массовом окне, причем большинство биологических объектов после ионизации имеют m/z как раз в области 500 и выше. Таким образом, зависимость от m/z для предлагаемого метода устранения влияния неоднородностей магнитного поля есть, однако эта зависимость не должна существенным образом искажать работу данной.
Линейная неоднородность. Как видно из Рис. 18 при шиммировании магнитов очень часто присутствует линейная неоднородность в районе центра. Для эффективного применения компенсационных ячеек необходимо разработать компенсацию такой неоднородности. Это будет особенно полезно для работы с магнитами, где уже выполнено шимирование. Действительно в силу особенностей операции шиммирования очень сложно достичь однородного поля. Причем последовательная подкрутка тока в шиммирующих катушках на основе данных о поле не всегда может быть реализована. Поэтому при шиммировании обычно останавливаются, когда достигнуто сравнительно хорошее поле. Причем доминирующей неоднородностью может быть как линейная, так и квадратичная. В данном разделе приведены данные моделироавния компенсации линейной неоднородности. Рассмотрим магнитное поле вида:
На Рис. 26 приведены результаты моделирования компенсации линейной неоднородности магнитного поля для различных циклотронных радиусов. Для того чтобы обеспечить такую компенсацию необходимо прикладывать различное напряжение на левый и правый набор компенсационных электродов. Напряжения на левом и правом наборе компенсационных электродов для компенсации линейной неоднородности описывались следующим соотношением:
Экспериментальное получение сверхвысокого разрешения
В настоящем разделе рассматривается экспериментальное исследование возможности получения сверхвысокой разрешающей способности на магнитах со сравнительно низкой однородностью магнитного поля. В качестве ионной ловушки использовался лабораторный прототип ионной ловушки с динамической гармонизацией. Данная работа выполнялась в соавторстве с коллективом лаборатории ионной и молекулярной физики ИНЭП ХФ РАН Нагорновым К.О., Владимировым Г.Н., под руководством Николаева Е.Н. и Попова И.А.
Масс-спектрометрические измерения проводились на масс спектрометре ионного циклотронного резонанса с преобразованием Фурье Bruker Apex Qe совмещенном со сверхпроводящим соленоидом с напряженностью магнитного поля 4.7Т. Использовался не экранированный соленоид Bruker BZH 200/150. В качестве измерительной ячейки использовалась ловушка Пеннинга с динамической гармонизацией (лабораторный прототип).
Образцы пептидов разводились в 50:50 растворе воды и метанола с добавлением 0,01% муравьиной кислоты. Исследуемые образцы пептидов ионизировались с использованием ионного источника электрораспыления Bruker Apollo API source. Измерения проводили в режиме образования положительно заряженных ионов. Ионы были накоплены в накопительном гексаполе в течении 0,0015 секунд при давлении в области гексаполя 1,110-6 торр, а затем инжектированы с энергией 1,5В в ячейку ИЦР через аналитический квадруполь и систему ионного транспорта. Аналитический квадруполь работал в режиме изоляции с окном изоляции 2 4Да. Оптимальное время переноса ионов между накопительным гексаполем и ИЦР ячейкой для ионов в диапазоне m/z от 400 до 700 было около 2мс. Измерения проводились без предварительного охлаждения поступательного движения ионов в столкновительной ячейке. Вакуум в области измерительной ячейки составлял 510-10торр.
ИЦР сигналы были получены с использованием возбуждения на одной частоте с последующим детектированием с использованием гетеродинирования в массовом окне 0,5-1Да. Было обнаружено, что суммирование нескольких сканирований приводит к снижению разрешающей способности за счет дрейфа частоты между отдельными запусками. На Рис. 36 показана осевая и радиальная неоднородность поля магнита. Неоднородность магнитного поля вдоль оси была около 800 ppm на расстоянии 8см для цилиндра радиусом 1см (радиус циклотронного возбуждения 1см). Измерялась радиальная неоднородность в пределах ячейки радиуса R=0,022.2см. Циклотронные частоты изменялись в пределах + v = ± 0,4 Гц для радиуса возбуждения Rexc = 0,2 2,2см, так что радиальная неоднородность была меньше, чем 2ppm на 2см. Значительное уменьшение циклотронной частоты на малом радиусе R = 0.02см произошло за счет влияния ион-ионных взаимодействий.
Аксиальное и радиальное распределение циклотронной частоты (и как следствие магнитного поля) для магнита Bruker BZH 200/150
Тщательная настройка основных параметров масс-спектрометра, таких как, cell quench, external ionization pulse, coll cell RF, trap potentials и т.д., позволяла проводить измерения масс-спектров в условиях «конденсации» ионов [7, 26]. Характерной особенностью такой настройки было различие значений запирающих потенциалов ячейки (PV1 = 4,00В и PV2 = 3,10В) на величину 0,90В с точностью до 0,01В. Значительное влияние на разрешающую способность оказывало время очистки измерительной ячейки (cell quench) – не менее 1,2 секунд. При таких настройках в режиме «конденсации» ионов время затухания детектируемого сигнала достигало значения 200 секунд и более (Рис. 37).
Временной сигнал ИЦР для substance P (T=28с).
На Рис. 38 приведен масс-спектр основных изотопов для двухзарядного протонированного substance P, полученный в узком массовом диапазоне шириной 2,5Да в режиме высокого разрешения. Длительность детектирования составляла 30 секунд. В этом случае разрешение пиков в масс-спектре составило R = 2,000,000. . Масс-спектр изотопного распределения для двухзарядного протонированного пептида substance P (R=2,000,000).
Тонкая структура основных изотопов substance P, представленная на Рис. 39, для каждого отдельного изотопа была получена в массовом диапазоне шириной 0,5Да за один цикл записи сигнала длительностью 100 секунд без его накопления. В этом случае разрешение пиков в тонкой структуре для каждого отдельного изотопа составляло 7,000,000 – 8,000,000. Как видно из Рис. 39, не все пики тонкой структуры видны в масс-спектре в таком режиме измерения.
