Физика

Новая ионная ловушка позволит создать самый точный масс-спектрометр

Jan Pavelka/Wikimedia Commons

Ученые из Сколковского института науки и технологий модифицировали масс-спектрометр, чтобы повысить эффективность измерений масс молекул. Для этого они разработали электромагнитную измерительную «ионную ловушку», которая позволяет благодаря поддержанию вакуума добиться максимальной точности в случае ультравысоких магнитных полей. Результаты работы опубликованы в журнале Analytical Сhemistry.

«Ионная ловушка» представляет собой цилиндр из электродов, внутри него создаются электрические и магнитные поля, в которых вращаются ионы исследуемого вещества. По частотам вращения ионов можно определить их точную массу. При этом важно, чтобы ионы вращались предсказуемо, для этого электрическое поле должно иметь специальную форму, быть гармонизированным, а ловушки должны быть с динамической гармонизацией.

Первая динамически гармонизованная ловушка (DHC) была изобретена в 2011 году. Название связано с тем, что реальное поле не гармонично, но воспринимается ионами таким образом из-за их быстрого вращения. DHC активно используются в масс-спектрометрах. Точность измерения масс должна линейно расти с ростом магнитного поля, однако на самом деле она увеличивается намного медленнее ожидаемого.

Ученые из Сколтеха предположили, что это связано с недостатком вакуума в ловушке даже при использовании самых совершенных насосов. Для решения этой проблемы они разработали ловушку Zig-Zag Cell, открытую с обоих концов, что позволяет беспрепятственно откачивать остаточные газы из нее для поддержания необходимого вакуума.

«Сейчас в нашей лаборатории создается этот прибор “в железе”. На нем мы проведем эксперименты и проверим, были ли верны наши предположения. Но если они верны — тогда созданная ловушка снова вернет линейную зависимость точности измерения масс-спектра от магнитного поля, что даст лучшую точность при очень больших магнитных полях. А поскольку точность и так растет с ростом поля, это означает, что ловушка потенциально позволит создать самый точный из всех существующих масс-спектрометров», — рассказывает соавтор исследования Антон Лиознов.

Масс-спектрометры с новым типом ловушки позволят повысить точность анализа биологических образцов и таких сложных смесей, как нефть, где уже удается обнаружить до 400 тысяч различных соединений.