В масс-спектрометрии квадрупольный масс-анализатор (или квадрупольный масс-фильтр ) — это тип масс- анализатора, первоначально разработанный [1] нобелевским лауреатом Вольфгангом Паулем и его учеником Гельмутом Штайнведелем. Как следует из названия, он состоит из четырех цилиндрических стержней, установленных параллельно друг другу. [2] В квадрупольном масс-спектрометре (QMS) квадруполь представляет собой масс-анализатор – компонент прибора, отвечающий за отбор ионов образца на основе их отношения массы к заряду ( m/z ). Ионы разделяются в квадруполе на основе устойчивости их траекторий в осциллирующих электрических полях , приложенных к стержням. [2]
Квадруполь состоит из четырех параллельных металлических стержней. Каждая пара противоположных стержней электрически соединена вместе, и между одной парой стержней и другой подается радиочастотное (РЧ) напряжение со смещением постоянного тока. Ионы перемещаются по квадруполю между стержнями. Только ионы с определенным соотношением массы к заряду достигнут детектора при заданном соотношении 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 соотношением диаметра стержня к расстоянию обеспечивают более простое в изготовлении адекватное приближение к гиперболам. Небольшие изменения соотношения оказывают большое влияние на разрешение и форму пика. Разные производители выбирают несколько разные соотношения 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, производимые с механическим допуском 0,001 мм, точный процесс производства которых тщательно держался в секрете 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 ) квадруполи действуют как фильтры масс, а средний (q 2 ) квадруполь используется как ячейка столкновений. Эта ячейка столкновений представляет собой квадруполь, предназначенный только для RF (безмассовая фильтрация), использующий газ Ar, He или N 2 (~10 -3 Торр, ~30 эВ) для индуцированной столкновением диссоциации выбранных родительских ионов из Q 1 . Последующие фрагменты передаются в Q 3 , где они могут быть отфильтрованы или полностью отсканированы.
Этот процесс позволяет изучать фрагменты, которые можно использовать при выяснении структуры с помощью тандемной масс-спектрометрии . Например, Q 1 может быть установлен на «фильтрацию» ионов лекарственного средства известной массы, которые фрагментированы в q 2 . Затем третий квадруполь (Q 3 ) можно настроить на сканирование всего диапазона m/z , предоставляя информацию об интенсивностях фрагментов. Таким образом, можно определить структуру исходного иона.
Расположение трех квадруполей было впервые разработано Джимом Моррисоном из Университета Ла Троб в Австралии с целью изучения фотодиссоциации ионов газовой фазы. [5] Первый тройной квадрупольный масс-спектрометр был разработан в Университете штата Мичиган Кристи Энке и аспирантом Ричардом Йостом в конце 1970-х годов. [6]
Квадруполи можно использовать в гибридных масс-спектрометрах . Например, секторный прибор можно объединить с квадрупольным и квадрупольным масс-анализаторами столкновений, чтобы сформировать гибридный прибор. [7]
Квадруполь селекции массы и квадруполь столкновений с времяпролетным устройством в качестве второй ступени селекции массы представляют собой гибрид, известный как квадрупольный времяпролетный масс-спектрометр (QTOF MS). [8] [9] Конфигурации квадруполь-квадруполь-времяпролета (QqTOF) также возможны и используются, в частности, для масс-спектрометрии пептидов и других крупных биологических полимеров. [10] [11]
Вариант квадрупольного масс-анализатора, названный монополем, был изобретен фон Заном, который работает с двумя электродами и генерирует 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 повышение производительности квадрупольного масс-анализатора происходит при приложении к прибору магнитного поля. Сообщалось о многократном улучшении разрешения и чувствительности для магнитного поля, приложенного к QMS в различных ориентациях. [13] [14]
Эти масс-спектрометры превосходно подходят для задач, связанных с изучением конкретных ионов, представляющих интерес, поскольку они могут оставаться настроенными на один ион в течение продолжительных периодов времени. Одна из областей, где это полезно, - это жидкостная хроматография-масс-спектрометрия или газовая хроматография-масс-спектрометрия , где они служат детекторами исключительно высокой специфичности. Квадрупольные инструменты часто имеют разумную цену и являются хорошими многоцелевыми инструментами. Одиночный квадрупольный масс-спектрометр с ионизатором электронного удара используется в качестве автономного анализатора в анализаторах остаточных газов , газоанализаторах реального времени, системах плазменной диагностики и системах анализа поверхности ВИМС . [ нужна цитата ]
