4.4 Ионно-циклотронный резонанс

Вернемся, однако, к другим типам масс-анализаторов. Благодаря, прежде всего, потреб-ностям протеомики, метаболомики, липидомики и анализа биополимеров все более широ-кое распространение получил в последнее время масс-анализатор на основе ионно-циклоьтронного резонанса. Именно этот тип масс-анализатора позволяет наиболее точно померять массу иона, обладает очень высоким разрешением. Высокое разрешение поз-воляет работать с полипротонированными ионами, охотно образующимися при ионизации белков и пептидов в электроспрее, а высокая точность определения массы позволяет по-лучать брутто-формулу ионов, делая возможным определять структуру последовательно-стей аминокислотных остатков в пептидах и белках, а также детектировать послетрансля-ционные модификации белков. Это сделало возможным секвенировать белки без их предварительного гидролиза на пептиды. Такой способ получил название "Top-down" про-теомики.

Получение уникальной информации стало возможно благодаря применению масс-анализатора ионно-циклотронного резонанса с Фурье-преобразованием. В этом анализа-торе ионы влетают в сильное магнитное поле и вращаются там по циклическим орбитам (как в циклотроне, ускорителе элементарных частиц). Такой масс-анализатор обладает определенными преимуществами: имеет очень высокое разрешение, диапазон измеряе-мых масс весьма широк, может анализировать ионы, получаемые всеми способами. Од-нако, для своей работы он требует сильного магнитного поля, а значит, использования сильного магнита со сверхпроводящим соленойдом, поддерживаемым при очень низкой 8

температуре (жидкого гелия, приблизительно - 270оС). Примером такого масс-спектрометра является LTQ FT.

Дополнительные возможности открывает использование линейной квадрупольной ионной ловушки. В отличие от тороидальной ионной ловушки, как в FINNIGAN Polaris Q или FIN-NIGAN LCQ, ионы "ловятся" внутри квадруполя за счет запирающих потенциалов на вход-ном и выходном концах. Затем, за счет резонансной радиочастоты выбрасываются в направлении перпендикулярном стержням квадруполя и регистрируются двумя электрон-ными умножителями. Такой механизм осуществлен на приборе FINNIGAN LTQ и позволя-ет значительно увеличить популяцию захваченных ловушкой ионов, что ведет и к расши-рению динамического диапазона и к улучшению чувствительности. Именно этот прибор используется для "подготовки" ионов, вводимых в ячейку ионно-циклотронного резонанса в LTQ FT

4.5 Время-пролетный анализатор

При исследовании соединений, непереводимых в газовую фазу, также популярны "время-пролетные" (Time Of Flight, TOF) масс-анализаторы. Мы ранее говорили, что ионы сорти-руются по массам за счет закономерностей движения заряженных частиц в поле (магнит-ном или электростатическом). И это не совсем относится к время-пролетным анализато-рам, поскольку в них, как раз, ионы движутся в бесполевом пространстве. Ионы из источ-ника разгоняются электрическим полем, приобретая достаточно большую кинетическую энергию, и вылетают в бесполевое пространство. На входе в это пространство все ионы имеют одинаковую кинетическую энергию, а если вспомнить всем известную формулу, выражающую величину кинетической энергии через массу и скорость (E=mv2/2), то, оче-видно, в зависимости от массы ионы будут двигаться с разными скоростями и, соотвест-венно, в разное время достигнут детектора, расположенного в конце трубы их пролета. Зарегистрировав их и измерив время, можно посчитать и их массу. Все процессы, о кото-рых мы здесь говорим происходят за миллионные доли секунды. То есть, этот масс-анализатор очень "быстрый". На основе такого масс-анализатора можно построить очень быстрый (и чувствительный) масс-спектрометр, что может оказаться весьма выигрышным, особенно при анализе органических веществ, представляющих собой смесь огромного ко-личества индивидуальных соединений (например, нефть). Примером такого прибора яв-ляется GC/TOF MS TEMPUS.

Однако, раньше аналитики использовали другое преимущество этого метода - с этим ана-лизатором гораздо проще получить очень широкий диапазон масс, то есть с его помощью легко измерять массы очень больших молекул. На базе квалрупольных анализаторов это сделать невозможно, недостаточно энергии для разгона больших молекул. Магнитные анализаторы такого масштаба окажутся слишком большими (рабочий диапазон масс маг-нитного анализатора пропорционален магнитному полю). Время-пролетные анализаторы оказались очень выигрышными для такого применения и могут использоваться для изме-рений масс огромных молекул (с массами в десятки и сотни тысяч атомных единиц). А наиболее подходящим методом ионизации оказался описанный выше MALDI (ионизация лазерной десорбцией при содействии матрицы). Дальнейшее развитие методов анализа показало, что той точности измерения массы, которую можно достичь на время-пролетных масс-анализаторах для больших масс явно недостаточно. В век протеомики никому не нужно знание массы белка с точностью +/- 500 Да. Поэтому основное развитие получили другие методы, работающее с белками, "разрезанными" на пептиды с помощью гидролиза трипсином (так называемая bottom-up протеомика), а их массы, как правило, не превыша-ют 1500 - 2000 а.е.м. Времяпролетные масс-анализаторы, в основном, используются се-годня благодаря их простоте, скорости и относительно небольшой стоимости. Комбинации квадрупольных анализаторов с TOF или TOF-TOF также получили широкое распростране-ние благодаря возможности точно измерять массы ионов (до 2 ppm). 9