Анализ динамики ионных ансамблей для определения аналитических характеристик Фурье масс-анализаторов

• Автор: Владимиров, Глеб Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 113 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение Глава I.

Принципы работы Фурье масс-анализаторов. Программное обеспечение, использовавшееся для моделирования динамики ионных ансамблей внутри масс-анализаторов.

1.1. Устройство ИЦР-ПФ масс-анализатора.

1.2. Устройство масс-анализатора орбитальная ионная ловушка.

1.3. Описание алгоритма и его реализации в использовавшемся программном обеспечении

Глава II. Моделирование динамики ионов в ловушках ИЦР-ПФ масс-анализаторов.

2.1. Стабилизация ионных облаков в ИЦР-ПФ масс анализаторе

2.1 .А. Разрушение ионных облаков при ангармоническом электрическом удерживающем поле, аппроксимация электростатического поля ИЦР-ПФ ловушки

2.1 .Б. Разрушение ионных облаков в неоднородном магнитном поле ИЦР ловушки

2.1.В. Механизм стабилизации ионных облаков в негармоническом электрическом и неоднородном магнитном поле, эмпирические зависимости
2.2. Слияние ионных облаков в скрещенном электрическом и магнитном полях
2.2.А Эмпирические зависимости для минимального количества ионов, необходимого для слияния двух ионных облаков разного

2.2.Б Переход ионных облаков с близким т/г из связанного дрейфом состояния в свободное и из свободного СОСТОЯНИЯ в связанное
2.2.В Слияние ионных облаков для изотопного кластера белка Цитохром С, зарядовое состояние +23.
2.3 Исследование стабильности ионных облаков в ИЦР-ПФ масс-анализаторах при столкновениях ионных облаков друг с другом.
2.4 Определение динамического диапазона ИТТР-ПФ масс-анализаторов с учетом эффектов, вызванных ион-ионным взаимодействием.

Глава 1П. Моделирование динамики движения ионов в масс
анализаторе орбитальная ионная ловушка
3.1 Исследование стабильности ионных облаков в масс-анализаторе орбитальная ионная ловушка при столкновениях ионных облаков друг с другом.
3.2 Динамика ионных облаков в орбитальной ионной ловушке при неидеальном удерживающем электростатическом поле
3.2.А Динамика ионных облаков в случае ангармоничности удерживающего электростатического поля,' вызванного конечными размерами ловушки
3.2.Б Сдвиги частот колебаний ионных облаков при разном количестве зарядов в ионных облаках для орбитальной ионной ловушки
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ЛИТЕРАТУРА
Введение
Масс-спектрометрия - инструментальный метод в аналитической химии, используемый для анализа вещества путем определения массы (чаще, отношения массы к заряду т/г) и относительных количеств ионов, получаемых при ионизации и/или фрагментации молекул исследуемого вещества. Масс-спектрометрия используется для определения элементного состава и химической структуры молекул и смесей [1].
При масс-спектрометрическом анализе осуществляется ионизация вещества с целью получения заряженных молекул или их фрагментов и последующее определение их масс по характеру движения полученных ионов в электрическом и/или магнитном ПОЛЯХ [2,3].
Характерный эксперимент в масс-спектрометрии включает [4,5]:
1. ввод анализируемого образца в прибор;

2. ионизацию компонентов образца одним из доступных методов для получения заряженных молекул;
3. движение ионов в электрических и магнитных полях анализатора масс;
4. взаимодействие ионов с системой детектирования;
5. анализ полученных сигналов.
Рассмотрим детально каждый шаг.
Способ загрузки анализируемой смеси в прибор определяется выбранным для нее методом ионизации. Измерение масс в масс-спектрометрии основано на определении характера движения ионов в электрических и магнитных полях, поэтому для масс-
спектрометрического анализа исследуемое вещество должно быть переведено в газообразную фазу и ионизировано [4]. В настоящее время при исследованиях биологических молекул наиболее распространены следующие методы “мягкой” ионизации: ионизация с помощью электроспрея (elektrospray ionization ESI) [6] и матричноактивированная лазерная десорбция/ионизация (МЛДИ) (matrix-assisted laser desorption/ionization. MALDI) [7,8,9]. Первый из методов предназначен для ионизации веществ, находящихся в жидкой форме, поэтому его удобно использовать совместно с жидкостными методами разделения компонентов вещества, например, совместно с жидкостной хроматографией. Второй основан на возгонке и ионизации образца из сухой кристаллической матрицы лазерными импульсами [1,4,9,10,11]. Оба метода не разрушают межатомные связи белковых макромолекул, что принципиально для возможности использования их при ионизации и измерении масс белков или пептидов [10,11,12]. Появление указанных методов ионизации привело к существенному распространению масс-спектрометрических методов в биомедицинских науках [1], что было отмечено присуждением Нобелевской премии по химии за 2002 год Дж.Фенну и К. Танака. [4, 13].
При определении структуры молекул (например аминокислотной последовательности) часто используется измерение не только массы молекул, но и измерение масс фрагментов молекул, полученных в результате фрагментации [5,12,14]. Фрагментация молекул может происходить как на этапе ионизации, так и после нее. Для того, чтобы осуществить фрагментацию белков и пептидов были разработаны различные методы. Основные из них: диссоциация, вызнанная
столкновением ионов с нейтральными частицами (collision-induced

В случае орбитальной ионной ловушки, когда магнитное поле равно нулю, разностная схема (1.11) переходит в разностную схему с перешагиванием [57].
При использовании данной схемы в случае неоднородного магнитного поля изменением магнитного поля при движении иона в ходе интегрирования движения пренебрегали. Величина магнитного поля изменялась после каждого шага интегрирования движения при перемещении ионов. Для разделения в первом уравнении (1.11) членов связанных с движением в магнитном поле В" = {ВХ,ВУ,В7} и членов, описывающих ускорение в магнитном поле, использовался метод, предложенный Дж. Борисом[57]. В соответствии с этим методом сначала производится изменение скорости на половину электрического импульса, затем осуществляется вращение в магнитном поле и добавляется вторая половина электрического импульса.
Из уравнений полностью исчезает Е", и получаемое соотношение будет представлять из себя чистое вращение. В работе [77] проведено исследование метода Бориса в применении к ловушке Пеннинга с потенциалом вида (1.1) и показано, что он позволяет обеспечить в этом случае хорошую точность и сохранение энергии. В соответствии с этим методом введем величины У+ и V- по формулам
у"+1,2=У++--Я„,
2т "
=у-_Еп.

Подстановка в первое уравнение разностной схемы (1.11) дает:

V + V

Данное выражение можно переписать как систему чтобы выразить у+; через у), , тогда:
= К + к_гЕ_
у_у=Уу+к_гЕу
у_, = у1+к_гЕ: (1Л2)
1.1 т