Analyseur de masse quadripolaire - Quadrupole mass analyzer

Éléments quadripolaires

L' analyseur de masse quadripolaire ( QMS ), conçu à l'origine par le lauréat du prix Nobel Paul et Steinwedel, également connu sous le nom de spectromètre de masse quadripolaire à transmission , filtre de masse quadripolaire ou spectromètre de masse quadripolaire , est un type d'analyseur de masse utilisé en spectrométrie de masse . Comme son nom l'indique, il se compose de quatre tiges cylindriques, disposées parallèlement les unes aux autres. Dans un spectromètre de masse quadripolaire , le quadripôle est l' analyseur de masse - le composant de l'instrument responsable de la sélection des ions d'échantillon en fonction de leur rapport masse/charge ( m/z ). Les ions sont séparés dans un quadripôle en fonction de la stabilité de leurs trajectoires dans les champs électriques oscillants appliqués aux tiges.

Principe d'opération

Image de « Appareil pour séparer les particules chargées de différentes charges spécifiques » Numéro de brevet : 2939952

Le quadripôle se compose de quatre tiges métalliques parallèles. Chaque paire de tiges opposée est connectée ensemble électriquement, et une tension radiofréquence (RF) avec une tension de décalage CC est appliquée entre une paire de tiges et l'autre. Les ions descendent le quadripôle entre les tiges. Seuls les ions d'un certain rapport masse/charge atteindront le détecteur pour un rapport de tensions donné : d'autres ions ont des trajectoires instables et entreront en collision avec les tiges. Cela permet la sélection d'un ion avec un m/z particulier ou permet à l'opérateur de rechercher une plage de valeurs m/z en faisant varier en continu la tension appliquée. Mathématiquement, cela peut être modélisé à l'aide de l' équation différentielle de Mathieu .

Chemin des ions à travers un quadripôle

Idéalement, les tiges sont hyperboliques , mais les tiges cylindriques avec un rapport spécifique du diamètre des tiges à l'espacement fournissent une approximation adéquate plus facile à fabriquer des hyperboles. De petites variations du rapport ont des effets importants sur la résolution et la forme du pic. Différents fabricants choisissent des ratios légèrement différents pour affiner les caractéristiques de fonctionnement dans le contexte des exigences d'application anticipées. Depuis les années 1980, la société MAT et par la suite Finnigan Instrument Corporation ont utilisé des tiges hyperboliques produites avec une tolérance mécanique de 0,001 mm, dont le processus de fabrication exact était un secret bien gardé au sein de l'entreprise.

Quadrupôles multiples, hybrides et variations

Spectromètre de masse hybride quadripolaire à temps de vol

Une série linéaire de trois quadripôles est connue sous le nom de spectromètre de masse à triple quadripôle . Les premier (Q 1 ) et troisième (Q 3 ) quadripôles agissent comme des filtres de masse, et le quadripôle central (q 2 ) est utilisé comme cellule de collision. Cette cellule de collision est un quadripôle RF uniquement (sans filtrage de masse) utilisant du gaz Ar, He ou N 2 (~10 -3 Torr, ~30 eV) pour la dissociation induite par collision des ions parents sélectionnés de Q 1 . Les fragments suivants sont transmis à Q 3 où ils peuvent être filtrés ou entièrement analysés.

Ce procédé permet l'étude de fragments utiles à l'élucidation structurale par spectrométrie de masse en tandem . Par exemple, le Q 1 peut être réglé sur « filtrer » pour un ion médicamenteux de masse connue, qui est fragmenté en q 2 . Le troisième quadripôle (Q 3 ) peut alors être réglé pour balayer toute la gamme m/z , donnant des informations sur les intensités des fragments. Ainsi, la structure de l'ion d'origine peut être déduite.

L'arrangement de trois quadripôles a été développé pour la première fois par Jim Morrison de l'Université LaTrobe, en Australie, dans le but d'étudier la photodissociation des ions en phase gazeuse. Le premier spectromètre de masse à triple quadripôle a été développé à la Michigan State University par Christie Enke et l'étudiant diplômé Richard Yost à la fin des années 1970.

Les quadripôles peuvent être utilisés dans les spectromètres de masse hybrides . Par exemple, un instrument sectoriel peut être combiné avec un quadripôle de collision et un analyseur de masse quadripôle pour former un instrument hybride.

Un quadripôle de sélection de masse et un quadripôle de collision avec dispositif de temps de vol comme deuxième étage de sélection de masse est un hybride connu sous le nom de spectromètre de masse à temps de vol quadripolaire (QTOF MS). Des configurations quadripôle-quadrupôle-temps de vol (QqTOF) sont également possibles et utilisées notamment la spectrométrie de masse des peptides et autres grands polymères biologiques.

Une variante de l'analyseur de masse quadripolaire appelé le monopole a été inventée par von Zahn qui fonctionne avec deux électrodes et génère un quart du champ quadripolaire. Il a une électrode circulaire et une électrode en forme de V. Les performances sont cependant inférieures à celles de l'analyseur de masse quadripolaire.

Il a été démontré qu'une amélioration des performances de l'analyseur de masse quadripolaire se produit lorsqu'un champ magnétique est appliqué à l'instrument. De nombreuses améliorations de la résolution et de la sensibilité ont été rapportées pour un champ magnétique appliqué dans diverses orientations à un QMS.

Applications

Ces spectromètres de masse excellent dans les applications où des ions d'intérêt particuliers sont étudiés, car ils peuvent rester à l'écoute d'un seul ion pendant de longues périodes. Un endroit où cela est utile est la chromatographie liquide-spectrométrie de masse ou la chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse où ils servent de détecteurs à spécificité exceptionnellement élevée. Les instruments quadripôles sont souvent à un prix raisonnable et font de bons instruments polyvalents. Le spectromètre de masse quadripolaire unique avec ioniseur à impact électronique est utilisé comme analyseur autonome dans les analyseurs de gaz résiduels, les analyseurs de gaz en temps réel, les diagnostics plasma et les systèmes d'analyse de surface SIMS.

Le quadripôle unique s'est également récemment révélé être un dispositif quantitatif efficace lorsqu'il est utilisé avec une fragmentation améliorée de la source couplée à une surveillance des ions corrélés, également connue sous le nom de surveillance de réaction multiple quadripolaire ou Q-MRM.

Voir également

Les références

Liens externes

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