Экспериментальное исследование свойств планарного многоотражательного времяпролетного масс-анализатора тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

На правах рукописи

Гаврик Михаил Александрович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПЛАНАРНОГО МНОГООТРАЖАТЕЛЬНОГО ВРЕМЯПРОЛЕТНОГО МАСС-АНАЛИЗАТОРА

01.04.01 - Приборы и методы экспериментальной физики

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2005

Работа выполнена в лаборатории экологической и биомедицинской масс-спектрометрии Института аналитического приборостроения Российской академии наук.

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук, с.н.с, Хасин Юрий Иосифович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Галль Лидия Николаевна (ИАнП РАН) доктор физико-математических наук, профессор Цыбин Олег Юрьевич (СГОПТУ)

Ведущая организация: Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН

Защита состоится 1 июля 2005 года, в 14 ч. 00 мин. на заседании

диссертационного совета Д002.034.01 при Институте аналитического

приборостроения Российской академии наук по адресу: 190103, Санкт-Петербург, Рижский пр, 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института аналитического приборостроения РАН.

Автореферат разослан 2005

года

Ученый секретарь

диссертационного совета Д002.034.01 кандидат физико-математических наук, с.н.с.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Современная тандемная масс-спектрометрия обеспечивает значительное повышение чувствительности, селективности и скорости анализа сложных биохимических компонент. Необходимость повышения скорости анализа связана с постоянно растущей сложностью анализируемых веществ. Повысить скорость, специфичность и чувствительность современных тандемных масс-спектрометров можно, используя принцип вложенных времен, описанный в работе А.В. Веренчикова [1]. Принцип вложенных времен заключается в параллельном анализе компонент исходной биохимической смеси в масс-спектрометре, что позволяет полностью использовать первичный пучок ионов и повысить скорость тандемного анализа в целом. В качестве тандемного масс-спектрометра предполагается использование комбинации двух времяпролетных масс-спектрометров, времена пролета ионов в которых должны отличаться на три порядка, таким образом, что времена пролета в первой ступени составляют десятки миллисекунд. Анализ современных времяпролетных приборов показывает, что на сегодняшний день не существует анализаторов, способных работать в таком временном диапазоне без катастрофического ухудшения параметров

[2].

В литературе на сегодняшний день предлагается несколько схем времяпролетных анализаторов, одна из которых может послужить основой при создании прибора с большим временем разделения ионов. В работе М.И. Явора [3] предлагается схема многоотражательного времяпролетного масс-анализатора, ионы в котором последовательно отражаются от двух параллельных друг другу двумерных бессеточных электростатических зеркал. Полевые распределения зеркал позволяют осуществлять пространственное удержание пучка ионов при большом количестве отражений в совокупности с 3-м порядком временной фокусировки ионов в широком диапазоне энергий. Комбинация таких зеркал и 2-мерных линзовых элементов в дрейфовом пространстве позволяет также осуществлять и эффективное удержание пучка в плоскости дрейфа. Высокое качество предложенных зеркал позволяет создавать на их базе анализаторы, применимые как для параллельного тандемного масс-спектрометра, так и для высокоразрешающих приборов.

Изложенные обстоятельства обуславливают актуальность разработки "медленных" времяпролетных масс-анализаторов, время движения ионов массы 1000 а.е.м. в которых имеет величину порядка 10 мс.

Цель диссертационной работы состоит в разработке и изучении характеристик нового "медленного" времяпролетного масс-анализатора, способного работать в качестве анализатора первой ступени в тандемном масс-спектрометре с использованием принципа вложенных времен и без ограничения массового диапазона.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые реализован бессеточный многоотражательный времяпролетный анализатор, работающий в полном массовом диапазоне с энергией ионов от 10 до 100 эВ.

2. Достигнуты уникальные параметры разработанного анализатора: третий порядок фокусировки времени пролета по энергии, разрешающая способность, превышающая 200000, и длина пути ионов в анализаторе порядка 700 метров.

Совокупность результатов, достигнутых в диссертационной работе, позволяет сделать ряд общих выводов, формулируемых в виде выносимых на защиту положений:

1. Методика моделирования и измерения параметров ионного пучка, формируемого миниатюрной цезиевой пушкой.

2. Методика измерения времяпролетных характеристик многоотражательного масс-анализатора.

3. Процедура определения динамического диапазона масс-анализатора.

4. Классификация факторов, ограничивающих удержание ионного пучка в масс-анализаторе при больших временах пролета (до 100 мс) в режиме замыкания ионных траекторий.

5. Вывод о соответствии экспериментально полученных уникальных характеристик масс-анализатора расчетным параметрам.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. В работе разработаны и апробированы технологии изготовления элементов многоотражательных времяпролетных масс-анализаторов, работающих в полном диапазоне масс.

2. Полученные результаты являются основой для создания времяпролетных масс-анализаторов для тандемных масс-спектрометров, работающих в режиме параллельного анализа.

3. Результаты работы могут служить основой при разработке высокоразрешающих времяпролетных приборов с разрешающей способностью более 200000.

Личный вклад автора

Все новые результаты, сформулированные в диссертации, получены лично диссертантом. Вклад диссертанта состоит в формулировке задач исследования, разработке и сборке экспериментального стенда и проведения экспериментов в рамках задач исследования, проведения анализа полученных данных и формулировке выводов.

Достоверность полученных результатов обеспечивается постоянным

сравнением результатов численного моделирования и статистически обработанных экспериментальных результатов.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах ИАнП РАН, на 16-й Международной конференции по масс-спектрометрии (Эдинбург, Англия, 2003г.), на 52 и 53-й конференции Американского масс-спектрометрического общества (Нешвиль, США, 2004 г. и Техас, США, 2005 г.), на 10-й Международной конференции "Десорбция 2004" (Санкт-Петербург, Россия, 2004 г.).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Она изложена на 123 страницах и включает 57 рисунков, 2 таблицы и 83 наименования списка литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика диссертационной работы, обоснована актуальность темы диссертации и сформулирована ее цель содержится описание структуры диссертации, приводятся сведения о ее апробации, перечислены выносимые на защиту положения.

Первая глава содержит аналитический обзор литературы по тандемным масс-спектрометрам (МС) и многоотражательным времяпролетным масс-анализаторам (ВПА) с постановкой задачи для диссертационного исследования.

Основными тенденциями современного масс-спектрометрического анализа сложных биологических смесей является увеличение скорости и чувствительности. Основным инструментом в таких исследованиях является тандемная масс-спектрометрия - МС-МС, вкупе с мягкими методами ионизации, такими как: матричная лазерная десорбционная ионизация (МАЛДИ) и электроспрей. Среди многообразия .тандемных масс-

спектрометров можно выделить основные: квадруполь - времяпролетный спектрометр (Q-TOF), линейные ионные ловушки (ITMS), тандем ловушки и спектрометра с преобразованием Фурье (ICR FTMS + LIT) и тандемные времяпролетные масс-спектрометры (TOF-TOF). В таких приборах используется общий принцип анализа: первый масс-спектрометр выделяет анализируемую ионную компоненту, далее ионы фрагментируют, и фрагменты анализируют во втором масс-спектрометре. В таких тандемах достигается высокая чувствительность в диапазоне менее 10"14 моль и высокая скорость анализа фрагментов, до 1 спектр/с.

Несмотря, на мощнейшие аналитические характеристики, особенно ICR FTMS, все эти тандемные МС имеют одну общую особенность -используют лишь один вид родительских ионов в данный момент времени. Все другие родительские ионы выводятся из первичного ионного пучка и теряются. Поочередный анализ родительских ионов замедляет полный тандемный анализ и снижает его чувствительность. Повышение требований к скорости и чувствительности заставляют искать новые инструментальные подходы для решения этой проблемы.

Показано, что существенно улучшить скорость и чувствительность современных тандемных масс-спектрометров и избавиться от недостатка традиционных систем можно, используя принцип параллельного анализа. Среди немногочисленных систем с параллельным анализом компонент наиболее привлекательной выглядит схема прибора, предложенная в работе А.Н. Веренчикова - времяпролетный тандемный масс-спектрометр с принципом вложенных времен. В ней предлагается прибор нового типа, позволяющий проводить параллельный тандемный анализ одновременно для множества родительских ионов, с целью повышения производительности тандемного масс-спектрометра. Особенностью такой схемы является то, что времена разделения ионов в первой и второй ступени должны отличаться на три порядка. Добиться столь больших времен пролета можно снижением энергии ионов и увеличением длины их траектории. Приведенный времяпролетный тандем показывает, что, за исключением первой ступени, большинство элементов тандема являются модификацией известных и хорошо охарактеризованных масс-спектрометрических компонент.

Таким образом, реализация тандема прежде всего потребует разработки "медленного" времяпролетного анализатора со временем разделения порядка 10-30 мс, работающего в полном диапазоне масс с разрешающей способностью порядка R=500-1000 для массы ионов в 1000 а.е.м и энергии ионов в диапазоне 50-100 эВ. Хотелось заметить, что длина траектории, время пролета и энергия ионов существенно отличаются от всех существующих времяпролетных масс-анализаторов.

В литературе рассматривается несколько схем анализаторов обладающих большими длинами траекторий. Такого рода системы предлагаются в работах Вольника (Wollnik) и Тойоды (Toyoda). Однако существующие мнсгооборотные времяпролетные анализаторы не удовлетворяют такрм требованиям, так как обладают существенно

ограниченным диапазоном масс и большими ионными потерями при больших временах пролета.

Для получения таких параметров первого анализатора очевидным шагом (при разумных физических габаритах прибора) является создание геометрии прибора с многократным складыванием траектории (т.е. когда осуществляется зигзагообразное движение ионов последовательно отражающихся между двух зеркал). Схема, позволяющая значительно увеличить длину ионных траекторий без уменьшения массового диапазона, была представлена в работах Назаренко. Существенным минусом такой схемы является отсутствие фокусировки пучка в горизонтальном направлении, что неминуемо приведет к его размытию.

В работах М.И. Явора предложена схема анализатора, состоящая из планарных бессеточных зеркал и линз (рис. 1).

Рис. 1. Схема анализатора, предложенная М.И. Явором[3].

Принципиально новым является то, что зеркала и линзы создают такие

полевые распределения, которые позволяют сочетать высокий порядок

временной фокусировки ионов по энергии и по пространственному разбросу

с устойчивым пространственным удержанием пучка после большого

количества оборотов. Отсутствие сеток позволяет производить многократное

отражение ионного пакета без значительного снижения его интенсивности.

Расчетные параметры анализатора реализуют следующие возможности по

фокусировке (в терминах матриц перехода):

(У I У)= 0> (Р\ Ь) = 0 - пространственная фокусировка 1-го порядка,

(( | уЪ) = 0 - временная фокусировка по пространственному разбросу 2-го

порядка,

(?1 уу) = 0 - ахроматическая фокусировка 2-го порядка,

(у | у5) = О, (Ь | Ь8) = 0, (* | ЬЬ) = О - временная/пространственная фокусировка 2-го порядка,

| <5) = 0, (г | 58) = 0, 1685) = 0 - временная фокусировка по энергии до 3-го порядка.

Комбинация такого масс-анализатора с использованием ионных пакетов низкой энергии, должна позволить достигать больших времен разделения. В заключении главы осуществляется постановка задачи диссертационного исследования.

Во второй главе рассмотрен методический этап исследования анализатора, состоящий из создания и испытания тестового источника ионов. Создаваемый источник должен формировать пучок ионов, пространственный и энергетический эмиттанс которого был бы близок к расчетному аксептансу исследуемого масс-анализатора. Кроме того, на источник ионов накладывались следующие дополнительные условия:

- иметь миниатюрные размеры;

- быть простым и надежным с длительным ресурсом работы;

- формировать пучок ионов со стабильными параметрами;

- характеризоваться легко интерпретируемым составом ионного пучка.

В качестве тестового источника ионов была выбрана термоионная цезиевая пушка, в которой ионы образовываются при нагреве алюмината цезия. Следовые количества ионов рубидия и калия в составе алюмината использовались автором для получения масс-спектров, демонстрирующих возможности масс-анализатора и для определения динамического диапазона анализатора.

Ионно-оптическая система пушки и выбор режимов работы определялись в процессе моделирования с помощью программы 81МЮК 3Б. Результаты моделирования подтвердили возможность создания пушки, работающей в диапазоне энергии ионов от 10 до 100 эВ и формирующей пучок ионов с требуемым угловым разбросом (0,6 град). Оценки показывают, что диаметр излучгющей поверхности ионизатора при таких параметрах формируемого пучкд не должен превышать 0,2 мм.

Испытания уакета цезиевой пушки в статическом режиме показали хорошее совпадение реальных и расчетных параметров пучка. Было показано, что необходимы дополнительные меры при изготовлении ионизатора для формирования плоской излучающей поверхности.

При испытаниях пушки в импульсном режиме было осуществлено формирование коротких ионных пакетов, а также было выявлено и количественно оценено влияние эффекта доускорения (банчинга) на длительность формируемого импульса и разброс по энергии ионов в пучке. Для моделирования эффекта доускорения с помощью программы 81МЮК использовалгсь специальная пользовательская программа, основными параметрам!, которой являлись форма и амплитуда импульса модулятора пушки. Сочетание экспериментального исследования с процедурой моделирогания позволило целенаправленно использовать явление доускоречия для формирования пакетов ионов с длительностью, существенно меньшей 100 не.

В экспериментальном макете анализатора пушка крепилась непосредственно на основании анализатора, что существенно облегчало

позиционирование пучка на входе в анализатор с необходимой для успешного проведения эксперимента точностью.

В третьей главе рассмотрен стенд для исследования предложенного планарного многоотражательного времяпролетного масс-анализатора. При создании экспериментального стенда впервые решался целый круг технических вопросов, в частности опробовались технологии изготовления зеркальных и линзовых блоков. Много внимания уделяется основной части аналитической части установки - блоку ионного зеркала, поскольку качество элементов зеркала и сборки напрямую влияет на свойства анализатора.

Каждое ионное зеркало, содержит по 4 сегмента толщиной 25 мм и один торцевой сегмент толщиной 21 мм, разделенные между собой диэлектрическими шайбами. Щель толщиной 3 мм в торцевом электроде предназначена для контроля формы ионного пучка при проходе его насквозь через отключенное зеркало на вспомогательный детектор. Толщина электродов и межэлектродный зазор выбраны таким образом, чтобы полностью исключить как провисание поля, так и экспозицию диэлектрических шайб ионным пучком. В силу ряда причин технологического рода, каждый сегмент зеркала был собран не в виде целого электрода, а в виде набора идентичных пластин, разделенный изолирующими шайбами (рис. 2).

Электрод Электрод Электрод Электрод Электрод

*1 Й #3 А» «3

Рис. 2. Конструкция сборки ионного зеркала (реализованный вариант). 1-основание ионного зеркала, 2—основной электрод зеркала, 3 — стягивающий стержень, 4— диэлектрическая шайба.

Каждое зеркало состоит из массивной пластины 1, тонких пластин 2, стягивающих их стрежней 3 и изолирующих шайб 4 (рис.2). Каждый тонкий электрод представляет собой вырезанную методом электроискровой резки пластину из нержавеющей стали толщиной 1 мм, имеющей по центру окно размером 228 х 32 мм. Между собой пластины разделяются прецизионными изолирующими шайбами, сделанными из изолятора (РЕЕК). Предварительно осуществлялась тщательная сортировка шайб в поле допуска. Такие меры, вместе с тщательной регулировкой усилий при стяжке электродов, позволили добиться непараллельности каждого собранного зеркала, не превышающей 10 мкм. Пластины соединяются между собой электрически в сегменты по 25 мм, чтобы получить требуемую электрическую конфигурацию электродов. Расстояние между базовыми поверхностями 247,2 мм, выдержано с точностью не хуже 10 мкм. Ширина рамки каждой тонкой пластины, образующих зеркало, составляет 10 мм, что при зазоре между пластинами, равном 2 мм, обеспечивает достаточное экранирование внутренней области зеркал от проникновения электрических полей как корпуса вакуумной камеры, так и от проходящих вблизи питающих проводов. Промежуток между зеркалами (дрейфовое пространство) тщательно экранирован от провисающих электрических полей и стенок вакуумной камеры специальными защитными экранами.

Между зеркалами симметрично расположен блок электростатических линз, состоящий из пяти одинаковых плоских линз. При выбранных размерах анализатора и угле входа ионного пучка, равном 3°, линзы должны быть установлены с шагом 30 мм. Линзовый блок представляет собой единую сборку, состоящую из базовых пластин, изоляторов и боковых пластин. Одна из двух боковых пластин выполнена в виде плоского клина с углом 3°, который используется при установке тестового источника ионов - цезиевой пушки. Такая схема позволила очень точно выставить линзы параллельно друг другу и выдержать расстояние между линзовыми электродами с точностью не хуже 10 мкм, а положение блока линз относительно ионных зеркал - не хуже 15 мкм. Все линзовые электроды имеют независимое питание, что позволяет использовать любую линзу в качестве отклоняющего элемента.

Приведена система регистрации, включающая в себя программно-аппаратный комплекс на базе АЦП Acqiris API 00, позволяющая регистрировать сигналы с временным разрешением в 1 не, специально созданные прецизионные высокоскоростные усилители с полосой до 200 МГц и систему детекторов (вторичные электронные умножители). Система регистрации позволяет записывать, калибровать и сохранять -результаты записи масс-спектров практически для неограниченного количества сканов. Для предварительной настройки используются цифровые осциллографы с полосой до 350 МГц.

Особое внимание было уделено питанию анализатора, особенно блоку зеркал и линз. Пульсации напряжений на блоках питаниях не превышали 20

мВ, а шаг выставления напряжений 0,1 В для 200 В диапазона и 0,05 В для 30 В диапазона позволяли достигать заданных расчетных параметров анализатора. С помощью программно-аппаратного комплекса решалась задача управления всем анализатором, как системы, в целом. Управление осуществлялось по шине промышленного стандарта 12С. В качестве вакуумных вводов используются высоковакуумные разъемы Fisher, позволяющие осуществлять гибкое конфигурирование системы питания. Все электронные блоки (питающие и измерительные) питаются от единой системы силового питания, что позволяет оперативно отключать любое устройство.

Вакуумная камера анализатора сделана на основе алюминиевой трубы длиной 700 мм. Все вакуумные уплотнения сделаны на витоновых кольцах. Двухступенчатая система вакуумной откачки представляет собой сочетание форвакуумного и двух турбомолекулярных насосов со скоростью откачки 300 л/с. Несмотря на большую площадь поверхности элементов анализатора такая система откачки позволяет быстро выходить на рабочее давление в вакуумной камере от 2x10'7 до 8x10"8 Торр. Контроль за уровнем вакуума осуществлялся с помощью двух датчиков. Наличие системы натекания позволяло гибко изменять уровень давления остаточных газов в вакуумной камере.

Исследованию свойств анализатора посвящена четвертая глава данной работы.

Одним из основных свойств анализатора, принципиально отличающих его от существующих, является широкий диапазон фокусировки по энергии. Полученные зависимости времени пролета ионов цезия от энергии, снятые в диапазоне 20 эВ при потенциалах, близких к расчетным имеют

хорошее совпадение с зависимостью, рассчитанной с помощью пакета SIMION 3D (рис.3). Обе кривые демонстрируют диапазон фокусировки времени пролета по энергии порядка 20 эВ. Форма полученной зависимости позволяет говорить о достижении 3-го порядка фокусировки времени пролета по энергии, впервые полученного экспериментально.

Зависимость времени пролета Т от энергии I

Ö07 ■ V

f*

i

V

«О? - Ч

70 90 00 100 110 120

Е,®В

Рис. 3. Зависимость времени пролета ионов 133Cs+ от энергии.

Ключевым свойством "медленного "анализатора, работающего в качестве первой ступени в тандемном масс-спектрометре является возможность работы с пучками низкой энергии без ограничения массового диапазона. Оказалось, что свойства ионно-оптической системы анализатора позволяют работать с энергией пучка в диапазоне от 100 до 10 эВ. Например, при энергии ионов порядка 10 эВ и длине траектории порядка 8 метров (после 10-ти полных проходов), разрешающая способность анализатора равна примерно 5000 для пика ионов

Для поверки возможностей анализатора в качестве масс-спектрометра была проведена регистрация следовых компонент ионов щелочных металлов, содержащихся в используемом нами алюминате цезия для ионов с энергией в диапазоне 10-100 эВ. Для повышения динамического диапазона спектры записывались в счетном режиме, с использованием АЦП Acqms в режиме накопления. Даже при малых энергиях порядка 10 эВ удается получить масс-спектры всех изотопов следовых компонент Ка, ЫЬ при соотношении амплитуд, близких к естественным и содержании их в диапазоне Ю'М-О"6 (3*10"6 41Ка) с чрезвычайно малым фоном рассеянных ионов (рис.4) (чувствительность порядка 3-5 ррт). Кроме того, оценки токов приходящих на промежуточный детектор и основной детектор позволяют судить о высокой трансмиссии пучка через весь анализатор (>90 %).

Рис.4. Масс-спектр следовых компонент алюмината с энергией ионов в 100 эВ

Фактически на макете анализатора удалось достичь практически всех параметров декларированных для "медленного" ВПА в тандемном масс-спектрометре в режиме вложенных времен. Однако, в созданном макете анализатора не удалось достичь больших времен разделения (порядка 30 мс). Достижения больших времен пролета (с сужением массового диапазона) на существующем анализаторе возможно в режиме зацикливания ионных траекторий (многооборотный режим). Кроме того, такой режим позволяет оценить общий уровень временных искажений, вносимых зеркалами.

Одним из способов обеспечения циклического движения ионов и увеличения времени пролета является способ, представленный на рис. 5. В этом случае линза изначально настроена на такой режим отклонения пучка, что входящий в линзу пучок направляется перпендикулярно зеркалам. После прохода ионным импульсом линзы, она переключается в фокусирующий режим без отклонения, так что ионный пучок колеблется между зеркалами, проходя только через одну линзу. После набора нужного времени пролета, линза вновь переключается в отклоняющий режим для вывода пучка на детектор.

Рис. 5 Схемы движения ионов вмногооборотномрежиме (в одной линзе)

Максимальное времен пролета ионов энергией 100 эВ составляет порядка 70 мс, что соответствует примерно 700 проходам внутри линзы или длине траектории порядка 700 метров, при длине траектории 1 м на один оборот.

Практически линейный рост зависимости разрешающей способности, определяемой как:

где: Г- время пролета ионов, Д/ - ширина пика ионов,

демонстрирует, что абберационный предел анализатора не был достигнут. Максимально достижимое разрешение более 200000 при длине ионной траектории около 700 метров, устойчиво демонстрируемое в целой серии экспериментов, ограничено не абберациями анализатора, а потерями интенсивности пучка при большом количестве отражений (рис. 6). Потери интегральной интенсивности пакета ионов на длине траектории в 700 метров оценивались примерно в 90 %, причем основные потери интенсивности (около 40 %) приходились на первые несколько оборотов. Дальнейшее прохождение пучка через тракт анализатора сопроводалось незначителным снижением интенсивности.

Рис. 6. Зависимостьразрешающей способности от времени пролета.

Среди факторов, наиболее сильно влияющих на процесс удержания ионов, выявлены два основных:

1. Уровень и частотный состав пульсаций напряжений, питающих электроды зеркал и линз; замечено существование определенных частот пульсаций, присутствие которых катастрофически сказывается на удержании ионов.

2. Рассеяние ионов на остаточном газе.

Для оценки этого фактора была проведена серия экспериментов при одних и тех же настройках анализатора, но разном качестве вакуума. Выяснилось, что при изменении вакуума с ЗхЮ'7 до 4Х10""6 Торр существенно падает амплитуда сигнала. По видимому, основным ограничивающим фактором при больших длинах пролета (при энергии в 100 эВ) будет являться давление остаточных газов. Улучшение вакуумных условий, по-видимому, позволит добиться еще более высоких значений разрешающей способности и открывает перспективы по созданию высокоразрешающих ВПМС. В заключении диссертационной работы приведен список основных полученных в диссертации результатов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Впервые создан бессеточный многоотражательный времяпролетный анализатор, работающий в полном массовом диапазоне с энергией ионов от 10 до 100 эВ.

2. Разработан малогабаритный тестовый источник ионов пространственный и энергетический эмиттанс которого соответствует расчетному аксептансу исследуемого масс-анализатора.

3. Экспериментально продемонстрированы уникальные ионно-оптические характеристики электростатических зеркал времяпролетного масс-анализатора. Впервые экспериментально получены зависимости времени пролета от энергии ионов,

подтверждающие 3-й порядок фокусировки времени пролета по энергии.

4. Получена разрешающая способность времяпролетного масс-анализатора, превышающая 220000 в режиме замкнутых траекторий, что подтверждает низкий уровень временных искажений в ионно-оптическом тракте анализатора.

5. Получено устойчивое удержание ионного пучка во времяпролетном анализаторе на длине пролета, превышающей 700 м.

6. Оценена зависимость трансмиссии анализатора на больших длинах пролета от давления остаточного газа.

7. Экспериментально продемонстрирован динамический диапазон анализатора, превышающий 105.

8. Исследовано влияние на параметры анализатора дестабилизирующих факторов, таких как электрические наводки на электроды и рассеяние ионов на остаточном газе.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА:

1. А.Н. Веренчиков. Параллельный (МС-МС)-анализ во времяпролетном тандеме. Постановка задачи, метод и схемы приборов // Научное приборостроение. - 2004. - т. 14, №2, ее. 24-37.

2. А.Н. Веренчиков, Н.В. Краснов, Л.Н. Галль. Тандемные масс-спектрометры в биохимии. // Научное приборостроение. - 2004. - т. 14, №2, ее. 4-23.

3. М.И. Явор, А.Н. Веренчиков. Планарный многоотражательный времяпролетный масс-анализатор, работающий без ограничения диапазона масс II Научное приборостроение. - 2004. - т. 14, №2, ее. 24-37.

ПУБЛИКАЦИИ, ОТРАЖАЮЩИЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. М. A. Gavrik, R. A. Bublyaev, M. Z. Muradumov, Y. I. Hash, N. V. Krasnov, A. N. Verentchikov. 3D Effects in Dual Stage Ion Mirror: Analyzing Effects of Geometry Distortions // Proc. of 16-th International Mass Spectrometry Conference (IMSC-16). - 2003.

2. Ю.И. Хасин, А.Н. Веренчиков, М.А Гаврик, М.И. Явор. Первые экспериментальные исследования планарного многоотражательного ВПМС // Научное приборостроение - 2004. - т. 14, №2, ее. 59-72.

3. Ю.И. Хасин, М.А Гаврик, М.И. Явор, В.Н. Демидов. Импульсная цезиевая пушка для исследования свойств многоотражательного времяпролетного масс-анализатора // Научное приборостроение - 2004. -т. 14, №2, ее. 72-80.

4. Я.И. Лютвинский, Д.М. Петров, А.Н. Веренчиков, Ю.И. Хасин, М.А. Гаврик. Система регистрации для параллельного анализа в ВПМС -тандемах. //Научное приборостроение. - 2004. - т. 14, №2, ее. 24-37.

5. A.N. Verentchikov, M.I. Yavor, Yu. I. Hasin, M.A. Gavrik. Multi-reflecting time-of-flight analyzer for high resolution mass spectrometers and parallel tandem analysis // Proc. of 10 th International Conference "Desorption 2004".-2004.-L40,p. 60.

6. А.Н. Веренчиков, М.И. Явор М.И, Ю.И. Хасин, М.А. Гаврик. Многоотражательный планарный времяпролетный масс-анализатор. I. Анализатор для параллельного тандемного спектрометра. // ЖТФ. -2005.-т. 75, в. 1, ее. 75-84.

7. А.Н. Веренчиков, М.И. Явор, Ю.И. Хасин, М.А. Гаврик. Многоотражательный планарный времяпролетный масс-анализатор. II. Режим высокого разрешения ПЖТФ. - 2005. - т. 75, в. 1, с. 84-88.

8. A.N. Verentchikov, МЛ. Yavor, Y. I. Hasin, M.A. Gavrik. Multi-reflecting TOF analyzer for high resolution MS and parallel MS-MS. // Mass spectrometry. - 2005. - v.2, pp. 11-20.

9. А.Н. Веренчиков, Ю.И. Хасин, М.А. Гаврик, М.И. Явор. Планарный времяпролетный анализатор в режиме многократных отражений и высокого разрешения // Научное приборостроение - 2005. - т. 15, №2, с. 42-55.

Лицензия ЛР №020593 от 07.08.97

Подписано в печать № 05. ¿№5. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Уч. печ. л. 1<0 . Тираж У$? . Заказ Ъ01.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая, 29.

v \

13 ПЮ/Î 2Ö05 ' í, i

» -

by

Перечень сокращений, терминов и их определений

Введение

Глава 1. Анализ существующих масс-спектрометров для решения задач масс-анализа в биотехнологии и возможные перспективы развития

1.1. Современные тандемные масс-спектрометры с последовательным анализом компонентов

1.1.1. Тандемные приборы на основе системы из трех квадруполей (3Q) и комбинации квадрупольного анализатора и

ВПА (Q-TOF)

1.1.2. Масс-спектрометры на основе ионной ловушки

1.1.3. Масс-спектрометры с преобразованием Фурье

FTMS).

1.1.4. Тандемные масс-спектрометры на базе

ВПА (TOF-TOF).

1.2. Тандемные масс-спектрометры с параллельным анализом

1.3. Реализации многооборотных ВПМС

1.3.1. Многоотражательный ВПМС на основе "челночного типа" движения ионов

1.3.2. Многоотражательный ВПМС на основе электростатических секторов

1.3.3. ВПМС без ограничения диапазона масс с зигзагообразным движением ионов

1.3.4. Планарный многоотражательный времяпролетный масс-анализатор для параллельного тандемного анализа

Глава 2. Импульсный источник для исследования свойств многооборотного времяпролетного анализатора

2.1. Цезиевый ионизатор

2.2. Ионно-оптическая схема пушки

2.3. Измерение угловых, пространственных и энергетических распределений в пучке. Оценка влияния на угловой разброс пучка эмитирующей поверхности ионизатора

2.4. Метод формирование короткоимпульсных ионных пакетов.

Эффект доускорения ионов

2.5. Основные результаты, полученные в главе 2 -

Глава 3. Стенд для исследования планарного много отражательного времяпролетного масс-анализатора

3.1. Аналитическая часть экспериментальной установки

3.2. Система регистрации

3.3. Питание анализатора

3.4. Вакуумная система -

Глава 4. Экспериментальное исследование свойств планарного многоотражательного времяпролетного масс-анализатора

4.1. Статическая трансмиссия и настройка анализатора для энергии ионов в диапазоне 10 - 100 эВ

4.2. Запись полного масс-спектра без ограничения массового диапазона

4.3. Экспериментальная оценка аббераций

4.4. Оценка паразитных факторов, ухудшающих свойства анализатора

4.5. Основные результаты, полученные в главе 4 - 109 Заключение - 111 Список литературы - 114 Приложение

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, ТЕРМИНОВ И ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЙ

ИОС - ионно-оптическая схема

ИЦР - ионно-циклотронный резонанс

МАЛДИ - матричная лазерная десорбционная ионизация

МС - масс-спектрометр

МС-МС — тандемный масс-спектрометр

ВПА — времяпролетный анализатор

ВГТМС (TOF MS) - времяпролетный масс-спектрометр

СИД (CID) - диссоциация, индуцированная столкновениями

ФПМС (FTMS) - масс-спектрометр с преобразованием Фурье

F WHM — полная ширина на полувысоте

Масс-спектром етрия является мощнейшим инструментом для идентификации соединений, определения их количества и анализа структурных и химических свойств молекул. Масс-спектрометрия широко используется в различных науках - геологии, органической химии, медицине, фармацевтике и биотехнологии. Появление целого научного направления, так называемой науки о жизни (life science) привело к рождению специфичного направления в современной масс-спектрометрии -биологической масс-спектрометрии. Изучение функции белков, их более мелких структурных элементов — пептидов в биологических тканях привело к появлению одного из наиболее динамично развивающегося направления современной биологической масс-спектрометрии - протеомики. Основным преимуществом масс-спектрометрических методов стало уникальное сочетание селективности, чувствительности и высокой скорости анализа.

Важным является также не только изучение качественного, но и количественного состава, а также структуры этих биологических смесей. Сложность протеомных исследований обуславливается крайне сложным анализируемым составом — десятки тысяч белков и пептидов (до 106 компонент) в большом диапазоне концентраций (до 106). Огромная информативность масс-спектрометрических методов анализа может быть существенно увеличена за счет сочетания с методами предварительного разделения (хроматография, электрофорез и т.д.). Однако селективность таких тандемных приборных комплексов оказывается не достаточной для определения структуры сложных органических молекул и смесей с большим количеством компонент, особенно с близкими характеристиками.

Существенный прорыв в области биологической масс-спектрометрии, особенно протеомики, стал возможен только благодаря появлению совершенно нового типа масс-спектрометрических инструментов -тандемных масс-спектрометров (МС-МС), обеспечивающих повышение чувствительности, селективности и скорости анализа, что позволило этому методу стать наиболее предпочтительным в биохимии. Алгоритм работы таких приборов следующий: в первой ступени (МС1) происходит выделение из всех родительских ионов, полученных тем или иным путем, ионов с одним выбранным отношением массы к заряду (m/z) и их направление в ячейку фрагментации. Далее, происходит фрагментация выбранных первичных ионов при столкновении с молекулами газа, частичная их диссоциация и образование различных заряженных осколков ионов, называемых вторичными (дочерними) ионами. Вторая ступень (МС2) позволяет получить масс-спектры вторичных ионов, образовавшихся при столкновениях с молекулами газа. При этом метод обладает широкими возможностями вариации условий проведения анализа: разнообразные методы получения родительских ионов, изменение условий столкновительной диссоциации, использование различных типов масс-анализаторов.

Появление и совершенствование методов мягкой ионизации (ESI, MALDI) и успешное применение методов МС-МС в различных областях биотехнологии и фармакологии стимулировали быстрое развитие тандемных масс-спектрометров (МС). При всем многообразии методик и приборных реализаций во всех случаях основными значащими параметрами таких приборов остаются: чувствительность, массовая точность, время и стоимость анализа. Динамичное развитие тандемных приборов привело к созданию нескольких основных типов приборов.

Наиболее широко представленным на сегодняшний день тандемным МС является называемый тройной квадруполь (3Q). В таких приборах выделенные первым квадруполем (МС1) родительские ионы попадают в столкновительную ячейку, выполненную в виде радиочастотного проводника, и там фрагментируются. Фрагментированные ионы охлаждаются за счет газовых столкновений, а смесь фрагментных ионов попадает в третий квадруполь (МС2) для масс-анализа. Сканирование по массам происходит достаточно медленно и с потерей чувствительности, поэтому тройные квадруполи используют для детектирования и количественного анализа веществ с известными массами родительских и фрагментных ионов, где он демонстрирует наивысшую чувствительность вплоть до аттомольного диапазона. Сканирование в режиме полного тандемного анализа смеси приводит к потерям чувствительности в 106-107 раз и происходит около часа.

Другим широко распространенным тандемным прибором можно считать прибор, сочетающий в себе квадрупольный анализатор и времяпролетный масс-спектрометр (Q-TOF). Фактически это тройной квадруполь с заменой последнего квадруполя на времяпролетный масс-спектрометр (ВПМС). Такое изменение конфигурации прибора позволило резко увеличить скорость анализа второй ступени до 0,1 с на один фрагментный спектр и точность определения масс до 1 ррш. Время полного тандемного анализа компонентов сложной смеси может быть проведено за 23 минуты с высокой достоверностью идентификации.

В последнее время динамично развивается другой тип тандемных МС -комбинация ловушки и масс-спектрометра с преобразованием Фурье (FTMS). При этом уникальные свойства FTMS, такие как, высокое разрешение и рекордная чувствительность ниже 1 аттомоль, сохраняются, а выделение первичных ионов и их фрагментирование происходит в линейной ионной ловушке. Кроме того, точный контроль количества инжектированных ионов позволяет достигать рекордного значения точности по массе порядка 0,1 ррш. Совокупность таких уникальных характеристик делает тандемный МС "ионная ловушка-FTMS" наиболее мощным аналитическим прибором в современной масс-спектрометрической лаборатории. Однако существенными недостатками прибора являются его высокая стоимость, большие габариты, и в первую очередь, низкая скорость записи спектров. Невысокая скорость анализа сильно проявляется в типичных рутинных измерениях, где высокое разрешение не является ключевым фактором.

Дальнейшее сокращение времени анализа возможно при использовании тандемного МС, состоящего из двух ВПМС, так называемой ВПМС-ВПМС (TOF-TOF) системы.

Все существующие системы обладают общим недостатком — использование родительских ионов одной массы в данный момент времени. Все другие родительские ионы выводятся из первичного пучка и теряются. Снижение производительности типичных тандемных приборов при анализе сложных смесей биологических веществ особенно сильно сказывается в задачах протеомного исследования и обусловлено не в последнюю очередь последовательной схемой анализа компонент. Недавно предложенный новый способ предполагает использование принципа вложенных времен и позволяет реализовать принципиально новый подход к тандемному анализу — параллельный анализ. В этом случае масс-спектры фрагментных ионов записываются параллельно для всех родительских ионов. Проведенные оценки демонстрируют, что при использовании двух времяпролетных анализаторов (ВПА) в такой комбинации времена пролета ионов в них должны отличаться на три порядка. Поскольку типичное время разделения ионов во второй ступени такого тандема (ВПМС2) составляет порядка десятков микросекунд, то первый ВПА должен проводить разделение ионов в диапазоне десятков миллисекунд. Анализ показывает, что на сегодняшний день не существует времяпролетных анализаторов, способных работать в таком временном диапазоне без катастрофического ухудшения параметров.

Изложенные обстоятельства обуславливают актуальность разработки "медленных" времяпролетных масс-анализаторов, время движения ионов массы 1000 а.е.м. в которых имеет величину порядка 10 мс.

Цель диссертационной работы состоит в разработке и изучении характеристик нового "медленного" времяпролетного масс-анализатора, способного работать в качестве анализатора первой ступени в тандемном масс-спектрометре с использованием принципа вложенных времен и без ограничения массового диапазона.

Содержание диссертации изложено во введении, четырех главах и заключении. В главе 1 на основе анализа существующих тандемных МС и многоотражательных ВПА выбрана схема разрабатываемого "медленного" масс-анализатора и предложена методика его исследования. В главе 2 рассмотрена разработка малогабаритного тестового источника ионов, пространственный и энергетический эмиттанс которого соответствует расчетному аксептансу исследуемого масс-анализатора. В главе 3 приведено описание экспериментальной установки. В главе 4 рассмотрены результаты экспериментального исследования "медленного" времяпролетного масс-анализтора.

Научная новизна исследования состоит в следующем:

1. Впервые реализован бессеточный многоотражательный времяпролетный анализатор, работающий в полном массовом диапазоне с энергией ионов от 10 до 100 эВ.

2. Достигнуты уникальные параметры разработанного анализатора: третий порядок фокусировки времени пролета по энергии, разрешающая способность, превышающая 200000, и длина пути ионов в анализаторе порядка 700 метров.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Методика моделирования и измерения параметров ионного пучка, формируемого миниатюрной цезиевой пушкой.

2. Методика измерения времяпролетных характеристик многоотражательного масс-анализатора.

3. Процедура определения динамического диапазона масс-анализатора.

4. Классификация факторов, ограничивающих удержание ионного пучка в масс-анализаторе при больших временах пролета (до 100 мс) в режиме замыкания ионных траекторий.

5. Вывод о соответствии экспериментально полученных уникальных характеристик масс-анализатора расчетным параметрам.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. В работе разработаны и апробированы технологии изготовления элементов многоотражательных времяпролетных масс-анализаторов, работающих в полном диапазоне масс.

2. Полученные результаты являются основой для создания времяпролетных масс-анализаторов для тандемных масс-спектрометров, работающих в режиме параллельного анализа.

3. Результаты работы могут служить основой при разработке высокоразрешающих времяпролетных приборов с разрешающей способностью более 200000.

Результаты диссертации представлялись на научных семинарах института аналитического приборостроения РАН, на 16 Международной конференции по масс-спектрометрии (Эдинбург, Англия, 2003г.), на 52, 53-й конференции Американского масс-спектрометрического'общества (Нешвиль, США, 2004 г. и Техас, США, 2005 г.), на 10-й Международной конференции "Десорбция 2004" (Санкт-Петербург, Россия, 2004 г.) и опубликованы в 7 работах.

Основные результаты работы:

1. Впервые создан бессеточный многоотражательный времяпролетный анализатор, работающий в полном массовом диапазоне с энергией ионов от 10 до 100 эВ.

2. Разработан малогабаритный тестовый источник ионов пространственный и энергетический эмиттанс которого соответствует расчетному аксептансу исследуемого масс-анализатора.

3. Экспериментально продемонстрированы уникальные ионно-оптические характеристики электростатических зеркал времяпролетного масс-анализатора. Впервые экспериментально получены зависимости времени пролета от энергии ионов, подтверждающие 3-й порядок фокусировки времени пролета по энергии.

4. Получена разрешающая способность времяпролетного масс-анализатора, превышающая 220000 в режиме замкнутых траекторий, что подтверждает низкий уровень временных искажений в ионно-оптическом тракте анализатора.

5. Получено устойчивое удержание ионного пучка во времяпролетном анализаторе на длине пролета, превышающей 700 м.

6. Оценена зависимость трансмиссии анализатора на больших длинах пролета от давления остаточного газа.

7. Экспериментально продемонстрирован динамический диапазон анализатора, превышающий 105.

8. Исследовано влияние на параметры анализатора дестабилизирующих факторов, таких как электрические наводки на электроды и рассеяние ионов на остаточном газе.

В заключение автор считает своим приятным долгом выразить искреннюю благодарность руководителю работы кандидату физико-математических наук Ю.И. Хасину за постоянное внимание и многочисленные консультации; кандидату физико-математических наук А.Н. Веренчикову, обширные знания, энергия и опыт которого были основой для данной работы; заведующему лаборатории №222 Института аналитического приборостроения РАН кандидату физико-математических наук Н.В. Краснову создавшему прекрасные условия для работы в лаборатории; доктору физико-математических наук М.И. Явору за научные консультации и помощь в вопросах функционирования ионно-оптических систем; сотрудникам лаборатории № 222 М.З. Мурадымову, С.В. Максимову, Д.Н. Алексееву за всестороннюю поддержку; В.Н. Демидову за создание и поддержку электроники. Автор благодарен всем сотрудникам лаборатории за постоянное внимание, интерес и всестороннюю поддержку данной работы и надеется, что это плодотворное сотрудничество в дальнейшем сохранится.

Особо признателен автор своей семье, поддержка которой позволила приступить к написанию этой работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Тандемный масс-спектрометр, реализующий принцип вложенных времен, теоретически позволяет существенно улучшить такие характеристики этого метода, как скорость и чувствительность. Однако создание такого масс-спектрометра невозможно без создания времяпролетного анализатора со специфичными для времяпролетной техники параметрами - низкой энергией ионов и большими (десятки мс) временами пролета ионов в анализаторе. Критический обзор существующих схем анализаторов позволил выбрать одну, наиболее полно удовлетворяющую таким условиям схему движения ионов между планарными бессеточными зеркалами с поперечным удержанием ионного пучка в блоке линз. Такая схема позволяет работать в полном диапазоне масс при низких энергиях ионов.

Для исследования свойств ИОС анализатора была разработана методика и создан тестовый источник ионов. Экспериментальное исследование анализатора осуществлялось на специально созданной экспериментальной установке. Полученные экспериментально данные подтверждают возможность использования исследованного типа масс-анализатора в тандемном МС в режиме вложенных времен. Дальнейшие работы с анализатором должны включать в себя разработку источника ионов, процедуры ввода и вывода пучка и решение проблем совмещения эмиттенса источника и аксептанса анализатора.

1. J.R. Chapman. Practical organic mass spectrometry (2nd ed.). NY, USA: Wiley, 1993.-338 p.

2. C. Daas. Principles and practice of biological mass spectrometry. — NY, USA: Wiley Interscience, 2001. - 416 p.

3. E.D. Hoffmann, V. Stroobant. Mass-spectrometry: principles and applications (Second Ed). Sussex: John Wiley & Sons, 2002. - 407 p.

4. A.T. Лебедев. Масс-спектрометрия в органической химии. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2003. - 493 е., ил.

5. F.W. McLafferty, Е.К. Fridriksson, D.M. Horn, М.А. Lewis, R.A. Zubarev. Biochemistry: Biomolecule Mass Spectrometry // Science 1999. - v. 284, pp. 1289-1290.

6. A.E. Ashcrofi. Protein and peptide identification: the role of mass spectrometry in proteomics (1996-mid 2002) // Natural Products Reports 2003. - v. 20, issue 2, pp. 202-215.

7. R.J. Waugh, J.H. Bowie, M.L. Gross. Collision Induced Dissociation of Deprotonated Peptides. // Austr. J. Chem 1993. - v. 46, pp. 693-702.

8. R.D. Macfarlane, D.F. Torgerson. Plasma desorption mass spectrometry // Science 1976. - v. 191, pp. 920-931.

9. M. Barber, R.S. Bordoli, R.D. Sedgwick, A.N. Tyler. Fast Atom Bombardment (F.A.B.) of solids as an ion source in mass spectrometry // Nature. 1981. - v. 293. pp. 270-275.

10. M.L. Vestal. Ionization Techniques for Nonvolatile Molecules // Mass Spec. Rev. 1983. - v. 2, pp. 447-480.

11. C.R. Blakley, M.L. Vestal. Thermospray interface for liquid chromatography/mass spectrometry II Anal. Chem. 1983. - v. 55, pp. 750-754.

12. M. Karas, F. Hillenkamp. Laser desorption ionization of proteins with molecular masses exceeding 10,000 daltons // Analytical Chemistry 1988. - v. 60, pp. 2299-2301.

13. К. Tanaka, H. Waki, Y. Ido, et al. // Rapid Commun. Mass Spectrom. 1988. — v. 2. pp. 151.

14. J.B. Fenn, M. Mann, C.K. Meng, S.F. Wong and C.M. Whitehouse. Electrospray ionization for mass spectrometry of large biomolecules // Science. -1989.-v. 246. pp. 64-71.

15. M.R. Emmett, R.M. Caprioli. Micro-electrospray mass spectrometry: Ultra-high-sensitivy analysis of peptides and proteins // J. Am. Soc. Mass Spectrom. — 1994.-v. 5, pp. 605-613.

16. F. Hillenkamp, M. Karas. Matrix-assisted laser desorption/ionization, an experience I I International Journal of Mass Spectrometry 2000. - v. 200, issue 1, pp. 71-77.

17. A.H. Веренчиков, H.B. Краснов, JI.H. Галль. Тандемные масс-спектрометры в биохимии. // Научное приборостроение. 2004. - т. 14, №2, сс. 4-23.

18. A.G. Marshall, C.L. Hendrickson, G.S. Jackson. Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry: A primer // Mass spectrometry Reviews -1998.-v. 17, pp. 1-35.

19. F.G. Kitson, B.S. Larsen, C.N. McEwen. Gas Chromatography and Mass Spectrometry: Of Practical Guide. NY.: Academic Press, 1996 - 317 p.

20. Р.Е. Miller, М.В. Denton. The quadrupole mass filter: basic operating concepts II J. Chem. 1986. - v. 63. pp. 617-622.

21. M. Wilm, M. Mann. Analytical properties of the nanoelectrospray ion source // Anal. Chem. -1996. v. 68. pp. 1-8.

22. Shevchenko A., Chernushevich I., Ens W. Rapid "de novo" peptide sequencing by a combination of nanoelectrospray, isotopic labeling and a quadrupole/timeof-flight mass spectrometer // Rapid Commun. Mass Spectrom. 1997. - v 11, pp. 1015- 1024.

23. H.R. Morris, T. Paxton, M. Panico. A novel geometry mass spectrometer, the Q-TOF for low-femtomole/attomole- range biopolymer sequencing // J. Protein Chem. 1997. - v. 16, pp. 469-479.

24. W. Paul, H.S. Steinwedel, US Patent 2 939952,1960.

25. M.B. Comisarow, A.G. Marshall. Fourier transform ion cyclotron resonance spectroscopy. // Chemical Physics Letters. 1974. - v. 25, issue 2, pp. 282-292.

26. I.J. Amster. Fourier Transform Mass Spectrometry // Journal of Mass Spectrometr. 1996. - v. 31, issue 12, pp. 1325-1337.

27. A.G. Marshall. Milestones in Fourier transform ion ceclotron resonance mass spectrometry technique development. // Inter. J. Mass Spectrom. 2000 - v. 200, pp. 331-356.

28. R.D. Smith R.D., L. Pasa-Tolic, M.S. Lipton. Rapid quantitative measurements of proteomes by Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry // Electrophoresis. 2001. - v. 22, pp. 1652-1668.

29. W. Stephens. // Phys Rev. 1946. - v. 69, p. 691.

30. A. E. Cameron, D.F. Eggers. // Review Scientific Instruments. 1948. - v. 19, pp. 605.

31. Н.И. Ионов, Б.А. Мамырин. И ЖТФ. 1953. - v. 23, стр. 2101.

32. W.C. Wiley, I.H. McLaren . Time-of-flight mass spectrometer with improved resolution // Review Scientific Instruments. 1955. - v. 26, pp. 1150-1157.

33. В.И. Каратаев, Б.А. Мамырин, Д.В. Шмикк. Новый принцип фокусировки ионных пакетов во времяпролетных масс-спектрометрах. // ЖТФ. 1971. - т. 41, в. 7, сс. 1498-1501.

34. Б.А. Мамырин, В.И. Каратаев, Д.В. Шмикк, В.А. Загулин. И ЖЭТФ. -1973.-т. 64, с. 82.

35. A.F. Dodonov, M.V. Chernushevich, V.V. Laiko. I I Proceedings of 12th International Mass Spectrometry Conference, 26-30 August 1991, Amsterdam, pp.153-155.

36. M. Guilhaus, D. Selby D, V. Mlynski. Orthogonal Acceleration Time-Of-Flight Mass Spectrometry // Mass Spectrometry Reviews. 2000. -v. 19, p. 65107.

37. M.L.Vestal. Time-of-flight mass spectrometry analysis of biomolecules. US Patent 6541765, Filed 1998.

38. K.G. Standing // Proc. 4th Texas Symposium on Mass Spectrometry, Wiley, NY, 1988, p. 267-278.

39. A.E. Giannakopulos, B. Thomas, A.W. Colburn. Tandem Time-of-flight Mass Spectrometr (TOF-TOF) with a quadratic-field ion mirror // Review of Scientific Instruments. 2002. v. 73, issue 5, pp. 2115-2123.

40. S.C. Henderson, S.J. Valentine, A.E. Counterman, D.E. Clemmer. ESI Ion Trap - Ion Mobility — Time-of-flight Mass Spectrometry for Rapid and Sensitive Analysis of Biomolecular Mixtures // Analytical Chemistry. - 1999. — v. 71, pp. 291-301.

41. A. Verentchikov, W. Ens, J. Martens, K.G. Standing. Detection of Large Molecular Ions by Secondary Ion and Secondary Electron Emission // International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processe. 1993. - v. 126, pp. 75-83.

42. J. Martens, W. Ens, K.G. Standing, A.N. Verentchikov. Secondary Ion Desorption by Bombardment with Large Molecular Ion // Proceedings of 40th ASMS conference. -1992. p. 458-459.

43. A.N. Verentchikov. Tandem Time-of-flight Mass Spectrometer and Method of Use. GB Patent, GB2390935, Filed on July 16, 2002; International Patent WO 2004/008481 A1.

44. A.H. Веренчиков. Параллельный (МС-МС)-анализ во времяпролетном тандеме. Постановка задачи, метод и схемы приборов // Научное приборостроение. 2004. - т. 14, №2, сс. 24-37.

45. Н. Wollnik, A. Casares. An energy-isochronous multi-pass time-of-flight mass spectrometer consisting of two coaxial electrostatic mirrors. // International Journal of Mass Spectrometry 2003. - v. 227, pp. 217-222.

46. A. Casares, A. Kholomeev, Н. Wollnik. Multipass time-of-flight mass spectrometers with high resolving powers. // International Journal of Mass Spectrometry 2001. - v.206, pp. 267-273.

47. Wollnik H., Casares A., Radford D., Yavor M. Multi-pass time-of-flight mass spectrometers of high resolving power. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 2004. - A 519, pp.373-379.

48. M. Toyoda, D. Okumura, M. Ishihara and I. Katakuse. Multi-turn time-of-flight mass spectrometers with electrostatic sectors II J. Mass Spectrom. 2003. - v. 38, pp.1125-1142.

49. W.P. Poschenrieder. Multiple-focusing time of flight mass spectrometers. Part 2. TOFMS with equal energy acceleration // Int. J. Mass Spectrom. Ion Phys. -1972.-v. 9, pp. 357-373.

50. T. Sakurai, T. Matsuo, H. Matsuda. Ion Optics for Time-of-flight mass spectrometers with multiple symmetry // Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc. 1985. — v. 63, pp.273-283.

51. D. Okumura, M. Toyoda, M. Ishihara and I. Katakuse. Application of multi-turn time-of-flight mass spectrometer, MULTUM II, to organic compounds ionized by MALDIII J. Mass Spectrom. 2004. - v. 39, pp. 86-90.

52. M. Toyoda, D. Okumura, M. Ishihara and I. Katakuse. Multi-turn time-of-flight mass spectrometers with electrostatic sectors // Journal of Mass Spectrometry. -2003.-v. 38, pp. 1125-1142.

53. H. Wollnik H. Time-of-flight mass spectrometer. UK Patent GB 2 080 021 A. 1982.

54. Su Ching-Shen. Multiple Reflection Type Time-of-flight Mass Spectrometer with two Sets of Parallel-plate Electrostatic Fields II International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes 1989. - v. 88, pp. 21-28.

55. JI.M. Назаренко, JI.M. Секунова, E.M. Якушев. Времяпролетный масс-спектрометр с многократным отражением. // Авторское свидетельство SU 1725289 А1. 1989.

56. A.N. Verentchikov, M.I. Yavor. Dynamic Well in Purely Electrostatic Periodic Systems. // Extended abstract of51th ASMS conference, 2003.

57. М.И. Явор, A.H. Веренчиков. Планарный многоотражательный времяпролетный масс-анализатор, работающий без ограничения диапазона масс // Научное приборостроение. 2004. - т. 14, №2, сс. 24-37.

58. А.Н. Веренчиков, М.И. Явор М.И, Ю.И. Хасин, М.А. Гаврик. Многоотражательный планарный времяпролетный масс-анализатор. I. Анализатор для параллельного тандемного спектрометра. // ЖТФ. 2005. — т. 75, в. 1, сс. 75-84

59. Г. Вольник. Оптика заряженных частиц. СПб.: Энергоатомиздат, 1992. -281 с.

60. Dahl D.A. SIMION 3D v. 7.0. User's Manual. Idaho National Eng. Env. Laboratory, 2000.

61. Rudat M.A., McEwen C.N. New on-source miniature atomic FAB and alkali ion SIMS sources // International Journal of Mass Spectrometry & Ion Physics. -1983,-v. 46, pp. 351-354.

62. Ю.И. Хасин, П.С. Дмитринок, Ю.Н. Елькин. Источник ионов с твердотельной цезиевой пушкой для анализа термолабильных веществ // Научное приборостроение. Формирование пучков заряженных части 1990. -сс. 81-85.

63. А.К. Андреев, JI.H. Галль, A.M. Дмитриев, Н.В. Краснов, В.П. Саблин, С.В. Тиркельтауб, Ю.И. Хасин. Источник вторичных ионов для исследования биоорганических веществ на основе твердотельной пушки // Научное приборостроение.-1991. т.1, № 3, сс. 118-123.

64. С.М. Еремин, Б.С. Кульварская. Исследование термоионной эмиссии щелочных металлов // Радиотехника и электроника. 1972. - т. 17, №1, сс. 145-148.

65. Б.С. Кульварская, Ю.Г. Поляков. Исследование термоионной эмиссии некоторых материалов // Радиотехника и электроника. 1968. - т. 13, № 6, сс. 1146-1149.

66. A.N. Pargellis, M. Seidi. Thermoionic emission of alkali ions from zeolites // Journal of Applied Physics. 1978. - v. 49, № 9, p. 4933-4937.

67. Г.М. Мантрова, М.П. Яковлева, B.C. Кульварская, З.А. Ткачик, В.И. Данилкин. Исследование процессов, происходящих при работе твердотельных источников ионов в импульсном режиме. // Радиотехника и электроника- 1981. т. 26, № 9, сс. 2004-2011.

68. Ю.И. Хасин, М.А. Гаврик, М.И. Явор, В.Н. Демидов. Импульсная цезиевая пушка для исследования свойств многоотражательного времяпролетного масс-анализатора // Научное приборостроение 2004. - т. 14, №2, сс. 72-80.

69. Ю.И. Хасин, А.Н. Веренчиков, М.А. Гаврик, М.И. Явор. Первые экспериментальные исследования планарного многоотражательного ВПМС // Научное приборостроение 2004. - т. 14, №2, сс. 59-72.

70. Acqiris АР 100. http://www.acqiris.com

71. Я.И. Лютвинский, Д.М. Петров, А.Н. Веренчиков, Ю.И. Хасин, М.А. Гаврик. Система регистрации для параллельного анализа в ВПМС -тандемах. // Научное приборостроение. 2004. - т. 14, №2, сс. 24-37.

72. А.Н. Веренчиков, М.И. Явор, Ю.И. Хасин, М.А. Гаврик. Многоотражательный планарный времяпролетный масс-анализатор. II. Режим высокого разрешения // ЖТФ. 2005. - т. 75, в. 1, с. 84-88.

73. A.N. Verentchikov, M.I. Yavor, Y. I. Hasin, M.A. Gavrik. Multi-reflecting TOF analyzer for high resolution MS and parallel MS-MS // Mass spectrometry. -2005. v.2, pp. 11-22.