Orbitrap

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Orbitrap - częściowy przekrój. Zdjęcie zrobiono w zakładach produkujących spektrometry mas, Thermo Scientific, Brema, Niemcy.

Orbitrap – analizator masy jonów, zbudowany jest z dwóch elektrod zewnętrznych rozdzielonych izolatorem oraz jednej elektrody wewnętrznej (centralnej). W przestrzeni między elektrodami w polu elektrycznym poruszają się jony.

Elektrody zewnętrzne mają kształt zwężających się na jednym z końców beczek. Elektrody te są ustawione szerszymi końcami do siebie. Wrzecionowata elektroda wewnętrzna umieszczona jest w środku urządzenia, jej oś symetrii pokrywa się z osiami symetrii elektrod zewnętrznych[1].

Historia[edytuj | edytuj kod]

Orbitrap jest modyfikacją pułapki jonowej (Kingdom trap) opracowanej przez Kingdoma w 1923 roku. Pułapka Kingdoma składa się ona z cylindrycznej elektrody zewnętrzną oraz cienkiego drutu przebiegającego osią cylindra stanowiącego drugą elektrodę. Między elektrody przyłożone jest statyczne napięcie elektryczne. W 1981 roku Knight przedstawił pułapkę ze zmodyfikowaną elektrodę zewnętrzną, która ogranicza jonów na osi pułapki. Pułapka Kingdona ani Knighta nie były stosowane do analizy mas. Pod koniec lat 90. Alexander Makarov wyznaczył kształt elektrod przy którym oscylacje podłużne jonów nie zależą od ich prędkości początkowej, rozpoczął tym samym sekwencję ulepszeń technologicznych, które doprowadziły do skonstruowania komercyjnego analizatora mas wyprodukowanego przez Thermo Fisher Scientific jako część instrumentu hybrydowego LTQ Orbitrap w 2005[2].

Budowa i zasada działania[edytuj | edytuj kod]

Wiązka jonów wprowadzana jest do analizatora przez otwór w elektrodzie zewnętrznej. Natychmiast po wprowadzeniu jonów do analizatora pomiędzy elektrodą centralną i elektrodami zewnętrznymi przykładany jest potencjał elektryczny o napięciu kilku kilowoltów (w najnowszych konstrukcjach 4,5 kV). Jony poruszają się dookoła elektrody wewnętrznej, do której są przyciągane. Odpowiednia prędkość jonów pozwala na utrzymanie ich w ruchu wokół elektrody centralnej. Jony mogą być utrzymywane w analizatorze przez pewien czas, tak więc analizator ten jest pułapką jonową[1].

Schemat budowy i działania analizatora Orbitrap. Na czerwono zaznaczono wiązkę jonów ładowanych do analizatora i przestrzeń, w której poruszają się jony.

Jony znajdujące się w analizatorze poruszają się dookoła osi analizatora (elektrody wewnętrznej), jednocześnie przemieszczając się wzdłuż osi. Tak więc ruch jonów można rozłożyć na dwie składowe – ruch dokoła osi analizatora oraz ruch wzdłuż analizatora. Jony wprowadzone do analizatora charakteryzują się różną częstotliwością obiegu dookoła osi analizatora oraz częstotliwością oscylacyjnego ruchu wzdłuż analizatora. Częstotliwość oscylacji jonów wzdłuż analizatora jest zależna od stosunku masy do ładunku jonu, a jednocześnie nie zależy od energii jonu czy kąta, pod którym został on wprowadzany do komory urządzenia. Powoduje to powstanie pierścieni jonów o określonym stosunku masy do ładunku poruszających się wzdłuż analizatora. Poruszająca się wzdłuż analizatora wiązka wytwarza różnicę potencjałów między elektrodami zewnętrznymi[1]. Sygnał ten jest przekształcany w widmo masowe przy pomocy Transformacji Fouriera.

Analizatory typu Orbitrap charakteryzują się dużą rozdzielczością (obecnie do 350 000 przy stosunku masy do ładunku 524 Th[3]) i dokładnością pomiaru masy. Analizatory te, podobnie jak analizatory FT-ICR, są często stosowane w tandemowych spektrometrach mas[4][5][6][7].


Przypisy

  1. 1,0 1,1 1,2 A. Makarov. Electrostatic axially harmonic orbital trapping: a high-performance technique of mass analysis. „Anal Chem”. 72 (6), s. 1156-62, Mar 2000. PMID: 10740853. 
  2. Paulo J. Amorim Madeira, Pedro A. Alves and Carlos M. Borges: High Resolution Mass Spectrometry Using FTICR and Orbitrap Instruments. [dostęp 2015-07-30].
  3. A. Makarov, E. Denisov, O. Lange. Performance evaluation of a high-field Orbitrap mass analyzer.. „J Am Soc Mass Spectrom”. 20 (8), s. 1391-6, Aug 2009. DOI: 10.1016/j.jasms.2009.01.005. PMID: 19216090. 
  4. Michaela Scigelova, Alexander Makarov. Orbitrap Mass Analyzer – Overview and Applications in Proteomics. „Practical Proteomics”. 1–2, 2006. DOI: 10.1002/pmic.200600528. 
  5. A. Makarov, E. Denisov, A. Kholomeev, W. Balschun i inni. Performance evaluation of a hybrid linear ion trap/orbitrap mass spectrometer.. „Anal Chem”. 78 (7), s. 2113-20, Apr 2006. DOI: 10.1021/ac0518811. PMID: 16579588. 
  6. A. Michalski, E. Damoc, JP. Hauschild, O. Lange i inni. Mass spectrometry-based proteomics using Q Exactive, a high-performance benchtop quadrupole Orbitrap mass spectrometer.. „Mol Cell Proteomics”. 10 (9), s. M111.011015, Sep 2011. DOI: 10.1074/mcp.M111.011015. PMID: 21642640. 
  7. MW. Senko, PM. Remes, JD. Canterbury, R. Mathur i inni. Novel parallelized quadrupole/linear ion trap/Orbitrap tribrid mass spectrometer improving proteome coverage and peptide identification rates.. „Anal Chem”. 85 (24), s. 11710-4, Dec 2013. DOI: 10.1021/ac403115c. PMID: 24251866. 

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]