Forskere håber på en ny ionfælde, der kan skabe verdens mest nøjagtige massespektrometer

Massespektrometre bruges i vid udstrækning til at analysere meget komplekse kemiske og biologiske blandinger. Skoltech-forskere har udviklet en ny version af et massespektrometer, der bruger rotationsfrekvenser af ioniserede molekyler i stærke magnetiske felter til at måle masser med højere nøjagtighed (FT ICR). Holdet har designet en ionfælde, der sikrer den højeste opløsningsevne i ultrastærke magnetfelter. Forskningen blev offentliggjort i tidsskriftet Analytisk kemi .

Ionfælden er formet som en cylinder bestående af elektroder, med elektriske og magnetiske felter genereret indeni. De nøjagtige masser af testprøvens ioner kan bestemmes ud fra deres rotationsfrekvenser. Elektroderne skal skabe et harmoniseret felt af en bestemt form, således at ionerne roterer forudsigeligt. En fælde med et sådant felt kaldes en Dynamically Harmonized Cell (DHC).

DHC blev opfundet i 2011 af Evgeny Nikolaev, en professor ved Skoltech Center for Computational and Data-intensive Science and Engineering (CDISE). Selvom det i virkeligheden cellens felt er af meget kompleks karakter og er ikke harmoniseret, for hurtigt roterende ioner i magnetfeltet fremstår det stadig som harmoniseret på grund af gennemsnitseffekten, deraf cellens navn. Indtil nu, den bedste fælde med hensyn til spektrummålingsnøjagtighed, DHC er blevet brugt i vid udstrækning i forskning og kommercielle massespektrometre med et højt krav om nøjagtighed og integreret i det stærkeste magnetfeltmassespektrometer ved National High Magnetic Field Laboratory i Tallahassee, FL.

Super stærke magneter koster titusinder af dollars. Massemålingsnøjagtigheden formodes at stige lineært med magnetfeltstyrken, men det gør det ikke:i virkeligheden, mønsteret er ikke-lineært, og stigningen i nøjagtighed er meget langsommere end forventet.

Forskerne antog, at ikke-linearitet opstår, fordi niveauet af vakuum i cellen ikke er tilstrækkeligt, uanset hvor avancerede pumperne er. De udviklede en fælde med begge ender åbne for nem evakuering af resterende gasser og kaldte den "Zig-Zag Cell".

"Lige nu, vores laboratorium er ved at fremstille den nye celle, som vi vil bruge til eksperimenter for at kontrollere, om vores antagelser og teoretiske forudsigelser er korrekte, og hvis de er, fælden vil sætte det lineære forhold mellem massespektrummålingenøjagtighed og magnetfeltstyrke tilbage på plads, dermed sikre højere nøjagtighed ved meget høje værdier af magnetfeltstyrke. Det faktum, at nøjagtigheden øges med en stigning i magnetfeltstyrken, betyder, at fælden potentielt vil være med til at skabe det mest nøjagtige massespektrometer af alle, " siger Anton Lioznov, en ph.d. elev på Skoltech.

Ifølge studielederen, Professor Evgeny Nikolaev, massespektrometre med en ny type celle vil sikre højere nøjagtighed for biologiske prøver og komplekse blandinger, såsom olie, hvor selv eksisterende massespektrometre af denne type med DHC kan detektere op til 400, 000 forbindelser.