eng
Выпуск #3/2013
Р.Герасимов
iFunnel – новая технология повышения чувствительности для тандемных ВЭЖХ-МС/МС систем от Agilent
iFunnel – новая технология повышения чувствительности для тандемных ВЭЖХ-МС/МС систем от Agilent
Просмотры: 2943
Ионизация электрораспылением (ESI) зарекомендовала себя как надежная и широко распространенная технология для анализа различных типов органических соединений методом ВЭЖХ-МС/МС. Разработанная компанией Agilent новейшая технология iFunnel сочетает в себе высокую генерацию ESI-ионов и технологию термо-градиентной фокусировки Agilent Jet Stream с использованием шестиканального капилляра для передачи ионов в масс-анализатор, что позволяет гораздо большей части ионов факела распыления ESI попасть в ионную оптику масс-спектрометра. Описано применение технологии iFunnel на новой системе жидкостного хромато-масс-спектрометра с тройным квадруполем 6490 Triple Quadrupole LC/MS при чувствительности на уровне зептомоль. Впервые использовался квадрупольный тандемный масс-спектрометр при работе с традиционными скоростями потока элюента.
Теги: esi ifunnel jet stream tandem lc/ms thermal gradient focusing technology zeptomole sensitivity тандемная вэжх-мс термо-градиентная фокусировка чувствительность на уровне зептомоль электроспрей
Технология Agilent Jet Stream
При конструировании новой системы жидкостного хромато-масс-спектрометра с тройным квадруполем 6490 компанией Agilent использован комплексный подход к улучшению чувствительности, в котором особое внимание уделяется газовой фазе образования ионов и их последующего переноса в масс-спектрометр, а также повышению эффективности ионного переноса и снижению шумов во всей системе.
При анализе фотографий участка факела электрораспыления можно выявить, по крайней мере, две причины того, почему многие ионы анализируемого вещества теряются в процессе ионизации электрораспылением при атмосферном давлении. Первая заключается в том, что анализируемое вещество остается в распыленных каплях из-за недостаточной десольватации, а вторая связана с тем, что многие капли и десольватированные ионы движутся мимо входного отверстия масс-анализатора. Поскольку ионы увлекаются атмосферными газами, невозможно эффективно захватить их все, используя только электростатическое поле.
Технология термоградиентной фокусировки Agilent Jet Stream (AJS) помогает преодолеть обе эти проблемы и улучшить перенос ионов, получаемых при атмосферной электрораспылительной ионизации. В технологии AJS для эффективного десольватирования капель, образующихся при распылении в источнике ионов, используется специальная термическая обработка. Высокоточный микрораспылитель формирует вокруг капель оболочку из перегретого газа и создает газодинамический поток, концентрирующий ионы в определенной термически ограниченной зоне для эффективного переноса в масс-анализатор. С помощью высокой скорости потока газа, нагретого до температуры 400°C, происходит сужение насыщенной ионами зоны до области размером около одной пятой от размера факела распыления, образуемого стандартным источником электрораспылительной ионизации (рис.2). Газ при высокой температуре фокусирует струю распыленного вещества и способствует образованию капель значительно меньшего размера. Сравнение сигналов, полученных методами ESI и AJS, показывает, что интенсивность сигнала при использовании термофокусировки в несколько раз выше (рис.3).
Шестиканальный капилляр
Несмотря на существенный прирост чувствительности, дальнейшие эксперименты показали, что многие ионы, образующиеся в коллимированном факеле распыления AJS, не захватываются масс-спектрометром. Проведены эксперименты по варьированию бокового положения факела AJS перед входом в капилляр масс-спектрометра. Данные, приведенные на рис.4, показывают, что максимальная генерация ионов происходит в горизонтальной области шириной 3–5 мм в центре факела распыления. Как правило, ионы отбираются в систему масс-спектрометра одним капилляром. Стандартные капилляры Agilent обладают внутренним диаметром 600 мкм.
Эффективность переноса ионов можно повысить за счет увеличения области контакта капиллярного входа в пределах насыщенной ионами тепловой зоны. В предыдущих версиях масс-спектрометрических систем попытки повысить чувствительность осуществлялись за счет простого увеличения входного диаметра капилляра. Неудивительно, что подобные подходы оказались малоэффективными, поскольку не способствовали существенному повышению переноса ионов. Большинство ионов не попадают в масс-спектрометр. При большом диаметре капилляров газодинамика изменяется от спокойного ламинарного потока в турбулентный поток, приводящий к потере ионов. Кроме того, количество проникающего в масс-спектрометр газа увеличивается пропорционально диаметру капилляра в четвертой степени, а это означает, что даже незначительное увеличение диаметра вызывает повышенную нагрузку на вакуумную систему.
Альтернативный подход заключается в использовании нескольких капилляров, расположенных в центральной, насыщенной ионами зоне теплового фокусирования AJS. Мультикапиллярные системы продемонстрировали более результативный перенос ионов и хорошую эффективность десольватации. Для масс-спектрометра с тройным квадруполем 6490 выбрано круговое расположение шести капилляров (рис.5). Капилляры расположены на расстоянии 3 мм друг от друга по горизонтали и обеспечивают высокоэффективный захват ионов из газовой фазы в зоне теплового фокусирования. Повышение эффективности будет наблюдаться и при использовании стандартного ESI, но максимальный прирост происходит именно при AJS.
В дополнение к увеличению числа капилляров для снижения сопротивления потоку газа и минимизации потерь высокоподвижных ионов проведено сокращение длины капилляров вдвое. Этим обеспечивается еще больший захват ионов из зоны распыления. Увеличение числа капилляров вызывает возрастание газовой нагрузки на масс-спектрометр пропорционально количеству капилляров. Одноканальный капилляр, установленный на масс-спектрометре с тройным квадруполем Agilent 6460 Triple Quad, пропускает около 2 л/мин атмосферных газов. Укороченный шестиканальный капилляр пропускает около 23 л/мин. Таким образом, намного большее количество ионов отбирается из зоны теплового фокусирования AJS, но затем появляется необходимость отделить их от возросшего объема газа.
Двухстадийная ионная воронка
Решение проблемы возросшего объема газа достигнуто путем добавления системы ионных воронок. Ионная воронка – это элемент ионной оптики, который позволяет осуществить эффективный захват и фокусировку высокодисперсных ионов, а также обеспечивает прямой поток ионов на входе в масс-спектрометр, находящихся под высокой газовой нагрузкой.
Специалисты Agilent выбрали систему двойной ионной воронки, осуществляющей удаление газа в две стадии (рис.6). Первая воронка работает при высоком давлении и вакуумируется отдельно. Постоянное напряжение на воронке ускоряет и направляет ионы к выходу, а низкочастотная составляющая фокусирует их к центру для попадания во вторую воронку низкого давления.
Необходимо отметить, что первая воронка смещена относительно капилляра и входа во вторую воронку для предотвращения попадания нейтральных частиц в ионную оптику, расположенную за воронками. Вышеописанный процесс повторяется во второй ионной воронке низкого давления. По сравнению со стандартной системой скиммер/префильтр, из второй воронки выходит гораздо меньше газа, что обеспечивает снижение нагрузки на турбонасос, повышая срок его службы.
Существенный прирост
в чувствительности за счет
технологии iFunnel
Новый хромато-масс-спектрометр с тройным квадруполем 6490 Triple Quadrupole с технологией iFunnel демонстрирует десятикратный прирост в соотношении сигнал-шум при анализе алпразолама (alprazolam) по сравнению с хромато-масс-спектрометром с тройным квадруполем 6460 Triple Quadrupole с технологией AJS и одноканальным капилляром (рис.7). На этом приборе достигнут значительный прирост в чувствительности для многих соединений как в режиме положительных, так и отрицательных ионов.
Как видно из рис.8, прирост чувствительности при использовании технологии iFunnel происходит по всему диапазону масс. В среднем интенсивность сигнала в режиме регистрации положительных ионов ESI увеличивается в шесть раз. Как показано на рис.9, увеличение интенсивности ионов становится еще более выраженным в случае отрицательных ионов. Средний прирост интенсивности сигнала составил десятикратное увеличение на всем диапазоне массовых чисел хромато-масс-спектрометра с тройным квадруполем 6490 Triple Quadrupole.
Исключительный прирост интенсивности сигнала, достигаемый при использовании технологии iFunnel, способствует значительному повышению пределов обнаружения. Введение всего лишь 100 аттограмм (10-18 г) верапамила (verapamil) в колонку способствует получению отклика, явно превышающего шумовой сигнал (рис.10). Предел обнаружения в этом случае составляет примерно 100 зептомоль (10-21 г) верапамила.
Анализ биологических образцов со сложной матрицей, таких как плазма крови или моча, представляет собой серьезную аналитическую задачу. Одно из решений по повышению специ-фичности такого анализа – сужение окна фильтрации иона-предшественника для исключения потенциальных химических интерференций, т.е. повышение разрешения масс-спектрометра. На рис.11 показан пример анализа 2,5 фг (10-15 г) флутиказона пропионата (fluticasone propionate) в плазме крови. Предел обнаружения (LOD) с узким окном массовых чисел (0,4 m/z) обладает двукратным преимуществом по чувствительности, чем при более низком разрешении (0,7 m/z) за счет существенного снижения химического шума. Предел обнаружения (LOD) при 0,4 m/z составляет около 1 фг.
ВЫВОД
Таким образом, термоградиентная фокусировка системы AJS эффективно коллимирует факел распыления ESI и поэтому в масс-анализатор попадает большее количество ионов. Шестиканальная капиллярная система в сочетании с двухстадийной ионной воронкой, обеспечивает сепарацию ионов от газа и нейтральных частиц. Совокупный результат сочетания всех трех элементов технологии iFunnel – это прочная, надежная и устойчивая к загрязнениям конструкция с высокой чувствительностью и пределами обнаружения на уровне зептомолей.
При конструировании новой системы жидкостного хромато-масс-спектрометра с тройным квадруполем 6490 компанией Agilent использован комплексный подход к улучшению чувствительности, в котором особое внимание уделяется газовой фазе образования ионов и их последующего переноса в масс-спектрометр, а также повышению эффективности ионного переноса и снижению шумов во всей системе.
При анализе фотографий участка факела электрораспыления можно выявить, по крайней мере, две причины того, почему многие ионы анализируемого вещества теряются в процессе ионизации электрораспылением при атмосферном давлении. Первая заключается в том, что анализируемое вещество остается в распыленных каплях из-за недостаточной десольватации, а вторая связана с тем, что многие капли и десольватированные ионы движутся мимо входного отверстия масс-анализатора. Поскольку ионы увлекаются атмосферными газами, невозможно эффективно захватить их все, используя только электростатическое поле.
Технология термоградиентной фокусировки Agilent Jet Stream (AJS) помогает преодолеть обе эти проблемы и улучшить перенос ионов, получаемых при атмосферной электрораспылительной ионизации. В технологии AJS для эффективного десольватирования капель, образующихся при распылении в источнике ионов, используется специальная термическая обработка. Высокоточный микрораспылитель формирует вокруг капель оболочку из перегретого газа и создает газодинамический поток, концентрирующий ионы в определенной термически ограниченной зоне для эффективного переноса в масс-анализатор. С помощью высокой скорости потока газа, нагретого до температуры 400°C, происходит сужение насыщенной ионами зоны до области размером около одной пятой от размера факела распыления, образуемого стандартным источником электрораспылительной ионизации (рис.2). Газ при высокой температуре фокусирует струю распыленного вещества и способствует образованию капель значительно меньшего размера. Сравнение сигналов, полученных методами ESI и AJS, показывает, что интенсивность сигнала при использовании термофокусировки в несколько раз выше (рис.3).
Шестиканальный капилляр
Несмотря на существенный прирост чувствительности, дальнейшие эксперименты показали, что многие ионы, образующиеся в коллимированном факеле распыления AJS, не захватываются масс-спектрометром. Проведены эксперименты по варьированию бокового положения факела AJS перед входом в капилляр масс-спектрометра. Данные, приведенные на рис.4, показывают, что максимальная генерация ионов происходит в горизонтальной области шириной 3–5 мм в центре факела распыления. Как правило, ионы отбираются в систему масс-спектрометра одним капилляром. Стандартные капилляры Agilent обладают внутренним диаметром 600 мкм.
Эффективность переноса ионов можно повысить за счет увеличения области контакта капиллярного входа в пределах насыщенной ионами тепловой зоны. В предыдущих версиях масс-спектрометрических систем попытки повысить чувствительность осуществлялись за счет простого увеличения входного диаметра капилляра. Неудивительно, что подобные подходы оказались малоэффективными, поскольку не способствовали существенному повышению переноса ионов. Большинство ионов не попадают в масс-спектрометр. При большом диаметре капилляров газодинамика изменяется от спокойного ламинарного потока в турбулентный поток, приводящий к потере ионов. Кроме того, количество проникающего в масс-спектрометр газа увеличивается пропорционально диаметру капилляра в четвертой степени, а это означает, что даже незначительное увеличение диаметра вызывает повышенную нагрузку на вакуумную систему.
Альтернативный подход заключается в использовании нескольких капилляров, расположенных в центральной, насыщенной ионами зоне теплового фокусирования AJS. Мультикапиллярные системы продемонстрировали более результативный перенос ионов и хорошую эффективность десольватации. Для масс-спектрометра с тройным квадруполем 6490 выбрано круговое расположение шести капилляров (рис.5). Капилляры расположены на расстоянии 3 мм друг от друга по горизонтали и обеспечивают высокоэффективный захват ионов из газовой фазы в зоне теплового фокусирования. Повышение эффективности будет наблюдаться и при использовании стандартного ESI, но максимальный прирост происходит именно при AJS.
В дополнение к увеличению числа капилляров для снижения сопротивления потоку газа и минимизации потерь высокоподвижных ионов проведено сокращение длины капилляров вдвое. Этим обеспечивается еще больший захват ионов из зоны распыления. Увеличение числа капилляров вызывает возрастание газовой нагрузки на масс-спектрометр пропорционально количеству капилляров. Одноканальный капилляр, установленный на масс-спектрометре с тройным квадруполем Agilent 6460 Triple Quad, пропускает около 2 л/мин атмосферных газов. Укороченный шестиканальный капилляр пропускает около 23 л/мин. Таким образом, намного большее количество ионов отбирается из зоны теплового фокусирования AJS, но затем появляется необходимость отделить их от возросшего объема газа.
Двухстадийная ионная воронка
Решение проблемы возросшего объема газа достигнуто путем добавления системы ионных воронок. Ионная воронка – это элемент ионной оптики, который позволяет осуществить эффективный захват и фокусировку высокодисперсных ионов, а также обеспечивает прямой поток ионов на входе в масс-спектрометр, находящихся под высокой газовой нагрузкой.
Специалисты Agilent выбрали систему двойной ионной воронки, осуществляющей удаление газа в две стадии (рис.6). Первая воронка работает при высоком давлении и вакуумируется отдельно. Постоянное напряжение на воронке ускоряет и направляет ионы к выходу, а низкочастотная составляющая фокусирует их к центру для попадания во вторую воронку низкого давления.
Необходимо отметить, что первая воронка смещена относительно капилляра и входа во вторую воронку для предотвращения попадания нейтральных частиц в ионную оптику, расположенную за воронками. Вышеописанный процесс повторяется во второй ионной воронке низкого давления. По сравнению со стандартной системой скиммер/префильтр, из второй воронки выходит гораздо меньше газа, что обеспечивает снижение нагрузки на турбонасос, повышая срок его службы.
Существенный прирост
в чувствительности за счет
технологии iFunnel
Новый хромато-масс-спектрометр с тройным квадруполем 6490 Triple Quadrupole с технологией iFunnel демонстрирует десятикратный прирост в соотношении сигнал-шум при анализе алпразолама (alprazolam) по сравнению с хромато-масс-спектрометром с тройным квадруполем 6460 Triple Quadrupole с технологией AJS и одноканальным капилляром (рис.7). На этом приборе достигнут значительный прирост в чувствительности для многих соединений как в режиме положительных, так и отрицательных ионов.
Как видно из рис.8, прирост чувствительности при использовании технологии iFunnel происходит по всему диапазону масс. В среднем интенсивность сигнала в режиме регистрации положительных ионов ESI увеличивается в шесть раз. Как показано на рис.9, увеличение интенсивности ионов становится еще более выраженным в случае отрицательных ионов. Средний прирост интенсивности сигнала составил десятикратное увеличение на всем диапазоне массовых чисел хромато-масс-спектрометра с тройным квадруполем 6490 Triple Quadrupole.
Исключительный прирост интенсивности сигнала, достигаемый при использовании технологии iFunnel, способствует значительному повышению пределов обнаружения. Введение всего лишь 100 аттограмм (10-18 г) верапамила (verapamil) в колонку способствует получению отклика, явно превышающего шумовой сигнал (рис.10). Предел обнаружения в этом случае составляет примерно 100 зептомоль (10-21 г) верапамила.
Анализ биологических образцов со сложной матрицей, таких как плазма крови или моча, представляет собой серьезную аналитическую задачу. Одно из решений по повышению специ-фичности такого анализа – сужение окна фильтрации иона-предшественника для исключения потенциальных химических интерференций, т.е. повышение разрешения масс-спектрометра. На рис.11 показан пример анализа 2,5 фг (10-15 г) флутиказона пропионата (fluticasone propionate) в плазме крови. Предел обнаружения (LOD) с узким окном массовых чисел (0,4 m/z) обладает двукратным преимуществом по чувствительности, чем при более низком разрешении (0,7 m/z) за счет существенного снижения химического шума. Предел обнаружения (LOD) при 0,4 m/z составляет около 1 фг.
ВЫВОД
Таким образом, термоградиентная фокусировка системы AJS эффективно коллимирует факел распыления ESI и поэтому в масс-анализатор попадает большее количество ионов. Шестиканальная капиллярная система в сочетании с двухстадийной ионной воронкой, обеспечивает сепарацию ионов от газа и нейтральных частиц. Совокупный результат сочетания всех трех элементов технологии iFunnel – это прочная, надежная и устойчивая к загрязнениям конструкция с высокой чувствительностью и пределами обнаружения на уровне зептомолей.
Отзывы читателей
