Орбитрап: новый масс-спектрометр

Такие области исследований, как протеомика и метаболомика, формируют спрос на высокопроизводительные масс-спектрометры с умеренными требованиями к энергопотреблению, габаритам и стоимости. В статье описан именно такой прибор — орбитрап, созданный на основе нового типа масс-анализатора, изобретённого Макаровым. В орбитрапе ионы радиально удерживаются вокруг центрального электрода-веретена. Внешний бочкообразный электрод расположен коаксиально внутреннему электроду-веретену, а значения отношения массы к заряду определяют по частоте гармонических колебаний удерживаемых на орбитах ионов вдоль оси электрического поля. Эта осевая частота не зависит от энергии и пространственного разброса ионов. Частоты ионов измеряют неразрушающим способом, регистрируя переходные сигналы тока изображения во временной области; затем для получения масс-спектров используют быстрое преобразование Фурье (FFT). Помимо описания масс-анализатора орбитрапа, в статье представлен полноценный масс-спектрометр на его основе, оснащённый источником электроспрейной ионизации (ESI). Ионы переводят из источника ESI через три ступени дифференциальной откачки с помощью квадрупольных ВЧ-направляющих. Третий квадруполь, заполненный газом-мишенью при давлении менее 10(-3) Торр, служит накопителем ионов: столкновения ионов с нейтральными частицами замедляют ионы, вследствие чего они скапливаются в потенциальной яме у торца квадруполя. Пучки ионов из этой области вводят в масс-анализатор орбитрап для анализа масс. Процесс ввода ионов описан упрощённо; в частности, рассмотрены электродинамическое сжатие, компенсация поля с учётом влияния щели для ввода ионов и критерии устойчивости орбит. К характеристикам орбитрапа на текущем этапе разработки относятся высокое массовое разрешение — до 150 000, большая вместимость по пространственному заряду, высокая точность определения массы — 2–5 ppm, диапазон отношений массы к заряду не менее 6000 и динамический диапазон более 10(3). Описаны применения электроспрейной ионизации, включая характеристику комплексов переходных металлов, олигосахаридов, пептидов и белков. Высокое разрешение орбитрапа также использовали для подтверждения присутствия метакластеров октамеров серина в масс-спектрах ESI и проведения экспериментов по H/D-обмену этих ионов в накопительном квадруполе.