eng
Выпуск #5/2016
К.Гордеев, С.Жохов
Масс-спектрометрия сегодня: новейшие технологии и оборудование
Масс-спектрометрия сегодня: новейшие технологии и оборудование
Просмотры: 11533
Масс-спектрометрия (МС) принадлежит к числу наиболее информативных и активно развивающихся методов химического анализа. Сегодня без использования МС не обходятся как самые передовые исследования в области материаловедения и наук о жизни, так и рутинные анализы: от мониторинга состояния окружающей среды и состава пищевых продуктов до медицинской диагностики. На выставке analytica 2016 ведущие мировые производители представили новейшие разработки в области масс-спектрометрии.
Теги: chromatography inductively coupled plasma ion mobility spectrometry mass spectrometry индуктивно-связанная плазма масс-спектрометрия спектрометрия ионной подвижности хроматография
Немецкая компания Analytik Jena AG специализируется на разработке приборов оптической спектроскопии и элементного анализа и входит в число ведущих европейских производителей высокоточного аналитического оборудования. На выставке analytica 2016 она представила новый ИСП-МС PlasmaQuant MS Elite. Об этом приборе нам рассказал начальник проектно-конструкторского отдела Analytik Jena AG Юрий КАЛИНИЧЕНКО.
"Масс-спектрометр с индуктивно-связанной плазмой PlasmaQuant MS принадлежит к числу последних разработок Analytik Jena. Мы впервые представили его на рынке в 2015 году. Конструкция прибора включает целый ряд инновационных разработок, благодаря которым стала возможной работа в интервале 3–260 а.е.м. в широком линейном динамическом диапазоне (1010) с чувствительностью до 1,5·109 имп./с/мг/л.
Инструмент конструктивно состоит из двух частей – плазменной и вакуумированной масс-спектрометрической. Прежде всего, отмечу ряд интересных особенностей плазменной системы. Она позволяет работать с вдвое меньшим расходом аргона (7–10 л/мин.) по сравнению с другими приборами на рынке. Такая возможность очень интересна для лабораторий, выполняющих множество рутинных анализов, поскольку позволяет снизить эксплуатационные расходы.
Кроме того, благодаря новому ВЧ-генератору Eco Plasma, плазма отличается высокой долговременной стабильностью. ВЧ-генератор обеспечивает симметричный двухполярный сигнал возбуждения ("земля" в центре колебаний сигнала). В результате формируется электрически сбалансированная, квазинейтральная плазма, что устраняет проблему вторичной ионизации, конструкция горелки не требует экрана. В плазму можно добавлять и другие газы (кислород, азот, гелий) с помощью автоматического контроллера потоков газа Nitrox. Все это позволяет достаточно легко работать с очень сложными матрицами, в том числе – с органическими образцами.
Пучок ионов пропускается через встроенную реакционно-коллизионную ячейку (iCRC). Она располагается в вершине конуса скиммера перед входом в зону высокого вакуума. В ячейку подаются водород и гелий (соответственно, реакционный и коллизионный газы). Они взаимодействуют с полиатомными ионами, которые теряют кинетическую энергию и выводятся из системы, не попадая далее в зону ионной оптики. Это позволяет в еще большей степени устранять матричные помехи и ионные наложения.
Не менее примечательна масс-спектрометрическая часть нашего прибора. В нем используется квадрупольный масс-фильтр с частотой 3 МГц и очень быстрой интеграцией сигнала – до 50 мкс. Это обеспечивает быстрое сканирование спектра и позволяет использовать прибор, например, совместно с лазерной абляцией или для анализа единичных частиц. Масс-фильтр позволяет определять все известные стабильные изотопы в диапазоне от 3 до 260 а.е.м.
Мы выпускаем две модели PlasmaQuant MS – базовую и продвинутую (Elite). Особо отмечу, что даже в базовой конфигурации PlasmaQuant MS – самый чувствительный квадрупольный ИСП-МС на рынке. А у модели PlasmaQuant MS Elite чувствительность еще выше – порядка 1,5 · 109 имп./с/мг/л, что более характерно для магнитных ИСП-МС-систем. Конечно, речь идет именно о чувствительности, а не о разрешении масс – все же это квадруполь. Однако выдающаяся чувствительность делает PlasmaQuant MS идеальным инструментом для исследовательских приложений.
Система PlasmaQuant MS Elite эффективна для анализов следовых концентраций (ppb, ppt), особенно при совместном использовании с такими методами, как пробоотбор посредством лазерной абляции или предварительное разделение с помощью ВЭЖХ. При этом концентрации образцов, благодаря высокому динамическому диапазону, могут быть очень велики. Сочетание чувствительности и динамического диапазона очень важно в таких задачах, как измерения изотопных отношений, например, в атомной промышленности, в геологии для определения возраста пород и т.п.
За счет чего достигаются столь высокая чувствительность и динамический диапазон? Прежде всего, наше уникальное решение – система ввода ионов в масс-спектрометрическую систему на основе ионного зеркала ReflexION[1].
Оно отражает ионный пучок точно под углом 90°, а нейтральные частицы и фотоны сохраняют прямолинейное движение. В результате нейтральные частицы попадают в турбомолекулярный вакуумный насос Pfeiffer HiPace300, а ионы фокусируются в плотный пучок диаметром 1 мм на входе в квадруполь. Тем самым радикально уменьшается уровень фоновых шумов. Дополнительно он снижается менее чем до 1 имп./с с помощью несоосных S-образных стержней Брубакера на входе в квадрупольный масс-анализатор.
Другая ключевая особенность МС-системы нашего прибора – уникальный цифровой импульсный детектор ADD10 с электронным умножителем ETP AF250с. Обычно детекторы в ИСП-МС работают в двух основных режимах: для низких концентраций – в цифровом режиме счета импульсов, для более высоких, когда интенсивность сигнала становится значительной, – в аналоговом режиме. Такой подход требует калибровки перехода от цифрового к аналоговому режиму, причем, как правило, каждый день. В нашем случае детектор полностью цифровой. В нем между электронным умножителем и выходным усилителем используется аттенюатор, который полностью автоматически регулирует линейность сигнала в диапазоне до 10 порядков величины. Это не просто обеспечивает широкий динамический диапазон, но и увеличивает срок службы детектора.
Для управления прибором и гибкой настройки рабочих параметров в режиме реального времени предназначено программное обеспечение ASpect MS.
Особо отмечу удобную конструкцию PlasmaQuant MS. Прибор весьма компактен, на столе он занимает площадь всего 0,4 м2. Можно открыть инструмент как книжку и получить легкий доступ к конусу интерфейса МС-системы, например, для чистки или замены. Собственно, все не вакуумируемые части прибора легкодоступны для технического обслуживания.
В целом, система PlasmaQuant MS эффективна в широчайшем спектре применений, от задач экологического мониторинга и анализа объектов окружающей среды и до технологического контроля в промышленности и анализа биологических материалов".
Shimadzu – один из крупнейших мировых производителей аналитического, рентгеновского и испытательного оборудования. История компании насчитывает почти полтора столетия. Корпорация имеет около 70 подразделений по всему миру, а также несколько собственных представительств и широкую сеть дилеров в России и странах СНГ. Shimadzu производит практически весь спектр аналитического оборудования – жидкостные и газовые хроматографы и хромато-масс-спектрометры, масс-спектрометры MALDI и масс-микроскопы, спектрометры для элементного анализа, оптические и ИК-фурье-спектрофотометры, биотехнологическое оборудование.
Научные исследования и разработка нового оборудования занимает одно из главных мест в деятельности компании. Shimadzu имеет сеть собственных исследовательских центров и, кроме того, тесно сотрудничает с ведущими научными лабораториями всего мира. Сотрудник корпорации Shimadzu Коити Танака (Koichi Tanaka) в 2002 году получил Нобелевскую премию за создание метода мягкой лазерной десорбции (soft laser desorption, SLD).
В марте этого года компания Shimadzu впервые представила масс-спектрометр с индуктивно связанной плазмой ICP-MS 2030 – элементный анализатор, определяющий содержание большинства элементов на уровне триллионных долей (ppt). О новом приборе нам рассказал менеджер по спектроскопической продукции Европейского отделения компании Shimadzu, д-р Йохан ЛЯЙНДЕРС (Johan Leinders).
"Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) – один из универсальных методов анализа элементного состава вещества. Cтабильность ионного источника и высокая эффективность ионизации любых элементов делает метод незаменимым не только для определения самих элементов, но и для анализа их изотопного состава.
Cпектрометр Shimadzu ICP-MS 2030 воплотил в себе весь опыт, накопленный компанией в разработке спектрометров с индуктивно-связанной плазмой (в частности, ИСП-ОЭС) и масс-спектрометрической техники. Наши инженеры потратили долгое время на его разработку – наконец, в марте этого года спектрометр был представлен на выставке Pittcon. Как и все аналитическое оборудование ведущих японских фирм, прибор отличается высокой надежностью и продуманностью каждой детали.
Основная задача разработчиков, с которой они успешно справились – создание высокочувствительного прибора, отвечающего современным требованиям определения микроэлементов. Новый спектрометр определяет большинство элементов на уровне триллионных долей (ppt) и даже ниже. Он соответствует требованиям ICH Q3D, регламентирующим предельное содержание примесей токсичных элементов в фармацевтической продукции, а также другим международным стандартам, в том числе тем, которые вступят в действие в ближайшие годы.
Высокую чувствительность обеспечивают особенности как аппаратной части прибора, так и программного обеспечения. Прежде всего, это октупольная соударительная ячейка, эффективно удаляющая из ионного потока интерферирующие компоненты: молекулярные ионы, нейтральные частицы и т.д. Ячейка заполняется газообразным гелием. Сталкиваясь с атомами гелия, мешающие частицы теряют больше кинетической энергии, чем ионы аналитов. На выходе из ячейки присутствует потенциальный барьер, через который проходят только частицы с кинетической энергией не ниже определенной, то есть только анализируемые ионы. Использован принцип дискриминации по кинетической энергии (Kinetic Energy Discrimination, KED).
Частая причина потери чувствительности – прямое попадание эмиссионного излучения плазмы непосредственно на детектор. Во избежание этого, поток ионов направляется по искривленной траектории. Сразу за соударительной ячейкой расположена система ионных линз, которая не просто фокусирует пучок ионов, но и отклоняет его на определенный угол. Усовершенствован и сам детектор: он представляет собой фотоэлектронный умножитель, где ионы попадают сразу на рабочую поверхность активных динодов. Таким образом, наш прибор обеспечивает не только высочайшую чувствительность, но и динамический диапазон в девять порядков величины. Диапазон измеряемых масс составляет от 5 до 260 а.е.м. – этого достаточно для определения любых элементов от лития до урана.
Программное обеспечение включает два особых модуля, называемых "помощниками": помощник создания метода и помощник проверки результатов. Первый позволяет многократно ускорить составление методик. Достаточно лишь задать определяемые элементы, и "помощник" сам рассчитает все массовые числа (в том числе оксидных, многозарядных ионов и т.п.), элементы внутреннего стандарта, предложит оптимальную схему калибровки. Помощник проверки результатов автоматически определяет наличие спектральных наложений на основании данных по всем элементам и массовым числам для всех измеренных образцов. Как известно, поиск наложений вручную не только отнимает много времени, но и требует высокой квалификации персонала.
Не последнее место занимает экономичность прибора, а также удобство его обслуживания. Спектрометр ICP-MS 2030 гораздо компактнее большинства других аналогичных приборов, его эксплуатационные расходы сведены к минимуму. Плазменная горелка новой конструкции, разработанная и запатентованная компанией, обеспечивает низкий расход аргона: 10 л/мин в режиме работы и 5 л / мин в режиме ожидания, так называемом экорежиме. Этот режим активируется даже при небольшой паузе между измерениями, а выход из него в рабочий режим происходит моментально. Конструкция горелки обеспечивает стабильность плазмы даже при использовании аргона промышленной чистоты 99,95%, поэтому нет необходимости покупать дорогой высокоочищенный аргон.
Процедуры технического обслуживания весьма просты: многие детали прибора легко извлекаются и устанавливаются самим пользователем без специальных инструментов. Конусы интерфейса между плазменной и вакуумной частью (самплер и скиммер) можно вытащить для чистки, открутив один винт. При этом нет риска случайных прикосновений к горелке или частям, которые можно загрязнить. Горелка, распылитель и подающие газы шланги также легко снимаются. Все шланги обозначены специальной яркой маркировкой.
Спектрометр ICP-MS 2030 может успешно применяться для решения многих практических задач. В фармацевтике токсичные элементы определяются в концентрациях, которые в несколько тысяч раз ниже предельно допустимых по требованиям ICH Q3D. В пищевой промышленности спектрометр может использоваться для анализа не только опасных примесей, но и необходимых питательных элементов. Экологические задачи включают анализ питьевой воды, сточных вод, содержимого водоемов и различных объектов окружающей среды. Спектрометр можно применять в научных исследованиях – определять степень окисления или химическую форму, в которой тот или иной элемент присутствует в пробе. Для таких задач к прибору можно подключать жидкостный хроматограф Shimadzu Prominence Inert и другие необходимые аппараты".
С новым одноквадрупольным газовым хромато-масс-спектрометром GCMS-QP 2020 нас познакомил специалист по продукции компании Shimadzu Кристофер СОВА (Christopher Sowa).
"Газовый хромато-масс-спектрометр GCMS-QP 2020 впервые появился на рынке в конце прошлого года. Его создание было достойным ответом нашей компании на возрастающие требования к чувствительности приборов и скорости анализов. Cледовые, микроскопические количества летучих соединений необходимо определять во многих отраслях: в пищевой и фармацевтической промышленности, экологии, при разработке новых материалов и препаратов.
Главное достоинство масс-спектро-метра – быстрота сканирования. По всему диапазону масс от 1,5 до 1090 а.е.м. максимальная скорость сканирования составляет 20 тыс. а.е.м. в секунду.
Благодаря такому быстродействию можно регистрировать полный ионный ток одновременно с мониторингом целевых ионов (Full scan SIM), эффективно проводить многомерную газовую хроматографию (GC Ч GC-MS) и сверхбыстрые анализы (Fast-GC / MS). Применение функции ASSP (Advanced Scanning Speed Protocol), оптимизирующей напряжение на стержнях квадруполя в ходе сканирования, позволяет избежать потери чувствительности, связанной с повышением скорости.
Заметно усовершенствована конструкция ионного источника. Между филаментными нитями, генерирующими свободные электроны, и камерой ионизации расположены защитные пластины, предотвращающие распространение избыточного теплового излучения и электрического поля. Это повышает стабильность работы и производительность источника. Кроме "традиционного" для газовой хроматографии метода ионизации – электронного удара, можно проводить химическую ионизацию, причем как положительную, так и отрицательную. Важным преимуществом системы является функция Quick-CI – возможность переключения режимов ионизации в ходе сканирования без остановки прибора. Благодаря этому химическая ионизация может быть активирована в любой момент: например, при выходе вещества с колонки какое-либо короткое время проводится химическая ионизация, а затем – снова электронный удар.
Еще одно усовершенствование коснулось системы вакуумирования. В ее основе – высокомощный турбомолекулярный насос, имеющий два канала для независимой откачки камеры ионного источника и квадрупольного масс-фильтра. Также имеется форвакуумный насос. Эффективная работа системы откачки не только повышает чувствительность и производительность анализов, но и дает возможность использовать различные газы в качестве газов-носителей. Кроме гелия, могут успешно применяться водород и азот. Это часто позволяет снизить эксплуатационные расходы.
Программный пакет GCMS Insight многократно повышает эффективность анализа многокомпонентных смесей. Функция Smart SIM автоматически создает метод анализа таким образом, что целевые ионы каждого из определяемых соединений регистрируются только во время его выхода с колонки. Поэтому за один аналитический цикл теперь можно определять сразу много целевых соединений, не проигрывая в чувствительности. Программный модуль LabSolutions Insight обеспечивает представление данных на экране в удобном и интуитивно понятном виде, что значительно облегчает их анализ оператором. Особый модуль программы отвечает за автоматический расчет индексов удерживания, что дает возможность определять нужные соединения без использования дорогостоящих стандартов. Наконец, программный пакет включает целый набор баз данных для определения пестицидов, продуктов метаболизма, пахучих соединений, экотоксикантов, взрывчатых и опасных веществ, наркотиков, и т.п. Даже если в образце есть какое-то неизвестное соединение, например, новый, недавно синтезированный наркотик, чаще всего удается определить не только его химическую формулу, но и отнести его к определенному классу веществ".
Компания LECO – один из мировых лидеров в производстве аналитического оборудования для угольной и горнорудной промышленности, черной и цветной металлургии. История компании ведет отсчет с 1936 года, когда был произведен первый экспресс-анализатор углерода для сталелитейной промышленности США. С конца 1990-х годов компания успешно развивает новое для себя направление – производство времяпролетных хромато-масс-спектрометров. Благодаря реализации новейших технических решений, они быстро приобрели мировую известность. В 2011 году на выставке Pittcon времяпролетный жидкостный хромато-масс-спектрометр LECO Citius LC-HRT был удостоен золотой медали выставки Pittcon (Pittcon Editors’ Gold Award). Штаб-квартира компании расположена в г. Сент-Джозеф (Штат Мичиган, США), там же находятся производственные мощности и опытно-конструкторские центры. Компания имеет свыше 30 представительств в различных странах мира, в том числе в России.
Времяпролетные масс-анализаторы LECO Pegasus зарекомендовали себя как высокопроизводительные системы, которые можно применять как для рутинных анализов, так и для фундаментальных научных исследований. Они позволяют получать масс-спектры высокого разрешения с максимальной скоростью регистрации и точностью измерения масс. Системы двумерной газовой хроматографии обеспечивают исключительное качество разделения сложных многокомпонентных смесей, благодаря сочетанию капиллярных колонок с различной селективностью и термомодуляции с криофокусированием аналитов.
В конце прошлого года на рынке появился газовый хромато-масс-спектрометр Pegasus GC-HRT 4D. Он сочетает в себе преимущества всех прежде существовавших систем LECO на платформе Pegasus. С этим прибором нас познакомил директор Европейского отдела маркетинга компании LECO Игорь БОРИСОВ.
"Цель создания нового прибора Pegasus GC-HRT 4D – возможность максимально полной, исчерпывающей характеристики каждого из образцов. На фоне основных компонентов часто присутствуют скрытые минорные соединения, пики которых сложно заметить на хроматограммах. Высокое разрешение и комплексная математическая обработка результатов позволяет идентифицировать максимальное число компонентов каждого образца и с высокой достоверностью определить их химическую структуру.
Этот прибор – первый в мире, где двумерная газовая хроматография комбинируется с времяпролетным масс-анализатором высокого разрешения, достигаемого за счет зигзагообразной траектории ионов. Такие технологии использовались нами и раньше[2], но никогда прежде не сочетались в одном приборе. Программное обеспечение дополнено особым алгоритмом деконволюции спектров высокого разрешения HRD (High Resolution Deconvolution).
Времяпролетный масс-анализатор обеспечивает разрешение 50 тыс., точность определения масс – 1 ppm. Скорость регистрации – до 200 полных масс-спектров в секунду. Хочу подчеркнуть, что времяпролетные масс-анализаторы как нельзя лучше подходят для анализа большого числа узких хроматографических пиков. В отличие от квадрупольных или сканирующих анализаторов, они определяют все значения m / z одновременно, а не поочередно. Поэтому даже при очень быстрой регистрации спектров не наблюдается типичных искажений, когда, например, масс-спектры одного хроматографического пика на противоположных склонах выглядят по-разному. В кластерах молекулярных и фрагментных ионов наблюдается точное соответствие соотношений интенсивностей изотопных пиков теоретически рассчитанным значениям.
Высоким разрешением масс-анализатор обязан особой конструкции по технологии FFP (folded flight path). Ионы пролетают по зигзагообразной траектории с многократным отражением плоскими бессеточными зеркалами с обратной фокусировкой. За счет этого длина пути пролета увеличивается до 40 м – соответственно, повышается и разрешение, а размеры самого анализатора остаются компактными. Интересно, что идея многоотражательного анализатора с бессеточными зеркалами появилась еще в СССР, затем была доработана научной группой А.Н.Веренчикова, после чего приобретена компанией LECO и запатентована.
Конструкция ионного источника адаптирована для работы в режиме двумерной газовой хроматографии, то есть для регистрации узких хроматографических пиков с шириной менее 0,1 с. Возможна работа в режиме электронной или химической ионизации. При электронной ионизации можно использовать в качестве газа-носителя как гелий, так и водород. Если электронная ионизация обеспечивает эффективную фрагментацию ионов, то химическая ионизация, будучи более мягким методом, позволяет получать интенсивные псевдомолекулярные ионы. В целом, получаемой масс-спектральной информации бывает достаточно, чтобы с высокой степенью достоверности определять химическое строение компонентов и состав анализируемых смесей.
Для реализации двумерной газовой хроматографии использован четырехструйный термический модулятор, который не расходует ни жидкий азот, ни другие хладагенты – используется внешний охлаждающий блок. Внутри основного термостата хроматографа находится второй термостат, работающий независимо – он отвечает за температурный режим второго хроматографического измерения. Время модуляции можно изменять в зависимости от аналитической задачи и варьировать его в ходе одного эксперимента для оптимального разделения компонентов с разными свойствами.
Единое программное обеспечение LECO ChromaTOF обеспечивает управление всеми модулями системы, запись и обработку результатов анализа. Алгоритм HRD (High Resolution Deconvolution) заключается в выделении чистых масс-спектров по совпадающим максимумам в индивидуаль-ных масс-хроматограммах во всем диапазоне масс. Этот алгоритм максимально эффективно использует возможности современной математики, позволяя находить отдельные компоненты очень сложных смесей. Как говорят разработчики, "система Pegasus GC-HRT 4D одержала полную победу над проблемой одновременного элюирования".
Определение химического строения неизвестных веществ проводится на основе целого комплекса получаемых данных. Это анализ хроматографических данных и значений точных масс, подбор брутто-формул с помощью молекулярного калькулятора точных масс, графическая систематизация дефектов масс, сравнение относительных интенсивностей изотопных пиков с теоретическими значениями для заданных элементных составов, сравнение с библиотечными масс-спектрами в номинальных значениях масс и онлайн-базами структурных формул новых химических веществ. Такая исчерпывающая информация позволяет надежно идентифицировать детектируемые соединения.
Система Pegasus GC-HRT 4D открывает новые аналитические возможности для любых областей, где широко применяется метод хромато-масс-спектрометрии. В первую очередь, это нефтехимия, криминалистика, экология и метаболомика – те области, где требуется анализ сложных многокомпонентных образцов. Возможность проведения обзорного анализа сложных объектов неизвестного состава и достоверной идентификации определяемых компонентов является существенным преимуществом данного метода. Мы надеемся, что новая система будет чрезвычайно полезна российским клиентам и обеспечит новый уровень решения многих аналитических и исследовательских задач".
Компания Waters – крупная мировая корпорация, разрабатывающая и производящая лабораторное аналитическое оборудование и программное обеспечение, необходимое для его работы. Основанная в 1958 году в Массачусетсе, компания сейчас имеет около десятка заводов-производителей и более 30 представительств по всему миру. Особую известность корпорация Waters приобрела в 2004 году, разработав и внедрив технологию UPLC (Ultra Performance Liquid Chromatography). Она позволила значительно повысить производительность жидкостной хроматографии за счет уменьшения размеров сорбента до 2 мкм и менее. На сегодняшний день корпорация производит множество разнообразных жидкостных хроматографов и хромато-масс-спектрометров, включая известную широкому кругу специалистов систему ACQUITY UPLC, систему сверхкритической жидкостной хроматографии ACQUITY UPC2, гибридные HPLC-UPLC хроматографы, позволяющие использовать сертифицированные методы HPLC в режиме UPLC, и многое другое.
В прошлом году компанией был разработан и представлен квадрупольный времяпролетный масс-спектрометр Vion IMS QTof, разделяющий ионы не только по массовым числам, но и по ионной подвижности. Это первый прибор такого класса, предназначенный для рутинных анализов. Также на выставке analytica 2016 экспонировался компактный масс-спектрометр с тройным квадруполем Xevo TQ-S micro, обладающий высокой чувствительностью и производительностью. Об этих инструментах нам рассказала директор по стратегическому маркетингу компании Waters по странам Европы и Индии д-р Цзин ЛИН (Jing Lin).
"Масс-спектрометр Xevo TQ-S micro впервые появился на рынке около двух лет назад. Он обладает компактными размерами, демонстрируя при этом исключительно высокие аналитические характеристики. Такое стало возможным, благодаря комбинации нескольких оригинальных технологий, разработанных и запатентованных компанией Waters. Масс-спектрометр сочетается с любыми ионными источниками Waters: ESI, APCI, APPI, ESCi, IonKey/MS, nanoFlow ESI, APGC, ASAP. Его можно использовать совместно с новейшими хроматографическими системами Waters Acquity UPLC-H, UPLC-I, UPLC-M и UPC2, а также с хроматографами некоторых других производителей.
Технология T-wave (travelling wave), примененная в ячейке соударений Xevo TQ-S, значительно повышает скорость работы в режиме MRM (Multiple reaction monitoring) без ущерба для качества результатов. Можно регистрировать до 500 MRM-переходов в секунду. Конструкция ячейки включает набор электродов в виде параллельно расположенных тонких колец, к которым прикладывается постоянный ток и осциллирующее радиочастотное поле. С помощью определенной комбинации потенциалов на соседних кольцах можно создать барьер, тормозящий ионы, а путем перемещения этого барьера вдоль ячейки контролируется скорость ионного потока. Если создать несколько барьеров, перемещая их друг за другом, то фрагментируемые ионы будут двигаться группами, волнами. Это гораздо эффективнее, чем непрерывный ионный поток, в котором могут возникать взаимные помехи и диффузия. В нашем случае взаимное влияние соседних MRM-каналов друг на друга не более 0,001%.
Скорость сканирования масс достигает 20 000 а.е.м./с. Это позволяет регистрировать полный ионный ток и MRM-переходы одновременно (так называемый режим RADAR). Регистрация полного тока дополняет классические методы тандемного анализа, основанные на наблюдении MRM-переходов. Она дает возможность обнаруживать не только целевые, но и другие соединения, которые могут тоже представлять интерес. Полный ионный ток дает информацию о точном составе матрицы, который может меняться от образца к образцу. При необходимости можно регистрировать одновременно положительные и отрицательные ионы (переключение полярности занимает всего 15 мс), быстро менять тип ионизации (если установлен ионный источник ESCi).
Детектор, сконструированный по технологии XDR (eXtended Dynamic Range), обеспечивает динамический диапазон в шесть порядков величины, начиная от предела обнаружения определяемого соединения. Не нужно проводить повторные анализы, разбавляя или концентрируя образцы.
При испытании больших серий образцов чувствительность масс-спектрометра может ухудшиться из-за загрязнения его узлов. Особенно остро стоит такая проблема для высокопроизводительных лабораторий, где сотнями и тысячами исследуют образцы, находящиеся в сложных матрицах – это могут быть, например, белки плазмы крови. Спектрометр Xevo TQ-S micro сохраняет чувствительность даже после многих тысяч анализов, благодаря особой геометрии ионного источника и системы линз между источником и анализатором. Сам источник выполнен по технологии ZSpray. Образующиеся ионы направляются в улавливающий конус по искривленной траектории, а компоненты матрицы и нейтральные частицы пассивно движутся прямо и удаляются. Система ионных линз выполнена по аналогичной технологии StepWave: в определенной точке происходит фокусировка ионного потока и искривление его траектории, а нейтральные частицы летят прямо. Сама по себе технология StepWave дает 25-кратный выигрыш в чувствительности анализов.
Наконец, нужно отметить преимущества программного обеспечения. Функция IntelliStart упрощает процедуру запуска анализов и уменьшает количество сложных операций. Серии анализов может запускать даже неопытный человек. Модуль QCMonitor проверяет все рабочие параметры перед запуском и во время анализа. Если хотя бы один из них выходит за границы нормы, анализ будет тут же остановлен, а оператор получит оповещение по электронной почте. База данных QUANPEDIA содержит самые разнообразные аналитические процедуры, основанные на составлении четких графиков регистрации MRM-переходов. Модуль TargetLynx помогает точно рассчитывать концентрации определяемых соединений в сложных образцах с непостоянным составом матрицы. Если для этого необходимы какие-либо внутренние стандарты, программа информирует оператора.
Квадрупольный времяпролетный масс-спектрометр Vion IMS QTof разделяет ионы сразу двумя способами – по массовым числам и ионной подвижности. Раньше подобные приборы предназначались только для научных исследований, поскольку они были крупногабаритными, сложными в эксплуатации и обслуживании. С появлением Vion IMS QTof такое "двойное" разделение стало доступно широкому кругу лабораторий, в том числе проводящим рутинные анализы.
Кто из химиков-аналитиков не сталкивался с проблемой изомеров, неразличимых даже на самом высокоточном масс-спектрометре? Бывает, что они не разделяются также и на хроматографической колонке – тогда приходится придумывать и тестировать десятки изощренных методик. Также актуальна проблема наложения пиков, которая тем серьезнее, чем сложнее состав образца, чем больше в нем компонентов. Из-за наложения пиков важные соединения могут оставаться незамеченными. Пики интересующих соединений могут быть скрыты пиками матрицы, концентрация которой на несколько порядков выше. Наконец, время хроматографического удерживания может меняться от образца к образцу, в частности, из-за непостоянного состава матрицы. Поэтому совпадение или различие времени удерживания не может служить абсолютно надежным критерием идентификации.
Все эти проблемы были решены благодаря введению еще одного разделяющего параметра, независимого от массового числа и времени удерживания. Это ионная подвижность, то есть способность молекулярных ионов дрейфовать под действием электрического поля в противотоке дрейфового газа (гелия). Скорость дрейфа определяется прежде всего пространственной структурой и конформацией молекул. Компактные ионы сталкиваются с атомами гелия меньше раз, чем крупные, размашистые. Количественной характеристикой ионной подвижности является сечение столкновения (collision cross-section, CCS), измеряемое в квадратных ангстремах (Е2). Оно соответствует эффективной площади взаимодействия молекулярного иона с атомами дрейфового газа. Структурные изомеры вещества имеют, как правило, разные значения CCS. Современное программное обеспечение позволяет с высокой точностью предсказывать эти значения.
Спектрометр Vion IMS QTof, как и предыдущий прибор, совместим с целым рядом различных ионных источников, которые пользователь может самостоятельно заменять. Образующиеся ионы попадают в систему линз StepWave, где происходит очистка ионного пучка от нейтральных частиц и его фокусировка. Далее расположена дрейфовая ячейка, выполненная по описанной выше технологии T-Wave. Значение CCS регистрируется здесь для каждого пролетающего иона. После дрейфовой ячейки находится еще одна фокусирующая система ионных линз. Затем идет, собственно, масс-спектрометрическая часть: квадрупольный фильтр, ячейка соударений XS Collision Cell, времяпролетный анализатор и детектор. Ячейка соударений имеет мультисегментную структуру, благодаря которой проанализированные ионы можно очень быстро выводить наружу, ускоряя начало регистрации следующего MRM-перехода. На выходе из ячейки расположена специальная система фокусирующей ионной оптики. Времяпролетный анализатор выполнен по технологии QuanTof2 с расширенным динамическим диапазоном. В целом, конструкция масс-спектрометрической части прибора обеспечивает высокие аналитические характеристики: разрешение составляет 50 тыс., а погрешность определения массы – менее 1 миллионной доли.
Спектрометр Vion IMS-QTof управляется научно-информационной системой UNIFI. Это единая программная платформа, позволяющая получать, идентифицировать и обрабатывать результаты. Система UNIFI позволяет проводить эксперимент в режиме HDMSE-Unlimited Product Ion: в квадрупольный фильтр и в ячейку соударений попадают не все ионы одновременно, а будучи уже разделенными в соответствии с ионной подвижностью. Поэтому по результатам можно сразу определить, какой родительский ион соответствует тому или иному иону-предшественнику и наоборот. Без использования этого режима подтверждение связи между фрагментом и предшественником требует дополнительных экспериментов тандемной масс-спектрометрии. Даже при анализе неизвестных соединений, когда отсутствуют сведения о времени удерживания, массе и значении CCS, система UNIFI позволяет теоретически рассчитать эти значения, а затем сравнить их с полученными в ходе анализа.
Помимо собственно масс-спектрометров, компания Waters представила на выставке analytica 2016 также компактный масс-спектрометрический детектор для хроматографических систем Acquity Qda и необычный ионный источник IonKey / MS, в котором капиллярная хроматографическая колонка и интерфейс ионизации находятся в миниатюрном сменном устройстве[3]. Одноквадрупольный детектор Acquity QDa служит прекрасным дополнением к оптическим и флуоресцентным детекторам хроматографических систем – он полностью совместим с другими видами детектирования. Дополнительная информация о массовых числах бывает весьма полезна хроматографистам – она дает возможность обнаруживать и разделять соединения без использования стандартов. Ионный источник IonKey / MS разработан для жидкостной хроматографии микро- и наномасштабов, где используются капиллярные колонки. Она полностью решает проблему неплотного контакта между колонкой и интерфейсом ионизации – они перманентно соединены друг с другом в сменной кассете iKey, которая вставляется в ионный источник, как ключ в замок. За последние два года выбор хроматографических сорбентов и диапазон размеров капилляров, используемых во вставках iKey, был значительно расширен".
Корпорация Bruker принадлежит к числу ведущих мировых производителей аналитического оборудования. Начав в 1960 году с производства ЯМР-спектрометров, компания за более чем полвека включила в
направления своей деятельности практически все основные виды приборов, востребованные в академических и заводских лабораториях. Сегодня Bruker предлагает передовые решения в широком спектре областей: от ИК-, БИК-фурье-, КР-спектроскопии до магнитного резонанса, от рентгеновской дифракции, элементного анализа до систем масс-спектрометрии высокого и сверхвысокого разрешения. При этом в каждой новой разработке во главу угла ставится достижение максимальной эффективности и пользовательского удобства.
На выставке analytica 2016 корпорация Bruker представила сразу несколько новых масс-спектрометрических решений – rapifleX MALDI TissueTyper для высокопроизводительного скрининга биомаркеров различной природы в биологических тканях, а также PesticideScreener и ToxScreener 2.1 на базе тандемных квадруполь-времяпролетных масс-спектрометров, упрощающие выявление токсикантов, наркотических соединений и пестицидов в пищевом сырье, продуктах и биологических жидкостях. Об этих и других последних разработках компании рассказывает директор службы маркетинговых коммуникаций корпорации Bruker д-р Торстен ТИЛ (Thorsten Thiel).
"Масс-спектрометрическое направление корпорация Bruker развивает с 1980 года. Сегодня наша продукция включает несколько линеек оборудования на основе времяпролетных, квадруполь-времяпролетных масс-спектрометров, систем с ионной ловушкой или тройным квадруполем, а также масс-спектрометров ионно-циклотронного резонанса с преобразованием Фурье. Каждую свою новую разработку мы стараемся выполнить "под ключ", так, чтобы она максимально полно отвечала решаемой с ее помощью задаче.
Основные проблемы в работе с объектами исследований, которые принадлежат сфере наук о жизни, состоят в их многокомпонентном составе, сложности химической структуры, высокой молекулярной массе и низкой химической устойчивости. Поэтому MALDI-TOF масс-спектрометры, сочетающие в себе мягкость ионизации, высокую разрешающую способность и широкий диапазон масс крайне востребованы в сфере наук о жизни. Компания Bruker Daltonics разработала целую серию масс-спектрометров FLEX и вспомогательных систем, которые позволяют успешно решать целый ряд актуальных задач, таких как анализ белков/пептидов и биополимеров, молекулярная визуализация в тканях (MALDI Imaging, специализированное решение – rapifleX MALDI Tissuetyper), анализ гликанов и идентификация микроорганизмов (MALDI Biotyper, специализированное решение в настольном исполнении – microflex LT).
Серьезную проблему при анализе образцов биологического происхождения представляет высокопроизводительный скрининг на наличие биологической активности в большом числе проб. Чтобы упростить и облегчить эту работу, в Bruker Daltonics разработано новое решение MALDI PharmaPulse, позволяющее без введения меток работать с большинством биологических мишеней. В его основе, с одной стороны, лежат аналитические возможности тандемного времяпролетного масс-спектрометра, позволяющие с высокой чувствительностью и селективностью безмаркерно идентифицировать вещества в сложных смесях и с молекулярным весом до 8 тыс. а.е.м. Это позволяет успешно работать даже с такими трудными объектами исследования, как гликопептиды и пептиды, содержащие несколько сульфидных групп. С другой стороны, используемая в данном масс-спектрометре система smartbeam 3D laser позволяет проводить анализы с частотой импульсов 10 кГц и с высокоточным позиционированием на мишени с помощью движущегося зеркала. В MALDI PharmaPulse все эти технологические возможности объединены для создания полностью автоматизированной системы ввода большого количества образцов для проведения скрининга со сверхвысокой пропускной способностью.
Пробы объемом от 1 мкл в стандартных 96-, 384- и 1536-луночных планшетах для титрования помещаются на специально разработанный легковесный адаптор на поддоне из нержавеющей стали и автоматически поступают в масс-спектрометр. Анализ одного образца занимает от 0,5 до 1 с, то есть меньше 25 мин на 1536-луночный планшет. Обработка данных масс-спектров производится с помощью разработанного в компании Bruker программного пакета Compass, интуитивно понятного в использовании и позволяющего переносить полученные результаты в другие программные среды для дальнейшей работы или визуализации.
Разработанная система MALDI PharmaPulse совместима с комплексом полной автоматизации компании HighRes Biosolutions, включающим карусельный штатив на 172 планшета и высокоточный робот-манипулятор ACell. Программное обеспечение HighRes Biosolutions Cellario интегрирует все устройства в единую систему, действующую по заданному оператором сценарию. Дополнительно увеличить производительность MALDI PharmaPulse позволяет система пробоподготовки mosquito производства компании TTP Labtech. Она с высокой скоростью (<1 c на образец) и субмикролитровой точностью обеспечивает смешение образцов с матрицей, необходимой в методе МАЛДИ. В целом полностью автоматизированный комплекс позволяет анализировать более 100 тыс. проб в день.
Решение MALDI PharmaPulse адресовано в первую очередь лабораториям, работающим в области фармацевтики, биотехнологии и занимающимся высокопроизводительным скринингом. Оно предназначено ускорить поиск и разработку новых высокоэффективных препаратов.
В области анализа пищевых продуктов, объектов окружающей среды и биологических проб компания Bruker представила два новых решения PesticideScreener 2.1 и ToxScreener 2.1. Они основаны на сочетании возможностей тандемных квадруполь-времяпролетных масс-спектрометров Bruker и обновленной версии программного комплекса TASQ 1.1 (TASQ – Target Analysis for Screening and Quantitation).
PesticideScreener 2.1 и ToxScreener 2.1 основаны на хроматографическом разделении методом СВЭЖХ и последующем масс-спектрометрическом детектировании, где с высоким разрешением определяются точные массы ионов и их фрагментов, полученных в режиме диссоциации, индуцированной соударениями. Найденные значения времени удерживания, точных масс молекулярных и фрагментных ионов, а также информация об изотопных пиках соотносятся с базой данных, включающей более 2 тыс. соединений – пестицидов, токсичных и наркотических веществ. Использование ПО TASQ 1.1 исключает появление ложно-положительных результатов и позволяет в дальнейшем расширять БД в соответствии с потребностями пользователя. Время полного анализа составляет менее 20 мин.
В состав предлагаемых компанией Bruker наборов PesticideScreener 2.1 и ToxScreener 2.1 входят предколонки и аналитические колонки, соответствующие разделяемым классам веществ, точные рекомендации по условиям разделения и масс-спектрометрического анализа. Кроме того, комплект также обязательно содержит наборы тестовых веществ и базу данных с указанием точных масс молекулярных ионов, аддуктов, осколочных ионов, а также времени удерживания в условиях градиентного элюирования. Новые решения призваны увеличить производительность и надежность скрининга образцов на наличие вредных и опасных веществ в пищевых и экологических лабораториях, а также в судебно-медицинской экспертизе".
Более 40 лет компания SCIEX специализируется на выпуске передового оборудования в области ВЭЖХ, масс-спектрометрии и капиллярного электрофореза. Эти инструменты хорошо известны и востребованы среди специалистов как в области академических исследований, так и в прикладном применении, например, для создания новых лекарственных средств, в клинических исследованиях, судебно-медицинских экспертизах, анализе продуктов питания и объектов окружающей среды. Все свои разработки компания поддерживает подробными и всесторонними методическими рекомендациями, упрощающими пользователям освоение новой техники применительно к их текущим аналитическим задачам.
Компания SCIEX развивает несколько линеек гибридных хромато-масс-спектрометрических систем, использующих квадруполь-времяпролетные масс-анализаторы и гибридные трех-квадрупольные анализаторы с линейной ионной ловушкой. На выставке analytica 2016 демонстрировался новый квадруполь-времяпролетный масс-спектрометр высокого разрешения Х-серии – X500R QTOF, предназначенный для рутинных анализов. О нем рассказывает старший специалист по методической поддержке в области анализа продуктов питания и окружающей среды д-р Джасмин МЕЛТРЕТТЕР (Jasmin Meltretter).
"С выпуском X500R QTOF в конце 2015 года компания SCIEX начала новую Х-серию квадруполь-времяпролетных хромато-масс-спектрометров. Каждая модель новой серии станет оптимизированным инструментальным и программным решением для конкретных целевых задач. Создавая первую модель этой серии, мы ориентировали его на проведение экспертиз в пищевых, экологических и судебно-медицинских лабораториях. X500R QTOF – идеальный инструмент для решения этого класса аналитических задач. В приборе органично сочетаются высокая производительность и разрешающая способность, простой и удобный интерфейс, надежность работы и мощное, но "дружественное" программное обеспечение.
В масс-спектрометре X500R QTOF используется защищенный патентом двухзондовый источник ионов Turbo V, сопряженный с системами жидкостной хроматографии. В зависимости от решаемых задач можно выбрать метод ионизации – электрораспылительную (ESI) с помощью зонда TurboIonSpray или химическую с помощью зонда APCI.
Зонд TurboIonSpray позволяет работать с диапазоном потоков 5–3 000 мкл / мин и обеспечивает достаточно щадящие условия ионизации для того, чтобы исследовать термолабильные соединения, такие как, например, пептиды, белки, олигонуклеотиды и лекарственные препараты, чувствительные к температуре. Образцы, поступающие в зонд, сначала ионизируются под действием высокого напряжения (IonSpray), а затем распыляются струей горячего сухого сверхчистого газообразного азота из турбонагревателя, образуя туман из небольших капелек с большим зарядом. При этом могут генерироваться многозарядные ионы, ценные при исследовании биополимеров.
Источник химической ионизации, зонд APCI, рассчитан на поток элюата 50–3 000 мкл / мин. Он хорошо подходит для работы со сложными и загрязненными образцами, а также с низкополярными веществами, которые не сразу образуют ионы в растворе. Зонд APCI обеспечивает быструю десольватацию и испарение капелек с исследуемыми веществами, гарантируя их минимальное температурное разложение и сохранение молекулярной структуры при ионизации с помощью иглы коронного разряда. Это позволяет работать с полностью водными растворами, в том числе буферными, которые обрабатываются источником ионов без существенного загрязнения инструмента.
Полученный ионный пучок далее фокусируется с помощью квадрупольного ионопровода Qjet и поступает последовательно в квадрупольные масс-фильтр Q1 и камеру ионизации соударениями (CID). Дальнейший анализ происходит в области времяпролетного масс-анализатора, включающего оптимизированную систему ионных линз с каналом 4 мм (N-оптику) и систему стабилизации температуры для увеличения надежности и повышения точности измерений масс. Встроенная система автокалибровки по массе позволяет масс-спектрометру работать длительное время, не прерываясь и не приостанавливая поточного анализа образцов.
Управление X500R QTOF и обработка полученных данных проводится с помощью операционной системы SCIEX OS, полностью переработанной для использования в масс-спектрометрах Х-серии. Она отличается простотой пользовательского интерфейса, легкостью получения, анализа и представления данных, наглядностью выводимых отчетов. Режим накопления значений при интерпретации тандемных спектров расширен высокоразрешающими методами SWATH, MRMHR, информационно зависимого (IDA) и высокоскоростного сканирования. Сочетание инструментальных и программных возможностей позволяет масс-спектрометру поддерживать разрешение не ниже 30 тыс. (по ширине пика на полувысоте). Этого оказывается достаточным, чтобы при наличии постоянно расширяемых баз данных (БД) масс ионов и их фрагментов надежно идентифицировать анализируемые вещества. Стандартная комплектация прибора включает БД пестицидов, антибиотиков, микотоксинов, лекарственных и наркотических средств, содержащихся в воде, продуктах питания, напитках, биологических жидкостях.
Масс-спектрометр X500R QTOF полностью соответствует требованиям к прибору для проведения рутинных количественных и качественных анализов. Высокое качество и точность проводимых измерений сочетаются с удобством эксплуатации и легкостью обучения оператора. Система имеет компактный настольный дизайн с габаритными размерами 110 Ч 57 Ч 112 см. Ее внутренние блоки и устройства, требующие регулярного обслуживания, такие как Turbo V и Qjet, легко доступны и снимаются. В случае необходимости пользователи X500R QTOF всегда могут получить дополнительную техническую и методическую поддержку у специалистов компании SCIEX, в том числе и по сети Интернет".
[1] Подробнее см.: Гордеев К., Шахнович И. Аналитическая спектрометрия сегодня: от новых технологий к новым открытиям // Аналитика. 2016. № 1. С. 36–61.
[2] См.: Шахнович И. Платформа LECO Pegasus – сочетание газовой хроматографии и времяпролетной масс-спектрометрии // Аналитика. 2015. № 1. С. 12–24.
[3] Подробнее см.: Аналитика. 2014. № 5. С. 43–45.
"Масс-спектрометр с индуктивно-связанной плазмой PlasmaQuant MS принадлежит к числу последних разработок Analytik Jena. Мы впервые представили его на рынке в 2015 году. Конструкция прибора включает целый ряд инновационных разработок, благодаря которым стала возможной работа в интервале 3–260 а.е.м. в широком линейном динамическом диапазоне (1010) с чувствительностью до 1,5·109 имп./с/мг/л.
Инструмент конструктивно состоит из двух частей – плазменной и вакуумированной масс-спектрометрической. Прежде всего, отмечу ряд интересных особенностей плазменной системы. Она позволяет работать с вдвое меньшим расходом аргона (7–10 л/мин.) по сравнению с другими приборами на рынке. Такая возможность очень интересна для лабораторий, выполняющих множество рутинных анализов, поскольку позволяет снизить эксплуатационные расходы.
Кроме того, благодаря новому ВЧ-генератору Eco Plasma, плазма отличается высокой долговременной стабильностью. ВЧ-генератор обеспечивает симметричный двухполярный сигнал возбуждения ("земля" в центре колебаний сигнала). В результате формируется электрически сбалансированная, квазинейтральная плазма, что устраняет проблему вторичной ионизации, конструкция горелки не требует экрана. В плазму можно добавлять и другие газы (кислород, азот, гелий) с помощью автоматического контроллера потоков газа Nitrox. Все это позволяет достаточно легко работать с очень сложными матрицами, в том числе – с органическими образцами.
Пучок ионов пропускается через встроенную реакционно-коллизионную ячейку (iCRC). Она располагается в вершине конуса скиммера перед входом в зону высокого вакуума. В ячейку подаются водород и гелий (соответственно, реакционный и коллизионный газы). Они взаимодействуют с полиатомными ионами, которые теряют кинетическую энергию и выводятся из системы, не попадая далее в зону ионной оптики. Это позволяет в еще большей степени устранять матричные помехи и ионные наложения.
Не менее примечательна масс-спектрометрическая часть нашего прибора. В нем используется квадрупольный масс-фильтр с частотой 3 МГц и очень быстрой интеграцией сигнала – до 50 мкс. Это обеспечивает быстрое сканирование спектра и позволяет использовать прибор, например, совместно с лазерной абляцией или для анализа единичных частиц. Масс-фильтр позволяет определять все известные стабильные изотопы в диапазоне от 3 до 260 а.е.м.
Мы выпускаем две модели PlasmaQuant MS – базовую и продвинутую (Elite). Особо отмечу, что даже в базовой конфигурации PlasmaQuant MS – самый чувствительный квадрупольный ИСП-МС на рынке. А у модели PlasmaQuant MS Elite чувствительность еще выше – порядка 1,5 · 109 имп./с/мг/л, что более характерно для магнитных ИСП-МС-систем. Конечно, речь идет именно о чувствительности, а не о разрешении масс – все же это квадруполь. Однако выдающаяся чувствительность делает PlasmaQuant MS идеальным инструментом для исследовательских приложений.
Система PlasmaQuant MS Elite эффективна для анализов следовых концентраций (ppb, ppt), особенно при совместном использовании с такими методами, как пробоотбор посредством лазерной абляции или предварительное разделение с помощью ВЭЖХ. При этом концентрации образцов, благодаря высокому динамическому диапазону, могут быть очень велики. Сочетание чувствительности и динамического диапазона очень важно в таких задачах, как измерения изотопных отношений, например, в атомной промышленности, в геологии для определения возраста пород и т.п.
За счет чего достигаются столь высокая чувствительность и динамический диапазон? Прежде всего, наше уникальное решение – система ввода ионов в масс-спектрометрическую систему на основе ионного зеркала ReflexION[1].
Оно отражает ионный пучок точно под углом 90°, а нейтральные частицы и фотоны сохраняют прямолинейное движение. В результате нейтральные частицы попадают в турбомолекулярный вакуумный насос Pfeiffer HiPace300, а ионы фокусируются в плотный пучок диаметром 1 мм на входе в квадруполь. Тем самым радикально уменьшается уровень фоновых шумов. Дополнительно он снижается менее чем до 1 имп./с с помощью несоосных S-образных стержней Брубакера на входе в квадрупольный масс-анализатор.
Другая ключевая особенность МС-системы нашего прибора – уникальный цифровой импульсный детектор ADD10 с электронным умножителем ETP AF250с. Обычно детекторы в ИСП-МС работают в двух основных режимах: для низких концентраций – в цифровом режиме счета импульсов, для более высоких, когда интенсивность сигнала становится значительной, – в аналоговом режиме. Такой подход требует калибровки перехода от цифрового к аналоговому режиму, причем, как правило, каждый день. В нашем случае детектор полностью цифровой. В нем между электронным умножителем и выходным усилителем используется аттенюатор, который полностью автоматически регулирует линейность сигнала в диапазоне до 10 порядков величины. Это не просто обеспечивает широкий динамический диапазон, но и увеличивает срок службы детектора.
Для управления прибором и гибкой настройки рабочих параметров в режиме реального времени предназначено программное обеспечение ASpect MS.
Особо отмечу удобную конструкцию PlasmaQuant MS. Прибор весьма компактен, на столе он занимает площадь всего 0,4 м2. Можно открыть инструмент как книжку и получить легкий доступ к конусу интерфейса МС-системы, например, для чистки или замены. Собственно, все не вакуумируемые части прибора легкодоступны для технического обслуживания.
В целом, система PlasmaQuant MS эффективна в широчайшем спектре применений, от задач экологического мониторинга и анализа объектов окружающей среды и до технологического контроля в промышленности и анализа биологических материалов".
Shimadzu – один из крупнейших мировых производителей аналитического, рентгеновского и испытательного оборудования. История компании насчитывает почти полтора столетия. Корпорация имеет около 70 подразделений по всему миру, а также несколько собственных представительств и широкую сеть дилеров в России и странах СНГ. Shimadzu производит практически весь спектр аналитического оборудования – жидкостные и газовые хроматографы и хромато-масс-спектрометры, масс-спектрометры MALDI и масс-микроскопы, спектрометры для элементного анализа, оптические и ИК-фурье-спектрофотометры, биотехнологическое оборудование.
Научные исследования и разработка нового оборудования занимает одно из главных мест в деятельности компании. Shimadzu имеет сеть собственных исследовательских центров и, кроме того, тесно сотрудничает с ведущими научными лабораториями всего мира. Сотрудник корпорации Shimadzu Коити Танака (Koichi Tanaka) в 2002 году получил Нобелевскую премию за создание метода мягкой лазерной десорбции (soft laser desorption, SLD).
В марте этого года компания Shimadzu впервые представила масс-спектрометр с индуктивно связанной плазмой ICP-MS 2030 – элементный анализатор, определяющий содержание большинства элементов на уровне триллионных долей (ppt). О новом приборе нам рассказал менеджер по спектроскопической продукции Европейского отделения компании Shimadzu, д-р Йохан ЛЯЙНДЕРС (Johan Leinders).
"Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) – один из универсальных методов анализа элементного состава вещества. Cтабильность ионного источника и высокая эффективность ионизации любых элементов делает метод незаменимым не только для определения самих элементов, но и для анализа их изотопного состава.
Cпектрометр Shimadzu ICP-MS 2030 воплотил в себе весь опыт, накопленный компанией в разработке спектрометров с индуктивно-связанной плазмой (в частности, ИСП-ОЭС) и масс-спектрометрической техники. Наши инженеры потратили долгое время на его разработку – наконец, в марте этого года спектрометр был представлен на выставке Pittcon. Как и все аналитическое оборудование ведущих японских фирм, прибор отличается высокой надежностью и продуманностью каждой детали.
Основная задача разработчиков, с которой они успешно справились – создание высокочувствительного прибора, отвечающего современным требованиям определения микроэлементов. Новый спектрометр определяет большинство элементов на уровне триллионных долей (ppt) и даже ниже. Он соответствует требованиям ICH Q3D, регламентирующим предельное содержание примесей токсичных элементов в фармацевтической продукции, а также другим международным стандартам, в том числе тем, которые вступят в действие в ближайшие годы.
Высокую чувствительность обеспечивают особенности как аппаратной части прибора, так и программного обеспечения. Прежде всего, это октупольная соударительная ячейка, эффективно удаляющая из ионного потока интерферирующие компоненты: молекулярные ионы, нейтральные частицы и т.д. Ячейка заполняется газообразным гелием. Сталкиваясь с атомами гелия, мешающие частицы теряют больше кинетической энергии, чем ионы аналитов. На выходе из ячейки присутствует потенциальный барьер, через который проходят только частицы с кинетической энергией не ниже определенной, то есть только анализируемые ионы. Использован принцип дискриминации по кинетической энергии (Kinetic Energy Discrimination, KED).
Частая причина потери чувствительности – прямое попадание эмиссионного излучения плазмы непосредственно на детектор. Во избежание этого, поток ионов направляется по искривленной траектории. Сразу за соударительной ячейкой расположена система ионных линз, которая не просто фокусирует пучок ионов, но и отклоняет его на определенный угол. Усовершенствован и сам детектор: он представляет собой фотоэлектронный умножитель, где ионы попадают сразу на рабочую поверхность активных динодов. Таким образом, наш прибор обеспечивает не только высочайшую чувствительность, но и динамический диапазон в девять порядков величины. Диапазон измеряемых масс составляет от 5 до 260 а.е.м. – этого достаточно для определения любых элементов от лития до урана.
Программное обеспечение включает два особых модуля, называемых "помощниками": помощник создания метода и помощник проверки результатов. Первый позволяет многократно ускорить составление методик. Достаточно лишь задать определяемые элементы, и "помощник" сам рассчитает все массовые числа (в том числе оксидных, многозарядных ионов и т.п.), элементы внутреннего стандарта, предложит оптимальную схему калибровки. Помощник проверки результатов автоматически определяет наличие спектральных наложений на основании данных по всем элементам и массовым числам для всех измеренных образцов. Как известно, поиск наложений вручную не только отнимает много времени, но и требует высокой квалификации персонала.
Не последнее место занимает экономичность прибора, а также удобство его обслуживания. Спектрометр ICP-MS 2030 гораздо компактнее большинства других аналогичных приборов, его эксплуатационные расходы сведены к минимуму. Плазменная горелка новой конструкции, разработанная и запатентованная компанией, обеспечивает низкий расход аргона: 10 л/мин в режиме работы и 5 л / мин в режиме ожидания, так называемом экорежиме. Этот режим активируется даже при небольшой паузе между измерениями, а выход из него в рабочий режим происходит моментально. Конструкция горелки обеспечивает стабильность плазмы даже при использовании аргона промышленной чистоты 99,95%, поэтому нет необходимости покупать дорогой высокоочищенный аргон.
Процедуры технического обслуживания весьма просты: многие детали прибора легко извлекаются и устанавливаются самим пользователем без специальных инструментов. Конусы интерфейса между плазменной и вакуумной частью (самплер и скиммер) можно вытащить для чистки, открутив один винт. При этом нет риска случайных прикосновений к горелке или частям, которые можно загрязнить. Горелка, распылитель и подающие газы шланги также легко снимаются. Все шланги обозначены специальной яркой маркировкой.
Спектрометр ICP-MS 2030 может успешно применяться для решения многих практических задач. В фармацевтике токсичные элементы определяются в концентрациях, которые в несколько тысяч раз ниже предельно допустимых по требованиям ICH Q3D. В пищевой промышленности спектрометр может использоваться для анализа не только опасных примесей, но и необходимых питательных элементов. Экологические задачи включают анализ питьевой воды, сточных вод, содержимого водоемов и различных объектов окружающей среды. Спектрометр можно применять в научных исследованиях – определять степень окисления или химическую форму, в которой тот или иной элемент присутствует в пробе. Для таких задач к прибору можно подключать жидкостный хроматограф Shimadzu Prominence Inert и другие необходимые аппараты".
С новым одноквадрупольным газовым хромато-масс-спектрометром GCMS-QP 2020 нас познакомил специалист по продукции компании Shimadzu Кристофер СОВА (Christopher Sowa).
"Газовый хромато-масс-спектрометр GCMS-QP 2020 впервые появился на рынке в конце прошлого года. Его создание было достойным ответом нашей компании на возрастающие требования к чувствительности приборов и скорости анализов. Cледовые, микроскопические количества летучих соединений необходимо определять во многих отраслях: в пищевой и фармацевтической промышленности, экологии, при разработке новых материалов и препаратов.
Главное достоинство масс-спектро-метра – быстрота сканирования. По всему диапазону масс от 1,5 до 1090 а.е.м. максимальная скорость сканирования составляет 20 тыс. а.е.м. в секунду.
Благодаря такому быстродействию можно регистрировать полный ионный ток одновременно с мониторингом целевых ионов (Full scan SIM), эффективно проводить многомерную газовую хроматографию (GC Ч GC-MS) и сверхбыстрые анализы (Fast-GC / MS). Применение функции ASSP (Advanced Scanning Speed Protocol), оптимизирующей напряжение на стержнях квадруполя в ходе сканирования, позволяет избежать потери чувствительности, связанной с повышением скорости.
Заметно усовершенствована конструкция ионного источника. Между филаментными нитями, генерирующими свободные электроны, и камерой ионизации расположены защитные пластины, предотвращающие распространение избыточного теплового излучения и электрического поля. Это повышает стабильность работы и производительность источника. Кроме "традиционного" для газовой хроматографии метода ионизации – электронного удара, можно проводить химическую ионизацию, причем как положительную, так и отрицательную. Важным преимуществом системы является функция Quick-CI – возможность переключения режимов ионизации в ходе сканирования без остановки прибора. Благодаря этому химическая ионизация может быть активирована в любой момент: например, при выходе вещества с колонки какое-либо короткое время проводится химическая ионизация, а затем – снова электронный удар.
Еще одно усовершенствование коснулось системы вакуумирования. В ее основе – высокомощный турбомолекулярный насос, имеющий два канала для независимой откачки камеры ионного источника и квадрупольного масс-фильтра. Также имеется форвакуумный насос. Эффективная работа системы откачки не только повышает чувствительность и производительность анализов, но и дает возможность использовать различные газы в качестве газов-носителей. Кроме гелия, могут успешно применяться водород и азот. Это часто позволяет снизить эксплуатационные расходы.
Программный пакет GCMS Insight многократно повышает эффективность анализа многокомпонентных смесей. Функция Smart SIM автоматически создает метод анализа таким образом, что целевые ионы каждого из определяемых соединений регистрируются только во время его выхода с колонки. Поэтому за один аналитический цикл теперь можно определять сразу много целевых соединений, не проигрывая в чувствительности. Программный модуль LabSolutions Insight обеспечивает представление данных на экране в удобном и интуитивно понятном виде, что значительно облегчает их анализ оператором. Особый модуль программы отвечает за автоматический расчет индексов удерживания, что дает возможность определять нужные соединения без использования дорогостоящих стандартов. Наконец, программный пакет включает целый набор баз данных для определения пестицидов, продуктов метаболизма, пахучих соединений, экотоксикантов, взрывчатых и опасных веществ, наркотиков, и т.п. Даже если в образце есть какое-то неизвестное соединение, например, новый, недавно синтезированный наркотик, чаще всего удается определить не только его химическую формулу, но и отнести его к определенному классу веществ".
Компания LECO – один из мировых лидеров в производстве аналитического оборудования для угольной и горнорудной промышленности, черной и цветной металлургии. История компании ведет отсчет с 1936 года, когда был произведен первый экспресс-анализатор углерода для сталелитейной промышленности США. С конца 1990-х годов компания успешно развивает новое для себя направление – производство времяпролетных хромато-масс-спектрометров. Благодаря реализации новейших технических решений, они быстро приобрели мировую известность. В 2011 году на выставке Pittcon времяпролетный жидкостный хромато-масс-спектрометр LECO Citius LC-HRT был удостоен золотой медали выставки Pittcon (Pittcon Editors’ Gold Award). Штаб-квартира компании расположена в г. Сент-Джозеф (Штат Мичиган, США), там же находятся производственные мощности и опытно-конструкторские центры. Компания имеет свыше 30 представительств в различных странах мира, в том числе в России.
Времяпролетные масс-анализаторы LECO Pegasus зарекомендовали себя как высокопроизводительные системы, которые можно применять как для рутинных анализов, так и для фундаментальных научных исследований. Они позволяют получать масс-спектры высокого разрешения с максимальной скоростью регистрации и точностью измерения масс. Системы двумерной газовой хроматографии обеспечивают исключительное качество разделения сложных многокомпонентных смесей, благодаря сочетанию капиллярных колонок с различной селективностью и термомодуляции с криофокусированием аналитов.
В конце прошлого года на рынке появился газовый хромато-масс-спектрометр Pegasus GC-HRT 4D. Он сочетает в себе преимущества всех прежде существовавших систем LECO на платформе Pegasus. С этим прибором нас познакомил директор Европейского отдела маркетинга компании LECO Игорь БОРИСОВ.
"Цель создания нового прибора Pegasus GC-HRT 4D – возможность максимально полной, исчерпывающей характеристики каждого из образцов. На фоне основных компонентов часто присутствуют скрытые минорные соединения, пики которых сложно заметить на хроматограммах. Высокое разрешение и комплексная математическая обработка результатов позволяет идентифицировать максимальное число компонентов каждого образца и с высокой достоверностью определить их химическую структуру.
Этот прибор – первый в мире, где двумерная газовая хроматография комбинируется с времяпролетным масс-анализатором высокого разрешения, достигаемого за счет зигзагообразной траектории ионов. Такие технологии использовались нами и раньше[2], но никогда прежде не сочетались в одном приборе. Программное обеспечение дополнено особым алгоритмом деконволюции спектров высокого разрешения HRD (High Resolution Deconvolution).
Времяпролетный масс-анализатор обеспечивает разрешение 50 тыс., точность определения масс – 1 ppm. Скорость регистрации – до 200 полных масс-спектров в секунду. Хочу подчеркнуть, что времяпролетные масс-анализаторы как нельзя лучше подходят для анализа большого числа узких хроматографических пиков. В отличие от квадрупольных или сканирующих анализаторов, они определяют все значения m / z одновременно, а не поочередно. Поэтому даже при очень быстрой регистрации спектров не наблюдается типичных искажений, когда, например, масс-спектры одного хроматографического пика на противоположных склонах выглядят по-разному. В кластерах молекулярных и фрагментных ионов наблюдается точное соответствие соотношений интенсивностей изотопных пиков теоретически рассчитанным значениям.
Высоким разрешением масс-анализатор обязан особой конструкции по технологии FFP (folded flight path). Ионы пролетают по зигзагообразной траектории с многократным отражением плоскими бессеточными зеркалами с обратной фокусировкой. За счет этого длина пути пролета увеличивается до 40 м – соответственно, повышается и разрешение, а размеры самого анализатора остаются компактными. Интересно, что идея многоотражательного анализатора с бессеточными зеркалами появилась еще в СССР, затем была доработана научной группой А.Н.Веренчикова, после чего приобретена компанией LECO и запатентована.
Конструкция ионного источника адаптирована для работы в режиме двумерной газовой хроматографии, то есть для регистрации узких хроматографических пиков с шириной менее 0,1 с. Возможна работа в режиме электронной или химической ионизации. При электронной ионизации можно использовать в качестве газа-носителя как гелий, так и водород. Если электронная ионизация обеспечивает эффективную фрагментацию ионов, то химическая ионизация, будучи более мягким методом, позволяет получать интенсивные псевдомолекулярные ионы. В целом, получаемой масс-спектральной информации бывает достаточно, чтобы с высокой степенью достоверности определять химическое строение компонентов и состав анализируемых смесей.
Для реализации двумерной газовой хроматографии использован четырехструйный термический модулятор, который не расходует ни жидкий азот, ни другие хладагенты – используется внешний охлаждающий блок. Внутри основного термостата хроматографа находится второй термостат, работающий независимо – он отвечает за температурный режим второго хроматографического измерения. Время модуляции можно изменять в зависимости от аналитической задачи и варьировать его в ходе одного эксперимента для оптимального разделения компонентов с разными свойствами.
Единое программное обеспечение LECO ChromaTOF обеспечивает управление всеми модулями системы, запись и обработку результатов анализа. Алгоритм HRD (High Resolution Deconvolution) заключается в выделении чистых масс-спектров по совпадающим максимумам в индивидуаль-ных масс-хроматограммах во всем диапазоне масс. Этот алгоритм максимально эффективно использует возможности современной математики, позволяя находить отдельные компоненты очень сложных смесей. Как говорят разработчики, "система Pegasus GC-HRT 4D одержала полную победу над проблемой одновременного элюирования".
Определение химического строения неизвестных веществ проводится на основе целого комплекса получаемых данных. Это анализ хроматографических данных и значений точных масс, подбор брутто-формул с помощью молекулярного калькулятора точных масс, графическая систематизация дефектов масс, сравнение относительных интенсивностей изотопных пиков с теоретическими значениями для заданных элементных составов, сравнение с библиотечными масс-спектрами в номинальных значениях масс и онлайн-базами структурных формул новых химических веществ. Такая исчерпывающая информация позволяет надежно идентифицировать детектируемые соединения.
Система Pegasus GC-HRT 4D открывает новые аналитические возможности для любых областей, где широко применяется метод хромато-масс-спектрометрии. В первую очередь, это нефтехимия, криминалистика, экология и метаболомика – те области, где требуется анализ сложных многокомпонентных образцов. Возможность проведения обзорного анализа сложных объектов неизвестного состава и достоверной идентификации определяемых компонентов является существенным преимуществом данного метода. Мы надеемся, что новая система будет чрезвычайно полезна российским клиентам и обеспечит новый уровень решения многих аналитических и исследовательских задач".
Компания Waters – крупная мировая корпорация, разрабатывающая и производящая лабораторное аналитическое оборудование и программное обеспечение, необходимое для его работы. Основанная в 1958 году в Массачусетсе, компания сейчас имеет около десятка заводов-производителей и более 30 представительств по всему миру. Особую известность корпорация Waters приобрела в 2004 году, разработав и внедрив технологию UPLC (Ultra Performance Liquid Chromatography). Она позволила значительно повысить производительность жидкостной хроматографии за счет уменьшения размеров сорбента до 2 мкм и менее. На сегодняшний день корпорация производит множество разнообразных жидкостных хроматографов и хромато-масс-спектрометров, включая известную широкому кругу специалистов систему ACQUITY UPLC, систему сверхкритической жидкостной хроматографии ACQUITY UPC2, гибридные HPLC-UPLC хроматографы, позволяющие использовать сертифицированные методы HPLC в режиме UPLC, и многое другое.
В прошлом году компанией был разработан и представлен квадрупольный времяпролетный масс-спектрометр Vion IMS QTof, разделяющий ионы не только по массовым числам, но и по ионной подвижности. Это первый прибор такого класса, предназначенный для рутинных анализов. Также на выставке analytica 2016 экспонировался компактный масс-спектрометр с тройным квадруполем Xevo TQ-S micro, обладающий высокой чувствительностью и производительностью. Об этих инструментах нам рассказала директор по стратегическому маркетингу компании Waters по странам Европы и Индии д-р Цзин ЛИН (Jing Lin).
"Масс-спектрометр Xevo TQ-S micro впервые появился на рынке около двух лет назад. Он обладает компактными размерами, демонстрируя при этом исключительно высокие аналитические характеристики. Такое стало возможным, благодаря комбинации нескольких оригинальных технологий, разработанных и запатентованных компанией Waters. Масс-спектрометр сочетается с любыми ионными источниками Waters: ESI, APCI, APPI, ESCi, IonKey/MS, nanoFlow ESI, APGC, ASAP. Его можно использовать совместно с новейшими хроматографическими системами Waters Acquity UPLC-H, UPLC-I, UPLC-M и UPC2, а также с хроматографами некоторых других производителей.
Технология T-wave (travelling wave), примененная в ячейке соударений Xevo TQ-S, значительно повышает скорость работы в режиме MRM (Multiple reaction monitoring) без ущерба для качества результатов. Можно регистрировать до 500 MRM-переходов в секунду. Конструкция ячейки включает набор электродов в виде параллельно расположенных тонких колец, к которым прикладывается постоянный ток и осциллирующее радиочастотное поле. С помощью определенной комбинации потенциалов на соседних кольцах можно создать барьер, тормозящий ионы, а путем перемещения этого барьера вдоль ячейки контролируется скорость ионного потока. Если создать несколько барьеров, перемещая их друг за другом, то фрагментируемые ионы будут двигаться группами, волнами. Это гораздо эффективнее, чем непрерывный ионный поток, в котором могут возникать взаимные помехи и диффузия. В нашем случае взаимное влияние соседних MRM-каналов друг на друга не более 0,001%.
Скорость сканирования масс достигает 20 000 а.е.м./с. Это позволяет регистрировать полный ионный ток и MRM-переходы одновременно (так называемый режим RADAR). Регистрация полного тока дополняет классические методы тандемного анализа, основанные на наблюдении MRM-переходов. Она дает возможность обнаруживать не только целевые, но и другие соединения, которые могут тоже представлять интерес. Полный ионный ток дает информацию о точном составе матрицы, который может меняться от образца к образцу. При необходимости можно регистрировать одновременно положительные и отрицательные ионы (переключение полярности занимает всего 15 мс), быстро менять тип ионизации (если установлен ионный источник ESCi).
Детектор, сконструированный по технологии XDR (eXtended Dynamic Range), обеспечивает динамический диапазон в шесть порядков величины, начиная от предела обнаружения определяемого соединения. Не нужно проводить повторные анализы, разбавляя или концентрируя образцы.
При испытании больших серий образцов чувствительность масс-спектрометра может ухудшиться из-за загрязнения его узлов. Особенно остро стоит такая проблема для высокопроизводительных лабораторий, где сотнями и тысячами исследуют образцы, находящиеся в сложных матрицах – это могут быть, например, белки плазмы крови. Спектрометр Xevo TQ-S micro сохраняет чувствительность даже после многих тысяч анализов, благодаря особой геометрии ионного источника и системы линз между источником и анализатором. Сам источник выполнен по технологии ZSpray. Образующиеся ионы направляются в улавливающий конус по искривленной траектории, а компоненты матрицы и нейтральные частицы пассивно движутся прямо и удаляются. Система ионных линз выполнена по аналогичной технологии StepWave: в определенной точке происходит фокусировка ионного потока и искривление его траектории, а нейтральные частицы летят прямо. Сама по себе технология StepWave дает 25-кратный выигрыш в чувствительности анализов.
Наконец, нужно отметить преимущества программного обеспечения. Функция IntelliStart упрощает процедуру запуска анализов и уменьшает количество сложных операций. Серии анализов может запускать даже неопытный человек. Модуль QCMonitor проверяет все рабочие параметры перед запуском и во время анализа. Если хотя бы один из них выходит за границы нормы, анализ будет тут же остановлен, а оператор получит оповещение по электронной почте. База данных QUANPEDIA содержит самые разнообразные аналитические процедуры, основанные на составлении четких графиков регистрации MRM-переходов. Модуль TargetLynx помогает точно рассчитывать концентрации определяемых соединений в сложных образцах с непостоянным составом матрицы. Если для этого необходимы какие-либо внутренние стандарты, программа информирует оператора.
Квадрупольный времяпролетный масс-спектрометр Vion IMS QTof разделяет ионы сразу двумя способами – по массовым числам и ионной подвижности. Раньше подобные приборы предназначались только для научных исследований, поскольку они были крупногабаритными, сложными в эксплуатации и обслуживании. С появлением Vion IMS QTof такое "двойное" разделение стало доступно широкому кругу лабораторий, в том числе проводящим рутинные анализы.
Кто из химиков-аналитиков не сталкивался с проблемой изомеров, неразличимых даже на самом высокоточном масс-спектрометре? Бывает, что они не разделяются также и на хроматографической колонке – тогда приходится придумывать и тестировать десятки изощренных методик. Также актуальна проблема наложения пиков, которая тем серьезнее, чем сложнее состав образца, чем больше в нем компонентов. Из-за наложения пиков важные соединения могут оставаться незамеченными. Пики интересующих соединений могут быть скрыты пиками матрицы, концентрация которой на несколько порядков выше. Наконец, время хроматографического удерживания может меняться от образца к образцу, в частности, из-за непостоянного состава матрицы. Поэтому совпадение или различие времени удерживания не может служить абсолютно надежным критерием идентификации.
Все эти проблемы были решены благодаря введению еще одного разделяющего параметра, независимого от массового числа и времени удерживания. Это ионная подвижность, то есть способность молекулярных ионов дрейфовать под действием электрического поля в противотоке дрейфового газа (гелия). Скорость дрейфа определяется прежде всего пространственной структурой и конформацией молекул. Компактные ионы сталкиваются с атомами гелия меньше раз, чем крупные, размашистые. Количественной характеристикой ионной подвижности является сечение столкновения (collision cross-section, CCS), измеряемое в квадратных ангстремах (Е2). Оно соответствует эффективной площади взаимодействия молекулярного иона с атомами дрейфового газа. Структурные изомеры вещества имеют, как правило, разные значения CCS. Современное программное обеспечение позволяет с высокой точностью предсказывать эти значения.
Спектрометр Vion IMS QTof, как и предыдущий прибор, совместим с целым рядом различных ионных источников, которые пользователь может самостоятельно заменять. Образующиеся ионы попадают в систему линз StepWave, где происходит очистка ионного пучка от нейтральных частиц и его фокусировка. Далее расположена дрейфовая ячейка, выполненная по описанной выше технологии T-Wave. Значение CCS регистрируется здесь для каждого пролетающего иона. После дрейфовой ячейки находится еще одна фокусирующая система ионных линз. Затем идет, собственно, масс-спектрометрическая часть: квадрупольный фильтр, ячейка соударений XS Collision Cell, времяпролетный анализатор и детектор. Ячейка соударений имеет мультисегментную структуру, благодаря которой проанализированные ионы можно очень быстро выводить наружу, ускоряя начало регистрации следующего MRM-перехода. На выходе из ячейки расположена специальная система фокусирующей ионной оптики. Времяпролетный анализатор выполнен по технологии QuanTof2 с расширенным динамическим диапазоном. В целом, конструкция масс-спектрометрической части прибора обеспечивает высокие аналитические характеристики: разрешение составляет 50 тыс., а погрешность определения массы – менее 1 миллионной доли.
Спектрометр Vion IMS-QTof управляется научно-информационной системой UNIFI. Это единая программная платформа, позволяющая получать, идентифицировать и обрабатывать результаты. Система UNIFI позволяет проводить эксперимент в режиме HDMSE-Unlimited Product Ion: в квадрупольный фильтр и в ячейку соударений попадают не все ионы одновременно, а будучи уже разделенными в соответствии с ионной подвижностью. Поэтому по результатам можно сразу определить, какой родительский ион соответствует тому или иному иону-предшественнику и наоборот. Без использования этого режима подтверждение связи между фрагментом и предшественником требует дополнительных экспериментов тандемной масс-спектрометрии. Даже при анализе неизвестных соединений, когда отсутствуют сведения о времени удерживания, массе и значении CCS, система UNIFI позволяет теоретически рассчитать эти значения, а затем сравнить их с полученными в ходе анализа.
Помимо собственно масс-спектрометров, компания Waters представила на выставке analytica 2016 также компактный масс-спектрометрический детектор для хроматографических систем Acquity Qda и необычный ионный источник IonKey / MS, в котором капиллярная хроматографическая колонка и интерфейс ионизации находятся в миниатюрном сменном устройстве[3]. Одноквадрупольный детектор Acquity QDa служит прекрасным дополнением к оптическим и флуоресцентным детекторам хроматографических систем – он полностью совместим с другими видами детектирования. Дополнительная информация о массовых числах бывает весьма полезна хроматографистам – она дает возможность обнаруживать и разделять соединения без использования стандартов. Ионный источник IonKey / MS разработан для жидкостной хроматографии микро- и наномасштабов, где используются капиллярные колонки. Она полностью решает проблему неплотного контакта между колонкой и интерфейсом ионизации – они перманентно соединены друг с другом в сменной кассете iKey, которая вставляется в ионный источник, как ключ в замок. За последние два года выбор хроматографических сорбентов и диапазон размеров капилляров, используемых во вставках iKey, был значительно расширен".
Корпорация Bruker принадлежит к числу ведущих мировых производителей аналитического оборудования. Начав в 1960 году с производства ЯМР-спектрометров, компания за более чем полвека включила в
направления своей деятельности практически все основные виды приборов, востребованные в академических и заводских лабораториях. Сегодня Bruker предлагает передовые решения в широком спектре областей: от ИК-, БИК-фурье-, КР-спектроскопии до магнитного резонанса, от рентгеновской дифракции, элементного анализа до систем масс-спектрометрии высокого и сверхвысокого разрешения. При этом в каждой новой разработке во главу угла ставится достижение максимальной эффективности и пользовательского удобства.
На выставке analytica 2016 корпорация Bruker представила сразу несколько новых масс-спектрометрических решений – rapifleX MALDI TissueTyper для высокопроизводительного скрининга биомаркеров различной природы в биологических тканях, а также PesticideScreener и ToxScreener 2.1 на базе тандемных квадруполь-времяпролетных масс-спектрометров, упрощающие выявление токсикантов, наркотических соединений и пестицидов в пищевом сырье, продуктах и биологических жидкостях. Об этих и других последних разработках компании рассказывает директор службы маркетинговых коммуникаций корпорации Bruker д-р Торстен ТИЛ (Thorsten Thiel).
"Масс-спектрометрическое направление корпорация Bruker развивает с 1980 года. Сегодня наша продукция включает несколько линеек оборудования на основе времяпролетных, квадруполь-времяпролетных масс-спектрометров, систем с ионной ловушкой или тройным квадруполем, а также масс-спектрометров ионно-циклотронного резонанса с преобразованием Фурье. Каждую свою новую разработку мы стараемся выполнить "под ключ", так, чтобы она максимально полно отвечала решаемой с ее помощью задаче.
Основные проблемы в работе с объектами исследований, которые принадлежат сфере наук о жизни, состоят в их многокомпонентном составе, сложности химической структуры, высокой молекулярной массе и низкой химической устойчивости. Поэтому MALDI-TOF масс-спектрометры, сочетающие в себе мягкость ионизации, высокую разрешающую способность и широкий диапазон масс крайне востребованы в сфере наук о жизни. Компания Bruker Daltonics разработала целую серию масс-спектрометров FLEX и вспомогательных систем, которые позволяют успешно решать целый ряд актуальных задач, таких как анализ белков/пептидов и биополимеров, молекулярная визуализация в тканях (MALDI Imaging, специализированное решение – rapifleX MALDI Tissuetyper), анализ гликанов и идентификация микроорганизмов (MALDI Biotyper, специализированное решение в настольном исполнении – microflex LT).
Серьезную проблему при анализе образцов биологического происхождения представляет высокопроизводительный скрининг на наличие биологической активности в большом числе проб. Чтобы упростить и облегчить эту работу, в Bruker Daltonics разработано новое решение MALDI PharmaPulse, позволяющее без введения меток работать с большинством биологических мишеней. В его основе, с одной стороны, лежат аналитические возможности тандемного времяпролетного масс-спектрометра, позволяющие с высокой чувствительностью и селективностью безмаркерно идентифицировать вещества в сложных смесях и с молекулярным весом до 8 тыс. а.е.м. Это позволяет успешно работать даже с такими трудными объектами исследования, как гликопептиды и пептиды, содержащие несколько сульфидных групп. С другой стороны, используемая в данном масс-спектрометре система smartbeam 3D laser позволяет проводить анализы с частотой импульсов 10 кГц и с высокоточным позиционированием на мишени с помощью движущегося зеркала. В MALDI PharmaPulse все эти технологические возможности объединены для создания полностью автоматизированной системы ввода большого количества образцов для проведения скрининга со сверхвысокой пропускной способностью.
Пробы объемом от 1 мкл в стандартных 96-, 384- и 1536-луночных планшетах для титрования помещаются на специально разработанный легковесный адаптор на поддоне из нержавеющей стали и автоматически поступают в масс-спектрометр. Анализ одного образца занимает от 0,5 до 1 с, то есть меньше 25 мин на 1536-луночный планшет. Обработка данных масс-спектров производится с помощью разработанного в компании Bruker программного пакета Compass, интуитивно понятного в использовании и позволяющего переносить полученные результаты в другие программные среды для дальнейшей работы или визуализации.
Разработанная система MALDI PharmaPulse совместима с комплексом полной автоматизации компании HighRes Biosolutions, включающим карусельный штатив на 172 планшета и высокоточный робот-манипулятор ACell. Программное обеспечение HighRes Biosolutions Cellario интегрирует все устройства в единую систему, действующую по заданному оператором сценарию. Дополнительно увеличить производительность MALDI PharmaPulse позволяет система пробоподготовки mosquito производства компании TTP Labtech. Она с высокой скоростью (<1 c на образец) и субмикролитровой точностью обеспечивает смешение образцов с матрицей, необходимой в методе МАЛДИ. В целом полностью автоматизированный комплекс позволяет анализировать более 100 тыс. проб в день.
Решение MALDI PharmaPulse адресовано в первую очередь лабораториям, работающим в области фармацевтики, биотехнологии и занимающимся высокопроизводительным скринингом. Оно предназначено ускорить поиск и разработку новых высокоэффективных препаратов.
В области анализа пищевых продуктов, объектов окружающей среды и биологических проб компания Bruker представила два новых решения PesticideScreener 2.1 и ToxScreener 2.1. Они основаны на сочетании возможностей тандемных квадруполь-времяпролетных масс-спектрометров Bruker и обновленной версии программного комплекса TASQ 1.1 (TASQ – Target Analysis for Screening and Quantitation).
PesticideScreener 2.1 и ToxScreener 2.1 основаны на хроматографическом разделении методом СВЭЖХ и последующем масс-спектрометрическом детектировании, где с высоким разрешением определяются точные массы ионов и их фрагментов, полученных в режиме диссоциации, индуцированной соударениями. Найденные значения времени удерживания, точных масс молекулярных и фрагментных ионов, а также информация об изотопных пиках соотносятся с базой данных, включающей более 2 тыс. соединений – пестицидов, токсичных и наркотических веществ. Использование ПО TASQ 1.1 исключает появление ложно-положительных результатов и позволяет в дальнейшем расширять БД в соответствии с потребностями пользователя. Время полного анализа составляет менее 20 мин.
В состав предлагаемых компанией Bruker наборов PesticideScreener 2.1 и ToxScreener 2.1 входят предколонки и аналитические колонки, соответствующие разделяемым классам веществ, точные рекомендации по условиям разделения и масс-спектрометрического анализа. Кроме того, комплект также обязательно содержит наборы тестовых веществ и базу данных с указанием точных масс молекулярных ионов, аддуктов, осколочных ионов, а также времени удерживания в условиях градиентного элюирования. Новые решения призваны увеличить производительность и надежность скрининга образцов на наличие вредных и опасных веществ в пищевых и экологических лабораториях, а также в судебно-медицинской экспертизе".
Более 40 лет компания SCIEX специализируется на выпуске передового оборудования в области ВЭЖХ, масс-спектрометрии и капиллярного электрофореза. Эти инструменты хорошо известны и востребованы среди специалистов как в области академических исследований, так и в прикладном применении, например, для создания новых лекарственных средств, в клинических исследованиях, судебно-медицинских экспертизах, анализе продуктов питания и объектов окружающей среды. Все свои разработки компания поддерживает подробными и всесторонними методическими рекомендациями, упрощающими пользователям освоение новой техники применительно к их текущим аналитическим задачам.
Компания SCIEX развивает несколько линеек гибридных хромато-масс-спектрометрических систем, использующих квадруполь-времяпролетные масс-анализаторы и гибридные трех-квадрупольные анализаторы с линейной ионной ловушкой. На выставке analytica 2016 демонстрировался новый квадруполь-времяпролетный масс-спектрометр высокого разрешения Х-серии – X500R QTOF, предназначенный для рутинных анализов. О нем рассказывает старший специалист по методической поддержке в области анализа продуктов питания и окружающей среды д-р Джасмин МЕЛТРЕТТЕР (Jasmin Meltretter).
"С выпуском X500R QTOF в конце 2015 года компания SCIEX начала новую Х-серию квадруполь-времяпролетных хромато-масс-спектрометров. Каждая модель новой серии станет оптимизированным инструментальным и программным решением для конкретных целевых задач. Создавая первую модель этой серии, мы ориентировали его на проведение экспертиз в пищевых, экологических и судебно-медицинских лабораториях. X500R QTOF – идеальный инструмент для решения этого класса аналитических задач. В приборе органично сочетаются высокая производительность и разрешающая способность, простой и удобный интерфейс, надежность работы и мощное, но "дружественное" программное обеспечение.
В масс-спектрометре X500R QTOF используется защищенный патентом двухзондовый источник ионов Turbo V, сопряженный с системами жидкостной хроматографии. В зависимости от решаемых задач можно выбрать метод ионизации – электрораспылительную (ESI) с помощью зонда TurboIonSpray или химическую с помощью зонда APCI.
Зонд TurboIonSpray позволяет работать с диапазоном потоков 5–3 000 мкл / мин и обеспечивает достаточно щадящие условия ионизации для того, чтобы исследовать термолабильные соединения, такие как, например, пептиды, белки, олигонуклеотиды и лекарственные препараты, чувствительные к температуре. Образцы, поступающие в зонд, сначала ионизируются под действием высокого напряжения (IonSpray), а затем распыляются струей горячего сухого сверхчистого газообразного азота из турбонагревателя, образуя туман из небольших капелек с большим зарядом. При этом могут генерироваться многозарядные ионы, ценные при исследовании биополимеров.
Источник химической ионизации, зонд APCI, рассчитан на поток элюата 50–3 000 мкл / мин. Он хорошо подходит для работы со сложными и загрязненными образцами, а также с низкополярными веществами, которые не сразу образуют ионы в растворе. Зонд APCI обеспечивает быструю десольватацию и испарение капелек с исследуемыми веществами, гарантируя их минимальное температурное разложение и сохранение молекулярной структуры при ионизации с помощью иглы коронного разряда. Это позволяет работать с полностью водными растворами, в том числе буферными, которые обрабатываются источником ионов без существенного загрязнения инструмента.
Полученный ионный пучок далее фокусируется с помощью квадрупольного ионопровода Qjet и поступает последовательно в квадрупольные масс-фильтр Q1 и камеру ионизации соударениями (CID). Дальнейший анализ происходит в области времяпролетного масс-анализатора, включающего оптимизированную систему ионных линз с каналом 4 мм (N-оптику) и систему стабилизации температуры для увеличения надежности и повышения точности измерений масс. Встроенная система автокалибровки по массе позволяет масс-спектрометру работать длительное время, не прерываясь и не приостанавливая поточного анализа образцов.
Управление X500R QTOF и обработка полученных данных проводится с помощью операционной системы SCIEX OS, полностью переработанной для использования в масс-спектрометрах Х-серии. Она отличается простотой пользовательского интерфейса, легкостью получения, анализа и представления данных, наглядностью выводимых отчетов. Режим накопления значений при интерпретации тандемных спектров расширен высокоразрешающими методами SWATH, MRMHR, информационно зависимого (IDA) и высокоскоростного сканирования. Сочетание инструментальных и программных возможностей позволяет масс-спектрометру поддерживать разрешение не ниже 30 тыс. (по ширине пика на полувысоте). Этого оказывается достаточным, чтобы при наличии постоянно расширяемых баз данных (БД) масс ионов и их фрагментов надежно идентифицировать анализируемые вещества. Стандартная комплектация прибора включает БД пестицидов, антибиотиков, микотоксинов, лекарственных и наркотических средств, содержащихся в воде, продуктах питания, напитках, биологических жидкостях.
Масс-спектрометр X500R QTOF полностью соответствует требованиям к прибору для проведения рутинных количественных и качественных анализов. Высокое качество и точность проводимых измерений сочетаются с удобством эксплуатации и легкостью обучения оператора. Система имеет компактный настольный дизайн с габаритными размерами 110 Ч 57 Ч 112 см. Ее внутренние блоки и устройства, требующие регулярного обслуживания, такие как Turbo V и Qjet, легко доступны и снимаются. В случае необходимости пользователи X500R QTOF всегда могут получить дополнительную техническую и методическую поддержку у специалистов компании SCIEX, в том числе и по сети Интернет".
[1] Подробнее см.: Гордеев К., Шахнович И. Аналитическая спектрометрия сегодня: от новых технологий к новым открытиям // Аналитика. 2016. № 1. С. 36–61.
[2] См.: Шахнович И. Платформа LECO Pegasus – сочетание газовой хроматографии и времяпролетной масс-спектрометрии // Аналитика. 2015. № 1. С. 12–24.
[3] Подробнее см.: Аналитика. 2014. № 5. С. 43–45.
Отзывы читателей
