Encoded Frequent Pushing - Improving Duty Cycle in the Folded Flight Path High Resolution Time-of-Flight Mass Spectrometry

Význam tématu

Time-of-Flight hmotnostní spektrometrie s ortogonálním urychlovačem často trpí nízkou efektivitou využití iontů, tzv. Duty Cycle. Zlepšení tohoto parametru je klíčové pro zvýšení citlivosti a detekci stopových množství látek.

Cíle a přehled studie / článku

Článek představuje metodu Encoded Frequent Pushing (EFP), která modulací časových intervalů mezi pulzy umožňuje výrazné zvýšení Duty Cycle v multi-reflektivních TOF analyzátorech s Folded Flight Path (FFP), aniž by došlo ke ztrátě rozlišení nebo nárůstu artefaktů.

Použitá metodika a instrumentace

Metoda EFP je implementována na hmotnostním spektrometru LECO Pegasus GC-HRT+ vybaveném FFP analyzátorem. Klíčové komponenty zahrnují:

• Ortogonální urychlovač s kmitočtem pulzů až 20 kHz
• Vícenásobné pulzování s unikátními intervaly mezi pulzy
• Real-time dekódovací algoritmus založený na logicko-statistické analýze překryvů spekter

Hlavní výsledky a diskuse

Implementace EFP přinesla:

• Desetinásobné zvýšení citlivosti díky efektivnějšímu využití iontového svazku
• Rozšíření dolní hranice lineárního dynamického rozsahu při zachování horní hranice
• Detekci nízce zastoupených izotopů, dříve skrytých šumem
• Redukci elektrického a chemického šumu odstraněním nekoherentních signálů
• Zachování celého rozsahu m/z (10–1500) bez omezení TOF periody
• Zlepšení hmotnostní přesnosti u stopových koncentrací (MA~1/(R·√N))

Přínosy a praktické využití metody

EFP umožňuje:

• Vyšší citlivost analýz v GC-MS a GC×GC-MS
• Zlepšenou identifikaci stopových látek v komplexních matricích
• Rychlou akvizici dat při vysokém rozlišení
• Snížené datové objemy díky odstranění šumu

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj EFP může spočívat v optimalizaci kódovacích schémat, adaptivním dekódovacím algoritmech pro hustě osídlená spektra a aplikacích v dalších typech MS přístrojů či v reálném čase řídicí analýze procesů.

Závěr

Encoded Frequent Pushing významně zlepšuje Duty Cycle TOFMS s FFP analyzátorem, přináší vyšší citlivost, širší dynamický rozsah, lepší přesnost měření a čištější spektra, což rozšiřuje analytické možnosti v moderním hmotnostním spektrometrickém výzkumu a průmyslu.

Reference

• M. Guilhaus, D. Selby, V. Mlynski. Orthogonal Acceleration Time-of-Flight Mass Spectrometry. Mass Spectrometry Reviews, 2000, 19, 65-107.
• J. Franzen. High resolution method for using time-of-flight mass spectrometers with orthogonal ion injection. US Patent 6,861,645 (2003).
• D. Kenny, J. Wildgoose. An Orthogonal Acceleration Time-of-Flight Mass Spectrometer. GB Patent 2,445,679 (2007).
• F. Knorr. Fourier Transform Time-of-Flight Mass Spectrometer. US Patent 4,707,602 (1985).
• A. Brock, N. Rodriguez, R. Zare. Time-of-Flight Mass Spectrometer and Ion Analysis. US Patent 6,300,626 (1999).
• M. Belov, C. Fancher, P. Foley. Multiplexed Orthogonal Time-of-Flight Mass Spectrometer. US Patent 6,900,431 (2003).
• A. Verenchikov. Electrostatic Mass Spectrometer with Encoded Frequent Pulses. US Patent 8,853,623 (2011).