В масс-спектрометрии квадрупольный масс-анализатор (или квадрупольный масс-фильтр ) — это тип масс- анализатора, первоначально задуманный [1] лауреатом Нобелевской премии Вольфгангом Паулем и его учеником Хельмутом Штайнведелем. Как следует из названия, он состоит из четырех цилиндрических стержней, установленных параллельно друг другу. [2] В квадрупольном масс-спектрометре (КМС) квадруполь является масс-анализатором — компонентом прибора, отвечающим за выбор ионов образца на основе их отношения массы к заряду ( m/z ). Ионы разделяются в квадруполе на основе стабильности их траекторий в осциллирующих электрических полях , которые приложены к стержням. [2]
Квадруполь состоит из четырех параллельных металлических стержней. Каждая пара противостоящих стержней соединена вместе электрически, и радиочастотное (РЧ) напряжение с постоянным напряжением смещения подается между одной парой стержней и другой. Ионы перемещаются по квадруполю между стержнями. Только ионы с определенным отношением массы к заряду достигнут детектора при заданном отношении напряжений: другие ионы имеют нестабильные траектории и будут сталкиваться со стержнями. Это позволяет выбрать ион с определенным m/z или позволяет оператору сканировать диапазон значений m/z путем непрерывного изменения приложенного напряжения. [2] Математически это можно смоделировать с помощью дифференциального уравнения Матье . [3]
В идеале стержни являются гиперболическими , однако цилиндрические стержни с определенным отношением диаметра стержня к расстоянию обеспечивают более простое в изготовлении адекватное приближение к гиперболам. Небольшие изменения в отношении оказывают большое влияние на разрешение и форму пика. Разные производители выбирают немного разные отношения для точной настройки рабочих характеристик в контексте ожидаемых требований применения. С 1980-х годов компания MAT , а затем и Finnigan Instrument Corporation использовали гиперболические стержни, произведенные с механическим допуском 0,001 мм, точный процесс производства которых был тщательно охраняемым секретом внутри компании. [4]
_Accurate-Mass_Q-TOF.jpg/1280px-Agilent_6538_Ultra_High_Definition_(UHD)_Accurate-Mass_Q-TOF.jpg)
Линейная серия из трех квадруполей известна как тройной квадрупольный масс-спектрометр . Первый (Q 1 ) и третий (Q 3 ) квадруполь действуют как фильтры масс, а средний (q 2 ) квадруполь используется как ячейка столкновений. Эта ячейка столкновений представляет собой квадруполь только с радиочастотами (нефильтрация масс), использующий газ Ar, He или N 2 (~ 10−3 Торр, ~30 эВ) для диссоциации выбранных родительских ионов из Q 1 , вызванной столкновением . Последующие фрагменты проходят в Q 3 , где они могут быть отфильтрованы или полностью просканированы.
Этот процесс позволяет изучать фрагменты, которые полезны для структурного выяснения с помощью тандемной масс-спектрометрии . Например, Q 1 может быть настроен на «фильтрацию» для иона лекарства известной массы, который фрагментирован в q 2 . Затем третий квадруполь (Q 3 ) может быть настроен на сканирование всего диапазона m/z , предоставляя информацию об интенсивностях фрагментов. Таким образом, можно вывести структуру исходного иона.
Схема из трех квадруполей была впервые разработана Джимом Моррисоном из Университета Ла Троба в Австралии с целью изучения фотодиссоциации ионов газовой фазы. [5] Первый масс-спектрометр с тремя квадруполями был разработан в Мичиганском государственном университете Кристи Энке и аспирантом Ричардом Йостом в конце 1970-х годов. [6]
Квадруполи могут использоваться в гибридных масс-спектрометрах . Например, секторный прибор можно объединить с квадрупольным столкновением и квадрупольным масс-анализатором, чтобы сформировать гибридный прибор. [7]
Масс-селектирующий квадруполь и столкновительный квадруполь с устройством времени пролета в качестве второй ступени массового отбора — это гибрид, известный как квадрупольный времяпролетный масс-спектрометр (QTOF MS). [8] [9] Также возможны конфигурации квадруполь-квадруполь-времяпролет (QqTOF), которые используются, в частности, в масс-спектрометрии пептидов и других крупных биологических полимеров. [10] [11]
Фон Зан изобрел вариант квадрупольного масс-анализатора, называемый монополем, который работает с двумя электродами и генерирует одну четверть квадрупольного поля. [12] Он имеет один круглый электрод и один V-образный электрод. Однако производительность ниже, чем у квадрупольного масс-анализатора.
Было продемонстрировано, что улучшение производительности квадрупольного масс-анализатора происходит при приложении магнитного поля к инструменту. Было отмечено многократное улучшение разрешения и чувствительности при применении магнитного поля в различных ориентациях к QMS. [13] [14]
Эти масс-спектрометры отлично подходят для приложений, где изучаются конкретные ионы, представляющие интерес, поскольку они могут оставаться настроенными на один ион в течение длительных периодов времени. Одной из областей, где это полезно, является жидкостная хроматография-масс-спектрометрия или газовая хроматография-масс-спектрометрия , где они служат детекторами исключительно высокой специфичности. Квадрупольные приборы часто имеют разумную цену и являются хорошими многоцелевыми приборами. Одиночный квадрупольный масс-спектрометр с ионизатором электронного удара используется в качестве автономного анализатора в анализаторах остаточного газа , газоанализаторах реального времени, плазменных диагностиках и системах анализа поверхности SIMS . [ необходима цитата ]
