HIGH RESOLUTION MULTI-REFLECTING TIME-OF-FLIGHT MASS ANALYZER WITH FOLDED FLIGHT PATH

Význam tématu

V analytické chemii je klíčové rozlišit ionty s téměř totožným poměrem hmotnosti k náboji (m/z), zejména při analýze komplexních směsí nebo stopových hladin. Vysoce výkonné TOF hmotové analyzátory umožňují rychlou akvizici celého spektra bez limitu hmotnostního rozsahu. Koncept Folded Flight Path® (FFP) navíc dramaticky prodlužuje dráhu iontů v kompaktní konstrukci, což umožňuje dosáhnout extrémně úzkých šířek píku a vysokého rozlišení bez nutnosti rozměrných trubic.

Cíle a přehled studie / článku

Autoři prezentují vývoj a implementaci vícenásobně odrazného TOF analyzátoru založeného na FFP®. Cílem bylo zdvojnásobit dráhu iontů v rámci rozumných rozměrů, minimalizovat ztráty iontů a současně zachovat úzké časové šířky píků. Popisují konstrukční řešení, iontovou optiku a dosažené výkonnostní parametry v laboratorním přístroji Pegasus® GC-HRT.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika vychází z kombinace ortogonální akcelerace, vícenásobných odrazů mezi rovnoběžnými planar gridless zrcadly a periodického prostorového zaostřování iontů pomocí pole einzel čoček. Hlavní kroky:

• Generace iontů v EI nebo Multi-Mode zdroji
• Ortogonální akcelerace do pulzovaných paketů
• Folded Flight Path® se 32 odrazy a 16 čočkami pro zaostření v obou osách
• Reverzní cykly dráhy pro zdvojení délky letu
• Detekce pomocí rychlého iontového detektoru a custom data acquisition

Použitá instrumentace

• Přístroj Pegasus GC-HRT (LECO Corporation)
• Kapilární GC s tepelně řízeným přenosovým vedením
• Žhavený EI/Multi-Mode zdroj
• Ortogonální pulzní akcelerátor
• Planar gridless elektrostatická zrcadla a einzel čočky
• Turbomolekulární vakuové pumpy
• Rychlé digitizační systémy a vysoce stabilní napájecí zdroje

Hlavní výsledky a diskuse

Ve standardním High Resolution (HR) režimu dosahuje analyzátor pro m/z=219 rozlišení nad 25 000 (FWHH). V Ultra High Resolution (UHR) režimu, kdy ionty vykonají dvojnásobný počet cyklů, rozlišení překročí 50 000 při zachování šířky píku. Dráha iontů v rámci kompaktní komory 30"×6"×4" činí přibližně 20 m, maximalizuje dobu letu až na 1 ms a stabilita rozlišení roste s vyššími m/z hodnotami. Zavedení Encoded Frequent Pushing® zvyšuje duty cycle až desetkrát, což zlepšuje citlivost při zachování vysokého rozlišení.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda kombinuje výhody TOFMS – široký hmotnostní rozsah, rychlou akvizici a plné spektrum – s extrémně vysokým rozlišením potřebným pro rozlišení isobar. Kompaktní konstrukce FFP analyzátoru umožňuje snadné propojení s GC, LC nebo jinými separačními technikami. Výsledkem je spolehlivá identifikace stopových složek ve farmaceutické, environmentální nebo potravinářské analýze.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další zvýšení dráhy iontů prostřednictvím optimalizace odrazných cyklů
• Integrace s iontovou mobilitou pro trojrozměrné oddělení
• Rozšíření EFP multiplexingu pro vyšší citlivost v reálném čase
• Implementace do LC-MS pro proteomické a metabolomické aplikace
• Automatizace a AI-řízená analýza spekter

Závěr

Vysoce výkonný TOF hmotový analyzátor s Folded Flight Path® představuje revoluční řešení pro dosažení vysokého rozlišení v kompaktním přístroji. Kombinace dlouhé dráhy letu, efektivního odrazu, prostorového zaostření a pokročilého multiplexingu přináší vynikající analytické možnosti pro široké spektrum aplikací.

Reference

1. Stephens W. E. Phys. Rev. 69 (1946) 691
2. Cameron A. E., Eggers D. F. Rev. Sci. Instrum. 19 (1948) 605
3. Mamyrin B. A. et al. JETP 64 (1973) 82–89
4. Toyoda M. et al. J. Mass Spectrom. 38 (2003) 1125–42
5. Satoh T. et al. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 16 (2005) 1969–75
6. Wollnik H., Casares A. Int. J. Mass Spectrom. 227 (2003) 217–22
7. Nazarenko L. M. et al. SU Patent 1725289 A1 (1989)
8. Verenchikov A. et al. US Pat. 7,385,187 (2004)
9. Willis P., Jaloszynski J., Artaev V. IJMS 459 (2021) 116467
10. LECO Corp. Encoded Frequent Pushing (2019) 209-281-006