Масс-спектрометрический метод исследования превращений сложных органических ионов при их селективном возбуждении в газонаполненном радиочастотном квадруполе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

Филиал института энергетических проблем химической физики

Сулименков Илья Вячеславович

МАСС - СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ПРЕВРАЩЕНИЙ СЛОЖНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ИОНОВ ПРИ ИХ СЕЛЕКТИВНОМ ВОЗБУЖДЕНИИ В ГАЗОНАПОЛНЕННОМ РАДИОЧАСТОТНОМ КВАДРУПОЛЕ

О ] .04.17 - химическая физика, в том числе физика горения и взрыва

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

На правах рукописи

Черноголовка 2005

Работа выполнена в Филиале Института Энергетических Проблем Химической Физики РАН

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, Разников В.В. Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, Морозов И.И. кандидат физико-математических наук, Горшков М.В.

Ведущая организация:

Институт Аналитического Приборостроения РАН

Зашита состоится «» Срв&ргМЯ. 2006 г. в $ час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 002.112.01 в Институте Энергетических Проблем Химической Физики РАН (119334, г. Москва, Ленинский проспект, 38, к.2)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института Химической Физики РАН

Автореферат разослан «■{О »

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат химических наук

Николаева М.И.

XOOQ A

\ъ%ъ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. За последние двадцать лет масс-спектрометрия стала одним из наиболее значимых аналитических методов исследования структуры макромолекул. Появление и развитие методов "мягкой" ионизации, таких как ионизация электрораспылением (ESI) и матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация (MALDI), а также использование методов тандемной масс-спектрометрии (MS/MS, MS") с фрагментацией выбранных ионов, позволили существенно расширить область применения масс-спектрометрии для анализа и исследования структуры макроионов, включая квазимолекулярные ионы протеинов, полинуклеотидов, синтетических полимеров, металлоорганических комплексов и т.д.

Для селективной фрагментации исследуемых ионов обычно используют либо классические тандемные масс-спектрометры с ячейками столкновений (минимум два масс-спектрометра одного или разных типов), либо одиночные масс-спектрометры со свойствами тандемных, которые работают по принципу ионных ловушек и в которых рабочий цикл селективной фрагментации ионов занимает продолжительное время (до десятков секунд). Поскольку наиболее широко используемые ионные источники типа ESI дают квазинепрерывный поток ионов, в целях более эффективного использования ионного тока и, как следствие, появления возможности работать с малыми количествами исследуемого образца, актуально разрабатывать методы селективной фрагментации ионов в режиме непрерывного тока ионов при максимальном упрощении и удешевлении эксперимента.

Возможность индуцирования селективной фрагментации в устройстве с непрерывным током ионов была впервые продемонстрирована в 1997 году в ФИНЭПХФ РАН [1]. В качестве такого устройства использовался сегментированный радиочастотный (RF) квадруполь, являющийся низковакуумным интерфейсом времяпролетного масс-спектрометра высокого разрешения с ортогональным вводом ионов (О-ВПМС). Для фрагментации ионов применялась селективная активация исследуемых ионов при приближении к пределу неустойчивости Матье. Однако, невозможность регистрации ионов-фрагментов с величинами m/z, меньшими, чем у исходного иона, существенно усложняла анализ реакций фрагментации, а неустойчивый характер движения активируемых ионов не позволял адекватно определять их температуру и получать кинетические параметры реакций фрагментации (энергии активации).

Представляемая работа является продолжением исследований, проводимых в ФИНЭПХФ РАН и направленных на создание времяпролетного масс-спектрометра с возможностями тандемного для изучения газофазных превращений ионов при их селективной активации в столкновениях с молекулами буферного газа в RF-квадруполе в режиме непрерывного тока ионов.

Цель работы. Цепью настоящей работы являлась разработка нового масс-спектрометрического метода исследования процессов фрагментации сложных органических ионов при их селективной активации в газонаполненном RF-квадруполе.

Научная новизна.

1. Разработан новый метод селективной активации ионов в столкновениях с молекулами (атомами) буферного газа в радиочастотном квадруполе посредством резонансного возбуждения вращательного движения ионов вокруг оси квадруполя.

2. Создан сегментированный радиочастотный квадруполь с дополнительным вращающим электрическим полем - молекулярно-ионный реактор нового типа, который является интерфейсом времяпролетного масс-спектрометра и позволяет индуцировать селективную фрагментацию ионов в режиме непрерывного тока ионов.

3. Экспериментально продемонстрированы возможности метода для исследования кинетики реакций фрагментации сложных органических ионов; установлены каналы и определены энергии активации этих реакций.

4. Реализована методика измерения подвижности ионов при селективном возбуждении их вращательного движения в газонаполненном RF-квадруполе. Получены зависимости подвижности ряда ионов от их средней кинетической энергии дрейфового движения.

Научно - практическая ценность. Разработанный метод позволяет исследовать процессы фрагментации сложных ионов для получения информации об их структуре. Селективность активации исходных ионов и высокая эффективность регистрации первичных ионов-фрагментов в широком диапазоне m/z при подавлении вторичной фрагментации обеспечивают адекватное описание превращений исследуемых ионов. Контролируемое варьирование температуры исходных ионов при неизменном времени реакции позволяет определять кинетические параметры этих реакций.

Методика измерения подвижности ионов при селективном возбуждении их вращательного движения в газонаполненном RF-квадруполе позволяет исследовать изменение подвижности ионов при вариации их средней кинетической энергии дрейфового движения до величины, при которой в масс-спектре появляются продукты фрагментации. Такие измерения существенно уточняют определение кинетических параметров реакции фрагментации и дают информацию о пространственной структуре исследуемых ионов.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на 7-ми международных конференциях (48th ASMS Conference on Mass Spectrometry, Long Beath (USA), 2000; 15th International Mass Spectrometry Conference, Barcelona (Spain), 2000; 49th ASMS Conference on Mass Spectrometry, Chicago (USA), 2001; 50th ASMS Conference on Mass Spectrometry, Orlando (USA), 2002; 51" ASMS Conference on Mass Spectrometry, Montreal (Canada), 2003; 10<h International Conference "Desorption", Санкт-Петербург, 2004; 2-й международный семинар-школа "Масс-спектрометрия в химической физике, биофизике и экологии", Москва, 2004) и 1-ой всероссийской конференции (школа-семинар "Масс-спектрометрия в химической физике, биофизике и экологии", Звенигород, 2002).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 научных работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 131 странице, содержит 51 рисунок, 2 таблицы, список цитируемой литературы (130 наименований).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации и сформулирована цель исследования.

В первой главе приведен обзор литературы, посвященной селективной фрагментации ионов при их резонансном возбуждении в газонаполненном линейном RF-квадруполе. Техника такого возбуждения основана на фокусирующем действии на ионы радиочастотного электрического поля. Это явление в своем общем виде было описано в [2].

Резонансное «дипольное» возбуждение исследуемых ионов в RF-квадруполе, когда дополнительное синусоидальное напряжение с определенной частотой подается на одну пару противоположных стержней квадруполя, применялось в 2-D ионной ловушке, соединенной с линейным О-ВПМС [3,4]. Авторам удалось увеличить селективность возбуждения однозарядных ионов резерпина ([R+H]+, m/z=609) с 60 до -1000 путем уменьшения давления азота в RF-квадруполе (с 7 мтор до < 0.05 мтор). При этом, однако, длительность полного цикла селективной фрагментации возросла с 20 мсек до нескольких секунд. Эффективность регистрации ионов-фрагментов (соотношение между количеством зарегистрированных ионов-фрагментов и убылью исходных ионов в результате реакции фрагментации) не превышала 50%.

Резонансное квадрупольное возбуждение ионов (дополнительное синусоидальное напряжение подается на все стержни RF-квадруполя) использовалось для индуцирования селективной фрагментации исследуемых ионов в RF-квадруполе в режиме непрерывного тока ионов [5,6]. В [5] для этой цели использовался RF-квадруполь, являющийся интерфейсом О-ВПМС, с давлением буферного газа (азот) —100 мтор. Была продемонстрирована

возможность проведения МБ3 измерений при подаче двух дополнительных синусоидальных напряжений с различными частотами. Селективность возбуждения, однако, была невысока (-10). В [6] авторы использовали резонансное квадрупольное возбуждение ионов в ячейке столкновений тандемного масс-спектрометра ОцТОР при давлении азота ~ 8 мтор. Селективность возбуждения для ионов [Я+Н]+ составила величину ~ 70. Эффективность регистрации ионов-фрагментов не превышала 75 %.

Резонансное индуцирование вращения исследуемых ионов вокруг оси газонаполненного ЯР-квадруполя является дополнительной возможностью для их активации в столкновениях с молекулами газа, приводящей к фрагментации ионов. Средняя кинетическая энергия ионов, которая и определяет степень их «разогрева» в столкновениях с молекулами газа, в случае резонансного вращательного возбуждения в два раза выше, чем при «дипольном» и квадрупольном резонансных возбуждениях, при одинаковых максимальных отклонениях ионов от оси квадруполя и при одинаковой величине эффективного потенциала. Для того, чтобы достичь той же средней кинетической энергии ионов в случае «дипольного» или квадрупольного возбуждения, необходимо либо увеличивать амплитуду колебательного движения ионов, что может привести к потерям, как исходных ионов, так и ионов-фрагментов, либо увеличивать эффективный потенциал, что приводит к увеличению параметра Матье, попаданию легких ионов-фрагментов в зону нестабильности и их потерям в квадруполе. Таким образом, при вращательном возбуждении следует ожидать более высокой эффективности регистрации ионов-фрагментов.

Во второй главе проведен теоретический анализ движения ионов в Ю7-квадруполе с газом в случае дополнительного вращающего электрического поля.

Упрощенный анализ движения иона был выполнен в рамках Ланжевеновской модели взаимодействия ионов с молекулами газа Эта модель предполагает, что рассеяние ионов на молекулах определяется поляризационным взаимодействием иона с молекулой газа (взаимодействие заряда с индуцированным диполем), при этом частота столкновений ионов с молекулами газа, у, не зависит от относительной скорости сталкивающихся частиц [7]. В предположении, что М » т (М - масса иона, т - масса молекулы), усредненное за период радиочастотного (ЯР) напряжения уравнение движения иона в ЯР-квадруполе с разреженным газом (ю№ » 1 /ти) имеет вид [8,9]:

<12г 1 2 а2и2

Ж2 ту Л М2<и^/?о

где р (*) ~ радиус-вектор иона, который описывает усредненное по быстрым осцилляциям движение иона; q - заряд иона; 1!ш. и сощ. - амплитуда и угловая

М

частота ЯР-напряжения; Я0 - вписанный радиус квадруполя; т «- -

и ту

характерное время релаксации скорости иона.

В RF-квадруполе можно создать дополнительное периодическое поле, вызывающее вращательное движение ионов вокруг оси квадруполя, путем приложения к парам противоположных стержней квадруполя синусоидальных напряжений, сдвинутых по фазе на я/2. При этом вращательное движение иона может рассматриваться в среднем как сумма двух ортогональных гармонических колебаний в плоскости (х - у), перпендикулярной оси квадруполя, благодаря квадратичной зависимости эффективного потенциала в квадруполе от гт. Усредненное уравнение движения иона (1) можно записать в данном случае в виде системы уравнений:

d2x 1 dx 2£ulrx__qum

—т" ----1--;—;—г -cos ©„„/

dt2 tv dt M1œ\rRl MR0

и (2)

d2y 1 dy 2q2U2№y _ qUml

-:Г +----;—Z-7 -Sin<y„,i >

dt2 tv dt M <orfR* MR0

где Ura, и 0)ral - амплитуда и угловая частота вращающего напряжения. Решение этой системы уравнений показывает, что по истечении времени ~2ту, установившееся движение иона в RF-квадруполе с газом с дополнительным вращающим полем представляет собой вращение вокруг оси квадруполя с частотой а>го, по окружности радиуса гго1:

яип

rot /

MRp_. (3)

2?2f/- -а,*42

M corfR0

Установившееся вращение иона имеет резонансный характер, т.е. для резонансной частоты вращающего поля

а (при 72-1^-» — ) (4)

Ма№ЯI МтюЕ* 2г„

резонансный радиус вращения максимален и равен

Яиго,ту

Ma>KSRü

(5)

Кинетическая энергия вращения иона в условиях резонанса равна: М<о1/1 _Ч21]\Рг2к

цг = res res _ Ч RF res

2 MRfcl '

а ширина резонансной кривой для кинетической энергии вращения определяется выражением:

Асо = ]/

(7)

Средняя кинетическая энергия движения иона в газонаполненном ЯР-квадруполе с дополнительным вращающим полем будет складываться из кинетической энергии вращения иона и средней кинетической энергии быстрых осцилляций иона в Ш7-поле. Показано [10], что средняя кинетическая энергия движения иона в условиях резонанса определяется выражением:

(8)

В случае вращательного возбуждения средняя кинетическая энергия иона в 2 раза выше, чем при «дипольном» или квадрупольном возбуждении, при одинаковом максимальном отклонении иона от оси квадруполя.

В третьей главе приведены результаты компьютерного моделирования движения ионов в радиочастотном квадруполе с газом в случае дополнительного вращающего электрического поля.

Программа, разработанная д.ф.-м.н. В.В.Резниковым и к.ф.-м.н. М.О.Разниковой [10], позволяет моделировать движение ионов как в электрических полях, задаваемых аналитически, так и в электрических полях, вычисленных с помощью стандартной программы 81М1(Ж 6.0.

"53.4 кГц (53.2 кГц) <*У№>-14М0К<1ЭМ0К) ауш 2л кгц(22 кгц)

Рис.1. Расчетные резонансные кривые и резонансные кривые, полученные в результате моделирования (электрические поля: (а) - заданы аналитически, (Ь) - вычислены с помощью 81МКЖ 6.0).

Столкновения ионов с молекулами газа моделировались методом Монте-Карло на основе Ланжевеновской модели взаимодействия. На рис.1 представлены результаты моделирования и результаты расчетов с помощью аналитических выражений. Все важные параметры резонансных кривых, полученных при моделировании, такие как: резонансная частота вращательного возбуждения,

амплитуда и ширина резонансной кривой близки к параметрам, полученным аналитически (указаны в скобках на рис. 1) Средняя кинетическая энергия ионов в условиях резонанса с хорошей точностью совпадает с удвоенной величиной средней кинетической энергии быстрых осцилляций ионов.

Программа позволяет также моделировать столкновения ионов с молекулами газа на основе комбинированной модели, включающей Ланжевеновскую модель при малых относительных скоростях иона и молекулы и модель твердых сфер при больших скоростях. Резонансные частоты вращательного возбуждения, полученные в результате такого моделирования совпадают с аналитическими с хорошей точностью Средние кинетические энергии ионов в условиях резонанса и в этом случае в два раза выше средних кинетических энергий быстрых осцилляций ионов.

В четвертой главе дается описание экспериментальной установки и приведены результаты экспериментального тестирования разрабатываемого метода для исследования процессов фрагментации различных органических ионов.

Базовым прибором для разрабатываемого метода явлется О-ВПМС высокого разрешения, созданный при участии автора сотрудниками ФИНЭПХФ РАН совместно с группой проф Г.Вольника (Второй Физический Институт Гиссенского университета, Германия). Конструкция и рабочие характеристики данного масс-спектрометра подробно описаны ранее [9,11].

Интерфейс между ESI ионным источником и времяпролетным масс-анализатором содержит две ступени «дифференциальной» откачки. Во второй ступени расположен молекулярно-ионный реактор (МИР-2), на котором реализовывался новый метод селективного возбуждения ионов (рис.2).

Рюмстивно-емкостной делитель

A U

Ионы из ESI.....у.........., . ... i /7"

дммшашшМ

Р = 10'4тор

Рис.2. Блок-схема установки с молекулярно-ионным реактором (МИР-2).

МИР-2 представляет из себя сегментированный КР-квадруполъ, стержни которого набраны из металлических колечек. Длина квадруполя - 170 мм, вписанный радиус - (3.63 ± 0.03) мм Схема электрического питания МИР-2, включающая в себя резистивно-емкостной делитель, обеспечивает подачу на колечки стержней одинакового переменного напряжения и равномерно распределенного постоянного потенциала для создания вдоль оси квадруполя постоянного продольного электрического поля. МИР-2 состоит из двух частей длиной 124 мм и 46 мм, на которые подаются переменные напряжения разного типа На первую часть подается фокусирующее ИТ-напряжение в квадрупольной моде, а также может быть подано переменное вращающее напряжение, активирующее вращение ионов вокруг оси квадруполя. На вторую часть МИР-2 вращающее напряжение не подается, эта область используется для столкновительной фокусировки ионов перед скиммером-2.

С помощью нового метода селективной активации ионов были исследованы процессы фрагментации сложных органических ионов: двухзарядных протонированных ионов грамицидина С ([М+2Н]2+, М=С60НиЙ1201о), двухзарядных ионов трехядерного меташюорганического комплекса ([Ре3ОЬ3+Н]2+, ЬК^ОвНцК), однозарядных ионов 9-(4-азидофенил) И-метилакридиния ([А]+, А=С2оН15Ы4).

При экспериментальных условиях, указанных на рис.3, регистрировалась серия масс-спектров раствора грамицидина С в СН3СЫ (2-10"5 М) при изменении частоты вращающего напряжения, уго1.

ОГК. ИНТ.

(М*2Н)* рм » 12 шор 671.360 V« 1.754 «Гц а

1,0 0,8 0,6-0А

и^* 300 В и^» 0.42 В

V. = 70.0 кГц (МЖ)* ¿У» 0.4 В 1141.712

400 600 800 юоо т/г

1,0 03 0,6 0,4

оа 0,0 ^

(ИН.»*!)1"

(М+2Н)**+(М2«Н)'

......... ■■ ■ ■'■' ........ • ................

600 800 1000 т/г

' I *

мдич^ I НМЛ. (МЖ)

ь

200

400

Рис.3. Масс-спектры раствора грамицидина С в условиях вращательного возбуждения: (а) - вне резонанса, (Ь) - при уго, = 72 кГц, близкой к резонансной частоте для двухзарядного иона грамицидина [М+2Н]2+.

При vrot - 70 кГц в спектре присутствуют только двухзарядный ([М+2Н]2+, т/г = 571 360) и однозарядный ([М+Н]+, m/z =1141.712) протежированные ионы грамицидина (рис. За). При vrot = 72 кГц в масс-спектре наблюдается резкое уменьшение количества ионов [М+2Н]2+ и появление различных ионов, являющихся продуктами их фрагментации (рис ЗЬ) Резонансные кривые (зависимости числа ионов в масс-спектре от vro,) демонстрируют соответствие между исчезновением исходных ионов [M+2H]Í+ и появлением ионов-фрагментов (рис 4) На основании этого соответствия были найдены все ионы-фрагменты в масс-спектре и идентифицированы. Резонансная кривая для суммы ионов-фрагментов показывает полный баланс между убылью исходных ионов [М+2Н]2+ и увеличением количества ионов-фрагментов, т.е. в данном случае наблюдается практически 100%-ная эффективность регистрации ионов-фрагменгов. Реакция фрагментации ионов [М+2Н]2+ многоканальная:

[М+2Н]2+ -> фрагменты, (I)

с преобладанием одного канала фрагментации - отрыв фрагмента [FL] (Фенилаланин - Лейцин), доля этого канала около 60 %.

интенсивность OIK ИНГ. -О— - 0.57 V (-» % фрагментов)

На примере селективной фрагментации ионов [М+2Н]2+ было проведено сравнение между вращательным и «детальным» резонансным возбуждением. В случае «дипольного» возбуждения дополнительное синусоидальное напряжение подавалось только между одной парой противоположных стержней квадруполя. Амплитуда этого напряжения, увеличивалась до достижения той же степени фрагментации исходных ионов [М+2Н]2+ в условиях резонанса, что и в случае вращательного возбуждения (рис.5) Оказалось, что одинаковая степень фрагментации в условиях резонанса достигается, когда отношение иЛр/иго, весьма

т т п п п i* w и m п к п 74 тс

Рис.4. Резонансные кривые для ионов [M+2H]Í+ и ионов-фрагментов.

Рис.5. Резонансные кривые для ионов [М+2Н]2+ в случаях «дипольного» и вращательного резонансных возбуждений.

близко к предсказанному теоретически -<¡2 (выражение (8)). Эффективность регистрации ионов-фрагментов в случае «дипольного» возбуждения составила ~ 80 %, т.е. ~ 20 % ионов-фрагментов были потеряны. Эти потери можно объяснить, оценив максимальное отклонение исходных ионов [M+2H]i+ от оси квадруполя при «дипольном» (~2 6 мм) и вращательном возбуждении (~1.9 мм) и амплитуду быстрых осцилляций исходных ионов [М+2Н]2+ при этих отклонениях (~0 2 мм). У легких ионов-фрагментов с величиной m/z в 3-5 раз меньше, чем у исходных ионов [М+2Н]2+, амплитуда быстрых осцилляций в 3-5 раз больше и вероятность их потерь в квадруполе в случае «дипольного» возбуждения весьма высока.

Аналогичным образом были исследованы процессы фрагментации ионов металлокомплекса [Fe3OL3+H]2+ (m/z = 658.038) и азида [А]+ (m/z = 311.130). На основании анализа резонансных кривых исходных ионов и ионов-фрагментов были установлены схемы реакций фрагментации:

[Fe3OL3+H]2+ -> [FeL]+ + [Fe2OL2+H]+, (П)

[A]+->[A-N2]+ + N2. (Ш)

Резонансные кривые для реакций (П) и (Ш) продемонстрировали полный баланс между убылью исходных ионов и появлением ионов-фрагментов, т.е. эффективность регистрации ионов-фрагментов в этих реакциях близка к 100 %.

Проведенные исследования реакций фрагментации (1-1П) при селективном вращательном возбуждении исходных ионов позволили сделать выводы о возможностях нового метода:

1. Исходные ионы и продукты их фрагментации эффективно транспортируются во времяпролетный масс-спектрометр и идентифицируются с высокой точностью, что значительно упрощает анализ процессов фрагментации.

2. Первичные ионы-продукты, имеющие величину m/z отличную от исходных ионов, быстро теряют избыточную энергию Результатом является информативный спектр первичных фрагментов.

3 Наблюдается хорошее согласие между экспериментальными результатами по

резонансному возбуждению ионов и теоретическим описанием. 4. Возможность независимого изменения времени пребывания ионов в реакторе и их температуры позволяет, в принципе, исследовать кинетику реакций фрагментации.

В пятой главе описан аналитический подход к определению кинетических параметров реакций фрагментации исследуемых ионов

В предположении квазистационарного распределения концентрации исходных ионов в квадруполе, записано уравнение непрерывности потока исходных ионов, которое учитывает диффузию этих ионов вдоль оси квадруполя, дрейф в

постоянном продольном электрическом поле и убыль исходных ионов в результате реакции фрагментации:

И,—-~кЕ--1сп = 0. (9)

1 сЬ Лг

где г - расстояние вдоль оси квадруполя, п - концентрация исходных ионов, Е - напряженность постоянного продольного электрического поля в квадруполе, £>г - коэффициент диффузии ионов в буферном газе вдоль оси квадруполя, к - константа скорости мономолекулярного распада исследуемых ионов, к-подвижность этих ионов.

Решая уравнение (9) и учитывая, что экспериментально измеряемой величиной является отношение концентрации ионов на выходе из области реакции п(Ь]) к исходной концентрации п(0), п/п0, можно записать выражение для константы скорости мономолекулярного распада ионов в виде:

{^У , (10)

4Д

к =

где Ьг - длина той части сегментированного квадруполя, в которой происходит реакция (рис.2). Для определения константы скорости распада необходимо знать величину коэффициента диффузии ионов в буферном газе вдоль оси квадруполя. В сегментированном радиочастотном квадруполе с буферным газом при наличии дополнительного вращающего поля ион движется по сложной траектории под действием электрического поля, являющегося суперпозицией постоянного и переменных электрических полей. Коэффициент диффузии ионов вдоль оси квадруполя (продольное направление) при их дрейфе в газе в электрическом поле пропорционален подвижности (уравнение Эйнштейна) и зависит от среднего значения поступательной энергии ионов в продольном направлении [12]'

л (п)

ч

где кв - константа Больцмана, Тг - продольная температура ионов, движущихся в электрическом поле, являющимся суперпозицией трех электрических полей: переменного радиочастотного, переменного вращающего и постоянного продольного. Используя выражения для продольной и поперечной температуры ионов, движущихся в электрическом поле в газе [12], выражение для продольной температуры ионов в случае вращательного возбуждения можно записать в виде-

т =т , гп | 2тпЩ (12)

М Ъкв Ъкв

где т - масса молекулы буферного газа, М - масса иона, к - подвижность ионов,

Т - температура буферного газа, (^к,„)го1 - средняя кинетическая энергия

движения ионов в суммарном переменном электрическом поле. Второй член этого выражения дает вклад в продольную температуру от движения ионов в суммарном

переменном электрическом поле, совершаемом в плоскости, перпендикулярной оси квадруполя. Третий член определяет вклад в продольную температуру ионов от их движения в постоянном продольном электрическом поле.

Подставив в формулу для средней кинетической энергии движения иона в радиочастотном квадруполе с газом в случае резонансного вращательного возбуждения (выражение (8)) выражения для сога (4) и доя гП1 (5) и принимая во внимание соотношение (справедливое в случае Ланжевеновского типа взаимодействия между ионом и молекулой газа)

<13)

получим измененную формулу для ) (:

{Шип)го=М{киго11К^, (14)

где иго, и Я0 - амплитуда вращательного возбуждения и внутренний радиус квадруполя, соответственно.

В работах [1,9] получено выражение для внутренней температуры иона, движущегося в газе под действием электрического поля

Т =Т | т (15)

М се

где С% - теплоемкость молекул буферного газа и (^ы)^/ " полная средняя

кинетическая энергия дрейфового движения иона, которая в случае вращательного возбуждения может бьггь записана в виде:

Л)- - ЛЬ ^-»-{Ы (16)

где Ли - падение постоянного напряжения вдоль квадруполя и Ь<> - полная его длина.

Таким образом, зная подвижность к исследуемых ионов в условиях кинетического эксперимента, можно определять константы скорости мономолекулярного распада этих ионов (выражение (10)) при изменении их внутренней температуры (выражение (15)).

В шестой главе описана методика измерения подвижности исследуемых ионов при их движении в МИР-2 и получены экспериментальные зависимости подвижности различных органических ионов от их средней кинетической энергии При движении ионов в постоянном электрическом поле в газе подвижность есть коэффициент пропорциональности между установившейся дрейфовой скоростью ионов и напряженностью электрического поля:

М> = кЕ. (17)

В случае Ланжевеновского типа взаимодействия, когда частота столкновений иона с молекулами газа не зависит от относительной скорости сталкивающихся частиц, подвижность ионов не зависит от скорости дрейфа (выражение (13)). Однако в реальных условиях появляется зависимость подвижности ионов от их дрейфовой скорости (или от средней кинетической энергии дрейфового движения ионов), которую необходимо учитывать при определении кинетических параметров реакций фрагментации. Впервые способ измерения подвижности ионов в сегментированном КР-квадруполе был продемонстрирован на тандемном квадрупольном масс-спектрометре [13].

Была разработана и реализована методика измерения подвижности ионов при их дрейфе в МИР-2 (рис.6).

Изменяемая временная задержка иеащу открывающим и сканирующим импульсами

Выталщватциа импульсы О-ВПМС, "пакт" иоиов

Рис.6. Блок-схема установки для измерения подвижности ионов в МИР-2.

На скиммер, находящийся изначально в «запертом» состоянии, подавался открывающий импульс длительностью 100 мкс и «пакет» ионов вводился в квадруполь. После дрейфа в квадруполе «пакет» ионов попадал в ортогональный времяпролетный масс-анализатор; при варьировании времени задержки, между инжекцией ионов в МИР-2 и экстракцией их во время-пролетном масс-анализаторе регистрировалась серия масс-спектров. Таким образом сканировался временной «профиль» дрейфующего ионного «пакета». При построении зависимости количества исследуемых ионов в масс-спектрах от времени задержки получался дрейф-спектр исследуемых ионов.

На рис.7 представлены дрейф-спектры двухзарядных ионов грамицидина С [М+2Н]2+, полученные для различных величин падения постоянного напряжения вдоль МИР-2, Ли.

интенсивность 4к

рн = 23.8 мтор и'№-450 В 1^=1.75 МГц ¿К/»150 В иг* 100 мксек

4У-1ЛУ ли»2.4У лу» 3.2 v 40-4 v

4/-МУ

Аи*9ЛЧ

Семеек

Рис.7. Дрейф-спектры ионов [М+2Н] при различных величинах Л£/.

Из дрейф-спектров определялось среднее время движения ионов [М+2Н]2+ от скиммера до середины накопителя масс-анализатора, ¿ау («центр тяжести» дрейф-спектра), которое в случае дрейфа ионов в постоянном продольном электрическом поле в МИР-2 может быть представлено в виде:

= / +Ь- = !

' 0 кЕ 0

й 1

(18)

*: Ш

где 10 - время движения ионов [М+2Н]2+ вне МИР-2, Ь0 - длина МИР-2, к - подвижность ионов, Е - напряженность постоянного продольного электрического поля в реакторе. Из полученной линейной зависимости от (Л1Г)'1 была определена величина Г„ и рассчитаны значения подвижности ионов [М+2Н]2+ при различных величинах Ли Полученная зависимость демонстрирует тенденцию к уменьшению подвижности ионов [М+2Н]2+ при увеличении их дрейфовой скорости (рис.8).

Для расчета константы скорости реакции фрагментации и оценки внутренней температуры ионов необходимо знать подвижность ионов в условиях реакции, т.е при достаточно высоких величинах напряженности электрического поля в реакторе. Учитывая то, что подвижность ионов [М+2Н]2+ слабо меняется при изменении АП от 2 до 8 В, были получены серии дрейф-спектров ионов [М+2Н]2+ при различных амплитудах вращающего напряжения, 11го,. Среднее время движения ионов в случае вращающего поля в реакторе можно записать в виде следующего выражения:

А

к.Е кЕ 0

+А,

1

А U'

(19)

где L, - длина часта МИР-2 с вращающим полем, Ъ2 - длина части МИР-2 без вращающего поля, к- - подвижность ионов при наличии вращающего поля. Из полученных линейных зависимостей tm от (AU)"' были определены подвижности ионов [М+2Н]2+ при изменении величины Uroh которая металась до «порогового» значения, при котором в масс-спектре появлялись ионы-фрагменты (рис.8).

к, mVW

«

4.1 4.0

М УА V

м

ЗА

6« щршт. паля с щрлщ- полем

(«23.6 мгор

1.75 МГц Л/»180 В ^»108.8 кГц Г =290 К

<00

1400

К* (F«1OLJ»Hf (mtt - М*Л4) In Ar, р^" 21.1 кто»)

(«и » Mi.«) m Ar, />„-»,» чтец)

- [af kl H, pr ■ ».» mo»)

- [M»2Hf (mft - Itt-ät) In Kr, p„, » И.1 тор) • 234 шор)

Рис.8. Зависимости подвижности ионов [М+2Н]2+ от игау в случае только постоянного продольного поля в МИР-2 и при наличии вращающего поля.

Рис.9. Зависимости подвижности различных ионов в азоте и аргоне ortw

Зависимости подвижности ионов [М+2Н]2+ от относительного движения ионов и молекул газа:

, Г г „ /М

Ч» = 1<

среднеквадратичной скорости

■>L>+<»L,>t

+зм>

Уг

(20)

как в случае только постоянного продольного электрического поля в МИР-2, так и при наличии вращающего поля, неплохо стыкуются с друг с другом (рис.8). Это свидетельствует об адекватности измерений подвижности ионов [М+2Н]2+ в том и другом случае.

Зависимости подвижностей ионов [М+2Н]2+, [Ре3ОЬ3+Н]2+ и [А]+ от и,„у в азоте и аргоне (рис.9) были получены при увеличении амплитуды вращающего напряжения до величин, при которых в масс-спектре появлялись продукта фрагментации исследуемых ионов. Подвижность ионов азида [А]+ остается постоянной величиной при увеличении средней кинетической энергии ионов. Можно предположить, что характер взаимодействия ионов [А]+ с молекулами (атомами) газа хорошо описывается Ланжевеновской моделью взаимодействия. Подвижность ионов [М+2Н]2+ и [Ре3ОЬ3+Н]2+ ощутимо падает с увеличением

средней кинетической энергии ионов. Это падение подвижности можно объяснить увеличением вклада в сечение столкновения ионов с молекулами газа постоянной составляющей, определяемой геометрией иона

В седьмой главе приводятся экспериментальные результаты по исследованию кинетики реакций фрагментации различных газофазных ионов, полученные при использовании разработанного метода.

Предложенный подход для определения кинетических параметров реакций фрагментации (глава 5) был протестирован на примере реакции диссоциации комплексного иона Сз+*Н20:

Константы скорости реакции (IV) определялись из измерений относительного уменьшения числа исходных комплексных ионов Сз+*Н20 в масс-спектре вследствие реакции (п/п0). С помощью О-ВПМС регистрировалась серия масс-спектров, соответствующих различному времени пребывания ионов Сз+*Н20 в области резонансного вращательного возбуждения (РВВ), но при неизменной амплитуде вращающего поля, иго,. Время пребывания варьировалось посредством изменения падения постоянного напряжения вдоль квадруполя, А15. Для каждой величины Ли регистрировалась пара масс-спектров: первый спектр регистрировался без РВВ, второй - при включенном РВВ (рис. 10).

Сз+«Н20 -> Сз+ + Н20.

(IV)

интенсивность 1000

безРРВ ¿и ■ 0.44 В Ся* рж - (26 ± 2) кгтор 132.911 ^-296 К

а

500

[с»+н2оГ

160.922

пУг

о

126 130 136 140 146 160 166 160

1000

С»* РРВ включено 132.911 у„я 216 кГц

1^=0.158 [С«+Н2ОГ

¿£1=0.44 В 160.922

Ь

600

о

пъ

126 130 136 140 146 160 166 160

Рис.10 Пример пары масс-спектров, полученных при исследовании кинетики реакции диссоциации комплексного иона Сз+«Н20: (а) - спектр зарегистрирован в отсутствии РВВ, (Ь) - спектр зарегистрирован при включенном РВВ

Такой режим регистрации масс-спектров осуществлялся автоматически из программы регистрации и позволял уменьшить возможное влияние нестабильности ионного тока на экспериментальные данные Измеренные отношения п/п0 использовались для расчета констант скорости реакции (IV) (выражение (10)) при различном времени пребывания ионов Сз+*Н20 в области РВВ и различных величинах 17гоь определяющих внутреннюю температуру ионов Сз+»Н20 (выражение (15)) (рис.11).

Предполагая, что изменение константы скорости реакции (IV) при вариации внутренней температуры ионов Сз+*П20 описывается Аррениусовской зависимостью, были определены энергия активации, Е„, и предэкспоненциальный фактор,/! (рис.12).

аоо ТОО

к, сш*

Р>»<И±2)МП>Р А и Г«»6К

(/„•0.1 V а «Ш»0.11У ♦ иы*».иы а и^-амы

А (/^»О.МУ л ия-о.15У V «/„-«.МУ 7 «„«0.174 (МО-460) К

^»»»»»»»ттттТ»"«"»»»»»** %*»1>тт

дддДЛДДллЛдДд4ДДдЛДйЛ4ДД ЛдА^А 414»11»» »»АЙМ1*!4»"

О 6ОоОоо^ооооОоооооо°воа0сО£>оо

\пк

Г - <360-460) к

е-<а40±а0б)эв

м М *А V V* V*

Рис. 11. Серии констант скорости реакции (IV) для различных величин ип1.

Рис. 12. Аррениусовская зависимость для реакции (IV).

Полученное значение Еа = (0.40 ± 0.05) эВ находится в неплохом согласии с данными по энтальпии кластеризации ионов Св+ в реакции Сз++Н20 о Сз+*Н20 (-АН = (0.52 ± 0.04) эВ [14] и -АН = 0.58 эВ [15]). Полученная величина предэкспоненциального фактора на порядок выше средней частоты столкновений комплексных ионов Сз^НгО с молекулами азота.

В таблице 1 приведены результаты исследований кинетики реакций фрагментации ионов [М+2Н]2+, [Ре3ОЬ3+Н]2+ и [А]+. Характер этих реакций был подробно рассмотрен в главе 4 (реакции (1-Ш)). Полученная величина энергии активации для реакции фрагментации ионов [Ре3ОЬ3+Н]2+ близка к оценочной величине энергии связи Ре - О (~ 1 эВ) в би- и тетраядерных комплексах железа со сходными лигандами. Величина энергии активации реакции фрагментации ионов азида [А]+ ниже величин энергии отрыва молекулы N2, полученных для некоторых ароматических азидов с помощью молекулярного моделирования (1.3+1.7 эВ). Величины предэкспоненциальных факторов на 2-3 порядка выше средних частот столкновений исходных ионов с молекулами (атомами) буферного газа.

Таблица 1 Энергии активации, Еа, предэкспоненциальные факторы, А, и средние частоты столкновений, v, для реакций (1-Ш)

[М+2Н]2+ -> [Fe3OL3+H]2+ -> [А]+-> buffer

фрагменты [FeL]+ + [Fe2OL2+H]+ [A-N2]+ + N2 gas

£а, eV (1.45Ю.15) (1.17Ю.07) (0.91±0.05)

1&4 (8.9±0.6) (8.3+0.4) (7.7±0.3) N2

lgv 6.0 5.9 5.9

Я., eV (1.54±0.07) (0.97±0.05)

1&4 (9.3±0.3) (8.0±0.3) Ar

lgv 6.2 6.1

Новый метод селективной фрагментации ионов оказался очень эффективным при исследовании реакций фрагментации комплексов металлов: W(N2)2(DPPE)2, Mo(N2)2(DPPE)2, W(CO)2(DPPE)2 (DPPE = (СбНз^РСНгСНгРССЛзУ). Анализ масс-спектров растворов этих соединений в тетрагидрофуране (10 М) позволил идентифицировать зарегистрированные ионы как катион радикалы исходных комплексов: [W(N2)2(DPPE)2]+ (m/z = 1036.234), [Mo(N2)2(DPPE)2i+ (m/z = 950.189), [W(CO)2(DPPE)2]+ (m/z = 1036.212). При резонансном вращательном возбуждении ионов [W(N2)2(DPPE)2]+ и [Mo(N2HDPPE)2]+ в масс-спектрах фрагментов появлялись только ионы без двух диазотных лигандов: [W(DPPE)2]+ и [Mo(DPPE)2]+ Ионы [W(N2XDPPE)2]+ и [Mo(N2XDPPE)2]+, образующиеся при отрыве одной молекулы N2, в масс-спек1рах фрагментов отсутствовали. Анализ резонансных кривых исходных катион радикалов и ионов-фрагментов позволил окончательно установить схемы реакций фрагментации:

[W(N2)2(DPPE)2]+ [W(DPPE)2]+ + 2N2, (V)

[Mo(N2)2(DPPE)2]+ [МфРРЕ),]* + 2N2, (VI)

т.е. было показано, что эти реакции идут с одновременным отрывом двух диазотных лигандов.

В масс-спектре фрагментов реакции фрагментации ионов [W(CO)2(DPPE)2]+ присутствовали, в основном, ионы [W(COXDPPE)2]+:

[WfCOMDPPE^f -> [W(COXDPPE)2]+ + CO. (VH)

Ионы [W(DPPE)2]+, образующиеся при отрыве двух молекул СО, появлялись в масс-спектре только в самых «жестких» условиях реакции фрагментации

(максимальная температура исходных ионов fW(CO)2(DPPE)2]+ и их максимальное время пребывания в зоне реакции); доля этого канала реакции при таких условиях составляла менее 1%.

В таблице 2 представлены результаты исследований кинетики реакций фрагментации (V) - (VII).

Таблица 2. Энергии активации, Еа, предэкспоненциальные факторы, А, и средние частоты столкновений, ц для реакций (У-УН).

[W(N2)2(DPPE)2]+, m/z=1036.234 (V) [Mo(N2)2(DPPE)2]+, m/z=950.189 (VI) [W(CO)2(DPPE)2]+, »»/2=1036.212 (VII)

Ет эВ (0.37±0.02) (0.27±0.02) (1.20±0.09)

1&4 (6.2±0.2) (5.9±0.3) (6.1±0.3)

lgv 5.8 5.7 5.8

Полученная величина энергии активации реакции отрыва молекулы СО ниже литературных данных по энергии связи W - СО в соединении W(CO)6 (1.82 эВ) [16]. Предэкспоненциальные факторы реакций фрагментации (V) - (VII) близки к средним частотам столкновений исходных катион радикалов с молекулами азота.

Выводы.

1. Разработан новый метод селективной активации исследуемых ионов в газонаполненном RF-квадруполе посредством резонансного возбуждения вращательного движения этих ионов: проведены теоретический анализ и компьютерное моделирование движения ионов в RF-квадруполе с газом в случае дополнительного вращающего электрического поля.

2. Создан сегментированный RF-квадруполь с дополнительным вращающим электрическим полем - молекулярно-ионный реактор нового типа, который является интерфейсом времяпролетного масс-спектрометра и позволяет индуцировать селективную фрагментацию исследуемых ионов в режиме непрерывного тока ионов.

3. Экспериментально продемонстрированы возможности метода для исследования процессов фрагментации сложных органических ионов. Метод отличают: высокая селективность возбуждения исходных ионов (до 70) при 100 % - ной эффективности регистрации ионов-фрагментов; подавление неконтролируемой фрагментации первичных ионов-продуктов, что обеспечивает адекватное описание процессов фрагментации исходных ионов.

4. На основе разработанного метода реализована методика измерения подвижности ионов в буферном газе, которая позволила исследовать зависимость подвижности различных органических ионов от их средней кинетической энергии. Измерены подвижности исходных ионов в экспериментальных условиях, близких к условиям кинетического эксперимента, что позволило уточнить определение кинетических параметров реакций фрагментации.

5. Продемонстрированы возможности метода для исследования кинетики реакций фрагментации ионов: достаточно простая процедура идентификации каналов реакций и определения соотношения между ними; возможность вариации температуры исходных ионов при постоянном времени реакции (и наоборот). Проведены исследования кинетики реакций фрагментации различных органических ионов, получены величины энергии активации этих реакций.

Литература.

1. A.F.Dodonov, V.I.Kozlovski, A.V.Loboda, V.V.Raznikov, I.V.Sulimenkov, A.V.Tolmachev, A.Kraft, H.Wollnik, "A New Technique for Decomposition of Selected Ions in Molecule Ion Reactor Coupled with Ortho-Time-of-flight Mass Spectrometry", Rapid Commun. Mass Spec from. II, 1649-1656(1997).

2. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц, Механика, Наука, Москва, 1965, С. 119-121.

3. J.M.Campbell, B.A.Colligs and D.J.Douglas, " A New Linear Ion Trap Time-offlight System with Tandem Mass Spectrometry Capabilities", RCM, 12, 1463-1474 (1998).

4. B.A.Collings, W.R.Stott, and F.A.Londry, "Resonant Excitation in Low-Pressure Linear Ion Trap", J. Am. Soc. Mass Specrtom., 14,622-634 (2003).

5. A.Loboda, A.Krutchinsky, V.Spicer, W.Ens, K.Standing, "Selective collision induced dissociation of the ions in an RF-only quadrupole operating at elevated pressure", Proceedings of 46,h ASMS Conference Mass Spectrometry and Allied Topics, Orlando (USA), 1998, P. 37.

6. Lisa M. Cousins and Bruce A. Thomson, "MS3 using the collision cell of a tandem mass spectrometer system", RCM, 16,1023-1034 (2002).

7. И.Мак-Даниэль, Процессы столкновений в ионизированных газах, Мир, Москва, 1967, С. 39-42.

8. A.V.Tolmachev, I.V.Chernushevich, A.F.Dodonov, K.G.Standing, "A collisional focusing ion guide for coupling an atmospheric pressure ion source to a mass spectrometer", Nucl. Instr. and Meth. In Phys. Res. B, 124,112-119 (1997).

9. В.И.Козловский, "Разработка методов исследования экстрагированных из раствора в газовую фазу ионов с помощью время-пролетного масс-спектрометра высокого разрешения, снабженного молекулярно-ионным реактором (МИР) ". Дис. канд. физ.- мат. наук. Филиал Института Энергетических Проблем Химической Физики РАН, Черноголовка, 1999.

10. V.V.Raznikov, I.V.SouIimenkov, V.I.Kozlovski, A.R.Pikhtelev, M.O.Raznikova, T.Horvath, A.A.Kholomeev, Z.Zhou, H.Wollnik, A.F.Dodonov, "Ion rotating motion in gas-filled radio-frequency quadrupole ion guide as a new technique for structural and kinetic investigations of ions". Rapid Commtui. Mass Spectrom. 15, 1912-1921 (2001).

11. A.F.Dodonov, V.I.Kozlovski, I.V.SouIimenkov, V.V.Raznikov, A.V.Loboda, Z.Zhou, T.Horvath, H.Wollnik, "High-resolution electrospray ionization orthogonal-injection time-of-flight mass spectrometer", Eur. J. Mass Spectrom. 6, 481-490 (2000).

12. Б.М.Смирнов, Физика слабо-ионизированного газа (в задачах с решениями), Наука, Москва, 1985, С. 217 - 257.

13. G.Javahery, B.Thomson, "A Segmented Radiofrequency-Only Quadrupole Collision Cell for Measurements of Ion Collision Cross Section on a Triple Quadrupole Mass Spectrometer", J. Am. Soc. Mass Spectrom. 8,697-702 (1997).

14. L.G.McKnight and J.M.Sawina, "Drift Velocities and Interactions of Cs+ Ions with Atmosperic Gases", J. Chem. Phys., 57, 5156-5162 (1972).

15. I.Dzidic and P.Kebarle, "Hydratation of the Alkali Ions in the Gas Phase. Enthalpies and Entropies of Reactions M+(H20)„., + H20 = M+(H20)„", J. Phys. Chem., 74, 1466-1474 (1970).

16. К. Мортимер. Теплоты реакций и прочность связей, Мир, Москва, 1964.

Основные результаты диссертации изложены в следующих публикациях:

1. V.V.Raznikov, I.V.SouIimenkov, V.I.Kozlovski, A.R.Pikhtelev, M.O.Raznikova, T.Horvath, A.A.Kholomeev, Z.Zhou, H.Wollnik, A.F.Dodonov, "Ion rotating motion in gas-filled radio-frequency quadrupole ion guide as a new technique for structural and kinetic investigations of ions", Rapid Commun. Mass Spectrom. 15, 1912-1921 (2001).

2. I.V.SouIimenkov, V.I.Kozlovski, A.R.Pikhtelev, V.V.Raznikov, E.V.Chardakova, A.F.Dodonov, "A new method to study the kinetics of ion decay in a radio frequency quadrupole with resonance rotational excitation", Eur. J. Mass Spectrom. 8,99-105 (2002).

3. И.В.Сулименков, В.И.Козловский, А.Р.Пихтелев, В.С.Брусов, В.В.Разников, А.Ф.Додонов, "Новый метод исследования кинетики реакций распада ионов в газонаполненном радиочастотном квадруполе с резонансным вращательным возбуждением. 1. Принципы и тестирование метода на примере комплексного иона Cs+»H20", Масс-спектрометрия, 2,217-222 (2005).

4. A.F.Dodonov, V.V.Raznikov, V.I.Kozlovski, I.V.SouIimenkov, A.R.Pikhtelev, Z.Zhou, A.A.Kholomeev, T.Horvath, H.Wollnik, "Structural and Kinetic Study of Peptide Ions Using a New Method Rotational Excitation of Ions in a Gas Filled RFQ Coupled to High Resolution ortho-TOF MS", Proceedings of the 48th ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics, Long Beach (USA), 2000, P.1615.

5. I.Soulimenkov, V. Kozlovski, A.Loboda, A.Pikhtelev, A.Dodonov, V.Raznikov, V.Trukhan and A.Steinman, "Study of bi- and tetranuclear Iron Oxo-Complexes using High Resolution ESI O-TOF MS with a Molecule-Ion Reactor (MIR)", Proceedings of the 15th International Mass Spectrometry Conference, Barcelona (Spain), 2000.

6. I.V.Soulimenkov, V.I.Kozlovski, A.R.Pikhtelev, V.V.Raznikov, E.V.Chardakova and A.F.Dodonov, "New method to study the kinetics of ion decay in RFQ with resonance rotating excitation", Proceedings of the 49th ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics, Chicago (USA), 2001.

7. V.Kozlovski, I.Soulimenkov, A.Pikhtelev, V.Raznikov, E.Chardakova, and A.F.Dodonov, "Study of the ion mobility dependence on the ion velocity in a segmented RFQ under various rotating excitation conditions", Proceedings of the 49th ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics, Chicago (USA), 2001.

8. А.Ф.Додонов, И.В.Сулименков, В.И.Козловский, В.В.Разников, А.Р.Пихтелев, Т.Ф.Додонова. Э.В.Шардакова, "Исследование структуры и ионно-молекулярных реакций электроспрейных ионов с использованием Орто-ВПМС высокого разрешения соединенного с молекулярно-ионным реактором на основе сегментированного радиочастотного квадруполя", Материалы школы-семинара «Масс-спектрометрия в химической физике, биофизике и экологии», Звенигород (Россия), 2002, С.53-54.

9. И.В.Сулименков, В.И.Козловский, А.Р.Пихтелев, Э.В.Шардакова,

A.Ф.Додонов, "Метод исследования кинетики реакций распада/превращений электроспрейных ионов в радиочастотном газонаполненном квадруполе являющимся интерфейсом ОРТО-ВПМС высокого разрешения", Материалы школы-семинара «Масс-спектрометрия в химической физике, биофизике и экологии», Звенигород (Россия), 2002, С. 133-134.

10. В.И.Козловский, И.В.Сулименков, А.Р.Пихтелев, Э.В.Шардакова,

B.В.Разников, А.Ф.Додонов, "Метод измерения подвижности и коэффициента диффузии электроспрейных ионов в радиочастотном газонаполненном квадруполе являющимся интерфейсом ОРТО-ВПМС высокого разрешения", Материалы школы-семинара «Масс-спектрометрия в химической физике, биофизике и экологии», Звенигород (Россия), 2002, С. 188-189.

11. А.Р.Пихтелев, Э.В.Шардакова, В.И.Козловский, И.В.Сулименков, А.В.Комин, А.Ф.Додонов, "Программа регистрации времяпролетных масс-спектров высокого разрешения в реальном времени с временным разрешением 0.5 микросекунд для регистрации ионов с накоплением в линейной квадрупольной ловушке", Материалы школы-семинара «Масс-спектрометрия в химической физике, биофизике и экологии», Звенигород (Россия), 2002,

C.210-211.

12. V.I.Kozlovski, I.V.Soulimenkov, A.R.Pikhtelev, E.V.Chardakova, V.V.Raznikov, and A.F.Dodonov, "Investigation of the ion mobility in a segmented RFQ interfaced to the High-resolution Ortho-TOF MS acquireing mass spectra in the real time mode with time resolution up to 0.5 microseconds", Proceedings of the 50я ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics, Orlando (USA), 2003.

13. I.V.Soulimenkov, V.I.Kozlovski, A.R.Pikhtelev, E.V.Chardakova, V.S.Brusov, A.F.Dodonov "Ion mobility and diffusion coefficient measurements in the segmented RFQ interfaced to the high resolution Ortho-TOF MS", Proceedings of the 51" ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics, Montreal (Canada), 2003.

14. I.V.Soulimenkov, V.I. Kozlovski, V.D.Makhaev, A.R.Pikhtelev, V.S.Brusov, A.F.Dodonov, "Study the kinetics of electrosprayed metallocomplex cation-radicals fragmentations under resonance excitation in the segmented gas filled RF-quadrupole with rotating electrical field", Scientific Program and Abstracts of the 10th International Conference "Desorption-2004", Saint-Petersburg (Russia), 2004, P.100.

15. Сулименков И.В., Козловский В.И., Махаев В.Д., Пихтелев А.Р., Брусов B.C., Додонов А.Ф., "Исследование кинетики реакций фрагментации электроспрейных катион-радикалов металлокомплексов при резонансном возбуждении в сегментированном газонаполненном RF-квадруполе с вращающим полем", Материалы 2-го международного семинара-школы «Масс-спектрометрия в химической физике, биофизике и экологии», Звенигород (Россия), 2004, С.206-207.

»"1228

Заказ №719. Объем 1 пл. Тираж 100 экз.

Отпечатано в ООО «Петроруш». г. Москва, ул. Паляха-2а, тел. 250-92-06 www.poetJrtor.ru

Введение.

Глава 1. Литературный обзор.

Глава 2. Приближенное аналитическое описание движения ионов в радиочастотном (Ю7) квадруполе с газом в случае дополнительного вращающего электрического поля.

2.1. Дрейф ионов в газе в случае постоянного электрического поля.

2.2. Движение ионов в газонаполненном КР-квадруполе с дополнительным вращающим полем.

2.3. Выводы.

Глава 3. Моделирование движения ионов в газонаполненном КР-квадруполе с дополнительным вращающим полем.

3.1. Ланжевеновская модель взаимодействия.

3.2. Комбинированная модель взаимодействия.

3.3. Выводы.

Глава 4. Экспериментальная демонстрация возможностей метода.

4.1. Времяпролетный масс-спектрометр.

4.2. Молекулярно-ионный реактор (МИР-2).

4.3. Периферийное оборудование.

4.4. Программа регистрации.

4.5. Экспериментальное тестирование метода.

4.7. Выводы.

Глава 5. Аналитический подход к определению кинетических параметров реакций фрагментации ионов в МИР-2.

Глава 6. Измерение подвижности ионов.

6.1. Измерение подвижности ионов по их уходу на стержни квадруполя.

6.2. Измерение подвижности ионов по времени их дрейфа в МИР-2.

6.3. Выводы.

Глава 7. Исследование кинетики реакций фрагментации ионов в МИР-2.

7.1. Тестирование метода на примере реакции диссоциации комплексных ионов Cs+,H20. щ 7.2. Исследование кинетики реакций фрагментации ионов: грамицидина С ([М+2Н] ), металлоорганического комплекса ([Fe3OL3+H]2+) и 9-(4-азидофенил) N-метилакридиния ([А]+).

7.3. Исследование реакций фрагментации катион-радикалов комплексов [MX(DPPE)2] (М = Mo, W; X = (N2)2, (СО)2, Н4).

7.4. Выводы.

Выводы.

За последние двадцать лет масс-спектрометрия стала одним из наиболее значимых аналитических методов исследования структуры сложных органических ионов и их газофазных реакций. Ранее в высокомолекулярной химии и биологии масс-спектрометры применялись для исследования ограниченного класса молекул, поскольку стабильно работающие ионные источники с электронным ударом предполагали термическое испарение образца в газовую фазу, что оказывалось эффективным только для термоустойчивых, летучих низкомолекулярных соединений. Структурные исследования основывались на изучении продуктов неконтролируемой диссоциации молекулярных ионов, происходящей либо в области ионизации, либо в бесполевом пространстве между ионным источником и масс-анализатором (метастабильные ионы). Появление и развитие методов "мягкой" ионизации, таких как ионизация электрораспылением (ESI) [1-8] и матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация (MALDI) [9-14], а также использование методов тандемной масс-спектрометрии (MS/MS, MSn) [15,16], позволили существенно расширить область применения масс-спектрометрии для исследования структуры и газофазных превращений макроионов, включая квазимолекулярные ионы протеинов, полинуклеотидов, синтетических полимеров, металлоорганических комплексов и т.д.

В этот же период времени произошел резкий подъем в развитии времяпролетных масс-анализаторов, имеющих ряд принципиальных преимуществ перед другими масс-анализаторами: "неограниченный" диапазон масс регистрируемых ионов, высокая скорость регистрации спектров, одновременная регистрация в масс-спектре ионов в широком диапазоне отношения массы к заряду (m/z). Этот подъем объясняется несколькими причинами: увеличением интереса к использованию в массспектрометрии новых методов импульсной ионизации (лазерных, пучковых, радиоактивных); введением рефлектора в конструкцию масс-анализатора, что существенно повысило разрешение прибора [17]; прогрессом в цифровой электронике. Появление же ионных источников типа MALDI привело к настоящему триумфу времяпролетных масс-анализаторов. Действительно, импульсный характер ионизации при MALDI, а также то обстоятельство, что десорбция с плоскости решает проблему "времени разворота" (как поначалу казалось), сделали времяпролетные масс-анализаторы "масс-анализаторами для MALDI".

Ионные источники типа ESI, появившиеся несколько раньше источников MALDI и дающие квазинепрерывный поток ионов, первоначально использовались на магнитных и квадрупольных масс-спектрометрах; применение их в случае времяпролетного масс-спектрометра требовало стробирования ионного пучка, что приводило к катастрофическому падению эффективности использования ионного тока (0.1 % и меньше). Эта проблема была решена изобретением и созданием нового типа времяпролетных масс-спектрометров с ортогональным вводом ионов (О-ВПМС) [18]. Первый О-ВПМС ("рефлектрон") с ионным источником типа ESI, имеющий разрешение ~ 2000 на полувысоте пика, был создан в 1987 году в ФИНЭПХФ РАН (лаборатория проф. А.Ф.Додонова) [19]. Был проведен подробный анализ причин, влияющих на разрешение прибора такого типа, и сделаны теоретические оценки максимально достижимой разрешающей способности [20-22]. В результате сотрудниками ФИНЭПХФ РАН при участии автора в 1998 г. был создан О-ВПМС высокого разрешения, имеющий на тот момент рекордные характеристики для приборов такого класса (рабочее разрешение на полувысоте пика ~ 15000, точность определения величины m/z при внешней калибровке ~ 10'5) [23,24].

При работе с ионным источником типа ESI необходимым элементом масс-спектрометра является газодинамический интерфейс (несколько ступеней дифференциальной откачки), посредством которого ионы транспортируются из области атмосферного давления в масс-анализатор, рабочее давление в котором ~ 10"6 -г 10"8 тор; при этом для повышения чувствительности необходима фокусировка ионов в условиях фоновых давлений ~ 1 4- 10"3 тор. Первоначально радиочастотные (RF) квадруполи в масс-спектрометрии использовались в качестве ячейки столкновений в квадрупольных тандемных масс-спектрометрах [25]. В 1992 г. было обнаружено явление столкновительной фокусировки ионов в RF-квадруполе при повышении давления буферного газа с 1 до 10 мтор [26]. Ионы, движущиеся под действием переменного радиочастотного (RF) поля, нормализуют свою энергию в столкновениях с молекулами буферного газа и фокусируются на оси квадруполя, т.е. фазовый объем ионного пучка уменьшается и распределение ионов по энергии приближается к Максвелл-Больцмановскому, соответствующему температуре буферного газа [27]. Такой способ уменьшения фазового объема оказался перспективным не только для развития квадрупольной тандемной масс-спектрометрии [28], но и для использования RF-квадруполя в интерфейсе времяпролетного масс-спектрометра, поскольку разрешающая способность и чувствительность О-ВПМС напрямую связаны с фазовым объемом ионного пучка [23,29]. После первых удачных применений газонаполненного (несколько десятков мтор) RF-квадруполя для фокусировки и нормализации энергий ионов в О-ВПМС с ионными источниками типа ESI [30,31] и MALDI [32] эти устройства стали использоваться в газодинамическом интерфейсе времяпролетного масс-спектрометра с ортогональным вводом для транспорта и фокусировки ионов и в качестве ячеек столкновений в MS/MS приборах с времяпролетным масс-анализатором [33,34].

Традиционно фокусировка ионов в первой ступени дифференциальной откачки масс-спектрометра осуществлялась постоянным электрическим полем с помощью плоского или конического электрода перед скиммером. Сотрудниками ФИНЭПХФ РАН впервые для фокусировки ионов в первой ступени О-ВПМС был использован сегментированный RF-квадруполь, работающий при давлении буферного газа ~ 1 тор (молекулярно-ионный реактор - МИР) [23,35]. Его конструкция позволила фокусировать ионы RF-полем и двигать их вдоль оси квадруполя контролируемым постоянным продольным полем. Было обнаружено новое явление селективной пороговой активации (в столкновениях с молекулами буферного газа) и фрагментации ионов при приближении к пределу неустойчивости Матье и показана возможность использования такого способа селективной фрагментации для анализа структуры исследуемых ионов [36]; таким образом, использование МИРа в газодинамическом интерфейсе О-ВПМС придавало масс-спектрометру функции тандемного прибора. Сочетание селективной активации исследуемых ионов и их контролируемого времени пребывания в МИРе (времени реакции фрагментации) позволяло, в принципе, использовать этот квадруполь для исследования кинетики реакций фрагментации. Однако, трудность контроля степени «разогрева» исходных ионов в условиях неустойчивого движения и невозможность регистрации ионов-фрагментов с величинами m/z, меньшими, чем у исходного иона ограничивали возможности использования МИРа для исследования кинетики реакций фрагментации. Движение ионов в МИРе под действием продольного электрического поля также (при определенных условиях) приводило к значительному (выше 1000 К) увеличению их внутренней температуры, активируя различные реакции фрагментации, кинетика которых исследовалась [23]. Однако, и в этом случае имели место некоторые ограничения, вызванные "жесткой" связью между временем реакции и степенью «разогрева» исходных ионов (время реакции пропорционально 1/AU, а превышение внутренней температуры исходных ионов над температурой буферного газа пропорционально (ЛЦ)2, где Л1/ - падение напряжения вдоль квадруполя), а также процессами декластеризации ионов, идущими в МИРе, эффективность которых также зависела от величины А и.

Предложенный д.ф.-м.н. В.В.Разниковым и проф. А.Ф.Додоновым способ селективной активации исследуемых ионов в столкновениях с молекулами буферного газа посредством резонансного возбуждения вращательного движения этих ионов в ИР-квадруполе лег в основу нового метода изучения газофазных превращений ионов. Разработанный и реализованный при участии автора и описанный в диссертации метод позволяет исследовать процессы фрагментации сложных ионов для получения информации об их структуре и определять кинетические параметры реакций фрагментации.

Достоинствами данного метода являются:

1. высокая селективность активации исходных ионов;

2. высокая эффективность регистрации первичных ионов-фрагментов в широком диапазоне т/г;

3. подавление вторичной фрагментации ионов-фрагментов;

4. возможность контролируемого изменения внутренней температуры исходных ионов при неизменном времени реакции.

Для реализации данного метода создан уникальный молекулярно-ионный реактор (МИР-2), представляющий собой газонаполненный сегментированный радиочастотный квадруполь с постоянным электрическим полем вдоль оси и дополнительным вращающим электрическим полем. МИР-2 является интерфейсом ортогонального времяпролетного масс-спектрометра высокого разрешения и позволяет исследовать реакции фрагментации в режиме непрерывного тока ионов.

На базе МИР-2 реализована методика измерения подвижности ионов при селективном возбуждении их вращательного движения в газонаполненном ИР-квадруполе. Эта методика позволяет исследовать изменение подвижности ионов при вариации их средней кинетической энергии дрейфового движения. Такие измерения существенно уточняют определение кинетических параметров реакций фрагментации и дают информацию о пространственной структуре исследуемых ионов.

Цель работы:

Разработка нового метода исследования превращений сложных органических ионов при их селективном возбуждении в газонаполненном радиочастотном квадруполе времяпролетного масс-спектрометра. Сюда включались:

Теоретический анализ и компьютерное моделирование движения ионов в сегментированном радиочастотном квадруполе с газом в случае дополнительного переменного электрического вращающего поля для исследования возможностей разрабатываемого метода. Экспериментальное тестирование метода для исследования процессов фрагментации различных ионов при их резонансном вращательном возбуждении в МИР-2.

Разработка подхода к исследованию кинетики реакций фрагментации ионов с использованием МИР-2.

Реализация методики измерения подвижности исследуемых ионов при селективном возбуждении их вращательного движения в МИР-2. Исследование кинетики реакций фрагментации сложных органических ионов.

Диссертационная работа состоит из введения и семи глав.

Выводы

1. Разработан новый метод селективной активации исследуемых ионов в газонаполненном радиочастотном (ЯР) квадруполе посредством резонансного возбуждения вращательного движения этих ионов: проведены теоретический анализ и компьютерное моделирование движения ионов в КР-квадруполе с газом в случае дополнительного вращающего электрического поля.

2. Создан сегментированный ИР-квадруполь с дополнительным вращающим электрическим полем - молекулярно-ионный реактор нового типа, который является интерфейсом времяпролетного масс-спектрометра высокого разрешения и позволяет индуцировать селективную фрагментацию исследуемых ионов в режиме непрерывного тока ионов.

3. Экспериментально продемонстрированы возможности метода для исследования процессов фрагментации сложных органических ионов. Метод отличают: высокая селективность возбуждения исходных ионов (до 70) при 100% - ной эффективности регистрации ионов-фрагментов; отсутствие неконтролируемой фрагментации первичных ионов-продуктов, что обеспечивает адекватное описание процессов фрагментации исходных ионов.

4. На основе разработанного метода реализована методика измерения подвижности ионов в буферном газе, которая позволила исследовать зависимость подвижности различных органических ионов от их средней кинетической энергии. Измерены подвижности исходных ионов в условиях, близких к условиям кинетического эксперимента, что позволило уточнить определение кинетических параметров реакций фрагментации.

5. Продемонстрированы возможности метода для исследования кинетики реакций фрагментации ионов: достаточно простая процедура идентификации каналов реакции и определения соотношения между ними; возможность вариации степени «разогрева» исходных ионов при постоянном времени реакции (и наоборот). Проведены исследования кинетики реакций фрагментации различных органических ионов, получены величины энергии активации этих реакций.

1. М.Л.Александров, Л.Н.Галль, Н.В.Краснов, В.И.Николаев, В.А.Павленко, В.А.Шкуров, "Экстракция ионов из растворов при атмосферном давлении метод масс-спектрометрического анализа биоорганических веществ", Доклады Академии Наук СССР, 277, 379-383 (1984).

2. M.Yamashita, J.B.Fenn, "Electrospray ion source. Another variation on the free-jet theme", J. Phys. Chem., 88, 4451-4459 (1984).

3. M.Yamashita, J.B.Fenn, "Negative ion production with the electrospray source", J. Phys. Chem., 88, 4671-4675 (1984).

4. J.B.Fenn, M.Mann, C.K.Wang, S.F.Wong, C.M.Whitehouse, Science, 246, 64-71 (1989).

5. B.A.Thomson, J.V.Iribarne, P.J.Dziedzic, "Liquid ion evaporation mass spectrometry for the detection of polar and labile molecules", Anal. Chem., 54, 2219-2224 (1981).

6. Michael G. Ikonomou, Arthur T. Blades, and Paul Kebarle, "Electrospray-Ion Spray: A Comparison of Mechanisms and Performance", Anal Chem., 63, 1989-1998 (1991).

7. Paul Kebarle and Liang Tang, "From Ions in Solution to Ions in the Gas Phase. The Mechanism of Electrospray Mass Spectrometry", Anal Chem., 65, 972A-986A (1993).

8. Paul Kebarle and Yeunghaw Ho, "On the Mechanism of Electrospray Mass Spectrometry", in Electrospray Ionization Mass Spectrometry (Ed. Richard B. Cole), John Wiley & Sons, New York, 4-105 (1997).

9. M.Karas, D.Bachmann, U.Bahr, F.Hillenkamp, "Matrix-assisted ultraviolet laser desorption of non-volatile compounds", Int. J. Mass Spectrom. Ion Processes, 78, 53 (1987).

10. M.Karas and F.Hillenkamp, "Laser desorption ionization of proteins with molecular masses exceeding 10.000 daltons", Anal. Chem., 60, 2299-2301 (1988).

11. Victor V. Laiko, Michael A. Baldwin, and Alma L. Burlingame, "Atmospheric Pressure Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry", Anal. Chem., 72, 652-657 (2000).

12. Tandem Mass Spectrometry (Ed. F.M.McLafferty), John Wiley & Sons, New York (1983).

13. K.L.Busch, G.L.Glish and S.A.McLuckey, Mass Spectrometry/Mass Spectrometry: Techniques and Applications of Tandem Mass Spectrometry, VCH, New York (1988).

14. B.И.Каратаев, Б.А.Мамырин, Д.В.Шмикк, "Новый принцип фокусировки ионных пакетов во времяпролетных масс-спектрометрах", Ж. Техн. Физ., 41, 1498-1501 (1971).

15. Пат. 1681340 СССР, А.Ф.Додонов, И.В.Чернушевич, Т.Ф.Додонова, В.В.Разников и В.Л.Тальрозе, "Способ масс-спектрометрического анализа по времени пролета непрерывного пучка ионов", приоритет изобретения: 25.02.1987, регистрация: 22.01.1993.

16. A.F.Dodonov, I.V.Chernushevich, V.V.Laiko, "Time-of-flight mass spectrometer with atmospheric pressure ionization", Ext. Abstr. of 12th Int. Mass Spectrom. Conference, Amsterdam, 1991, P. 153.

17. И.В.Чернушевич, "Разработка, создание и исследование характеристик масс-рефлектрона с ионизацие микропримесей в газах и жидкостях при атмосферном давлении". Дис. канд. физ.- мат. наук. ФИНЭПХФ РАН, Черноголовка, 1992.

18. A.F.Dodonov, I.V.Chernushevich and V.V.Laiko, "Electrospray Ionization on a Reflecting Time-of-Flight Mass Spectrometer", in Time-of-Flight Mass Spectrometry (Ed. Robert J. Cotter), American Chemical Society, Washington, 108-123 (1994).

19. V.V.Laiko and A.F.Dodonov, "Resolution and Spectra-line Shapes in the Reflecting Time-of-flight Mass Spectrometer with Orthogonally Injected Ions", RCM., 8, 720-726 (1994).

20. A.F.Dodonov, V.I.Kozlovski, I.V.Soulimenkov, V.V.Raznikov, A.V.Loboda, Z.Zhou, T.Horvath, H.Wollnik, "High-resolution electrospray ionization orthogonal-injection time-of-flight mass spectrometer", Eur. J. Mass Spectrom. 6, 481-490 (2000).

21. R.A.Yost, R.K.Boyd, Methods Enzymol., 193, 154 (1990).

22. D.J.Douglas, J.B.French, "Collisional Focusing Effets in Radio Frequncy Quadrupoles", J. Am. Soc. Mass Spectrom., 3, 398-408 (1992).

23. A.V.Tolmachev, I.V.Chernushevich, A.F.Dodonov, K.G.Standing, "A collisional focusing ion guide for coupling an atmospheric pressure ionsource to a mass spectrometer", Nucl. Instr. and Meth. In Phys. Res. B, 124, 112-119(1997).

24. Bruce A. Thomson, D.J.Douglas, Jay J. Corr, James W. Hager, and Charles L.Jolliffe, "Improved Collisionally Activated Dissociation Efficiency and Mass Resolution on a Triple Quadrupole Mass Spectrometer", Anal. Chem., 67, 1696-1704(1995).

25. Ronald Stein, "On time focusing and phase space dynamics in time-of-flight mass spectrometer design", Int. J. of Mass Spectrom. and Ion. Processes, 132, 29-47 (1994).

26. A.N.Krutchinsky, I.V.Chernushevich, V.L.Spicer, W.Ens, and K.G.Standing, Proceedings of the 43rd ASMS Conference of Mass Spectrometry and Allied Topics, 1995, P. 126.

27. A.N.Krutchinsky, I.V.Chernushevich, V.L.Spicer, W.Ens, and K.G.Standing, "Collisional Damping Interface for an Electrospray Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometer", J. Am. Soc. Mass Spectrom., 9, 569-579 (1998).

28. V.Kozlovsky, K.Fuhrer, A.Tolmachev, A.Dodonov, V.Raznikov, H.Wollnik, "Cooling of direct current beams of low mass ions ", Int. J. of Mass Spectrom. and Ion. Processes, 181, 27-30 (1998).

29. Igor V. Chernushevich, Werner Ens and Kenneth G. Standing, "Orthogonal-Injection TOFMS for Analyzing Biomolecules", Analytical Chemistry News & Features, 4, 452A-461A (1999).

30. Igor V. Chernushevich, Alexander V. Loboda and Bruce A. Thomson, "An introduction to quadrupole-time-of-flight mass spectrometiy", J. Mass Spectrom., 36, 849-865 (2001).

31. Zvi Berant and Zeev Kapras, "Mass-Mobility Correlation of Ions in View of New Mobility Data", J. Am. Chem. Soc., Ill, 3819-3824 (1989).

32. G.Javahery, B.Thomson, "A Segmented Radiofrequency-Only Quadrupole Collision Cell for Measurements of Ion Collision Cross Section on a Triple Quadrupole Mass Spectrometer", J. Am. Soc. Mass Spectrom. 8, 697-702 (1997).

33. Gerd von Helden, Ming-Teh Hsu, Paul R. Kemper, and Michael T. Bowers, "Structures of carbon cluster ions from 3 to 60 atoms: Linears to rings to fullerenes", J. Chem. Phys., 95, 3835-3837 (1991).

34. Seonghoon Lee, Thomas Wyttenbach, Gerd von Helden, and Michael T. Bowers, "Gas Phase Conformations of Li+, Na+, K+, and Cs+ Complexed with 18-Crown-6", J. Am. Chem. Soc., 117, 10159-10160 (1995).

35. Thomas Wyttenbach, Gerd von Helden, and Michael T. Bowers, "Gas-Phase Conformation of Biological Molecules: Bradykinin", J. Am. Chem. Soc., 118, 8355-8364(1996).

36. Andrew C. Gill, Keith R. Jennings, Thomas Wyttenbach, Michael T. Bowers, "Conformations of biopolymers in the gas phase: new mass spectrometric method", Int. J. Mass Spectrom., 195/196, 685-697 (2000).

37. David E. Clemmer, Robert R. Hudgins, and Martin F. Jarrold, "Naked Protein Conformations: Cytochrome c in the Gas Phase", J. Am. Chem. Soc., 117,10141-10142(1995).

38. Konstantin B. Shelimov and Martin F. Jarrold, " Conformations, Unfolding, and Refolding of Apomyoglobin in Vacuum: An Activation Barrier for GasPhase Protein Folding", ", J. Am. Chem. Soc., 119, 2987-2994 (1997).

39. David E. Clemmer, Martin F. Jarrold, "Ion Mobility Measurements and their Applications to Clusters and Biomolecules", J. Mass Spectrom., 32, 577-592 (1997).

40. Konstantin B. Shelimov, David E. Clemmer, Robert R. Hudgins, and Martin F. Jarrold, "Protein Structure in Vacuo: Gas-Phase Conformations of BPFI and Cytochrome c", J. Am. Chem. Soc., 119, 2240-2248 (1997).

41. Cherokee S. Hoaglund, Stephen J. Valentine, C. Ray Sporleder, James P. Reilly, and David E. Clemmer, "Three-Dimentional Ion Mobility/TOFMSI

42. Analysis of Electrosprayed Biomolecules", Anal. Chem., 70, 2236-2242 (1998).

43. Sheila C. Henderson, Stephen J. Valentine, Anne E. Counterman, and David E. Clemmer, "ESI/Ion Trap/Ion Mobility/Time-of-Flight Mass Spectrometry for Rapid and Sensitive Analysis of Biomolecular Mixture", Anal. Chem., 71, 291-301 (1999).

44. Brian S. Kinnear, Matthew R. Hartings, and Martin F. Jarrold, "Helix Unsolvated Petides", J. Am. Chem. Soc., 123, 5660-5667 (2001).

45. T.Covey and D J.Douglas, "Collision Cross Sections for Protein Ions", J. Am. Soc. Mass Spectrom., 4, 616-623 (1993).

46. DJ.Douglas, "An Aerodynamic Drag Model for Protein Ions", J. Am. Soc. Mass Spectrom., 5, 17-18 (1994).

47. B.A.Collins and DJ.Douglas, "Conformation of Gas-Phase Myoglobin Ions", J. Am. Chem. Soc., 118, 4488-4489 (1996).

48. Yu-Luan Chen, B.A.Collins, and D.J.Douglas, "Collision Cross Sections of Myoglobin and Cytochrome c Ions with Ne, Ar, and Kr", J. Am. Soc. Mass Spectrom., 8, 681-687 (1997).

49. DJ.Douglas, "Applications of Collision Dynamics in Quadrupole Mass Spectrometry", J. Am. Soc. Mass Spectrom., 9, 101-113 (1998).

50. Doug Wittmer, Yong Hong Chen, Brian K. Luckenbill, and Herbert H. Hill, Jr., "Electrospray Ionization Ion Mobility Spectrometry", Anal. Chem., 66, 23482355 (1994).

51. Ching Wu, William F. Siems, G. Reid Asbury, and Herbert H. Hill, Jr., "Electrospray Ionization High Resolution Ion Mobility Spectrometry Mass Spectrometry", Anal. Chem., 70, 4929-4938 (1998).

52. Ching Wu, Jorg Klasmeier and Herbert H. Hill, Jr., "Atmospheric Pressure Ion Mobility Spectrometry of Protonated and Sodiated Peptides", RCM, 13, 1138-1142(1999).

53. Laura M. Matz and Herbert H. Hill, Jr., "Evaluation of Opiate Separation by High-Resolution Electrospray Ionization Ion Mobility Spectrometry/Mass Spectrometry", Anal. Chem., 73, 1664-1669 (2001).

54. Luther W. Beegle, Isik Kanik, Laura M. Matz and Herbert H. Hill, Jr., "Electrospray Ionization High Resolution Ion Mobility Spectrometry for the Detection of Organic Compounds, 1. Amino Acids", Anal. Chem., 73, 30283034 (2001).

55. Helko Borsdorf, Mathias Rudolph, "Gas-phase ion mobility studies of constitutional isomeric hydrocarbons using different ionization techniques", Int. J. Mass. Spectrom., 208, 67-72 (2001).

56. Patrick Weis, Stefan Gilb, Philip Gerhardt, Manfred M. Kappes, "A time-offlight, drift cell, quadrupole apparatus for ion mobility measurements", Int. J. Mass Spectrom., 216, 59-73 (2002).

57. Mark Busman, Alan L. Rockwood, and Richard D. Smith, "Activation Energies for Gas-Phase Dissociations of Multiply Charged Ions from Electrospray Ionization Mass Specrtometry", J. Phys. Chem., 96,2397-2400 (1992).

58. B.E.Winger, K.J.Light-Wahl, A.L.Rockwood, and R.D.Smith, "Probing Qualitative Conformation Differences of Multiply Protonated Gas-Phase Proteins via H/D Isotopic Exchange with D20", J. Am. Chem. Soc., 114, 5897-5898 (1992).

59. Rachel R. Ogorzalek Loo, Harold R. Udseth, and Richard D. Smith, "Evidence of Charge Inversion in the Reaction of Singly Charged Anions with Multiply Charged Macroions", J. Phys. Chem., 95, 6412-6415 (1991).

60. Rachel R. Ogorzalek Loo, Harold R. Udseth, and Richard D. Smith, "A New Approach for the Study of Gas-Phase Ion-Ion Reactions Using Electrospray Ionization", J. Am. Soc. Mass. Spectrom., 3, 695-705 (1992).

61. William D. Price, Paul D. Schnier, and Evan R. Williams, "Tandem Mass Spectrometry of Large Biomolecule Ions by Blackbody Infrared Radiative Dissociation", Anal. Chem., 68, 859-866 (1996).

62. Scott A. McLuckey and J. Mitchell Wells, "Mass Analysis at the Advent of the 21st Century", Chem. Rev., 101, 571-606 (2001).

63. Scott A. McLuckey and Douglas E. Goeringer, "Slow Heating Methods in Tandem Mass Spectrometry", J. Mass Spectrom., 32, 461-474 (1997).

64. Lekha Sleno and Dietrich A. Volmer, "Ion activation methods for tandem mass spectrometry", J. Mass Spectrom., 39, 1091-1112 (2004).

65. Richard D. Smith and Charles J. Barianda, "Internal Energy Effects in the Collision-induced Dissociation of Large Biopolymer Molecular Ions Produced by Electrospray Ionization Tandem Mass Spectrometry of Cytochrome c", RCM, 4, 54-57 (1990).

66. Scott A. McLuckey, "Principles of Collisional Activation in Analytical Mass Spectrometry", J. Am. Soc. Mass Spectrom., 3, 599-614 (1992).

67. Douglas E. Goeringer, Richard I. Crutcher, and Scott A. McLuckey, "Ion Remeasurement in the Radio Frequency Quadrupole Ion Trap", Anal. Chem., 67, 4164-4169 (1995).

68. Douglas E. Goeringer and Scott A. McLuckey, "Evolution of ion internal energy during collisional excitation in the Paul ion trap: A stochastic approach", J. Chem. Phys., 104, 2214-2221 (1996).

69. Douglas E. Goeringer and Scott A. McLuckey, "Kinetics of Collision-induced Dissociation in the Paul Trap: a First-order Model", RCM, 10, 328-334 (1996).

70. Keiji G. Asano, Douglas E. Goeringer, Scott A. McLuckey, "Thermal dissociation in the quadrupole ion trap: ion derived from leucine enkephalin", Int. J. Mass Spectrom., 185/186/187, 207-219 (1999).

71. Scott A. McLuckey, J. Mitchel Wells, James L. Stephenson Jr., Douglas E. Goeringer, "Novel quadrupole ion trap methods for characterizing the chemistry of gaseous macro-ions", Int. J. Mass Spectrom., 200, 137-161 (2000).

72. Douglas E. Goeringer, Douglas C. Duckworth, and Scott A. McLuckey, "Collision-Induced Dissociation in Quadrupole Ion Traps: Application of Thermal Model to Diatomic Ions", J. Phys. Chem. A, 105, 1882-1889 (2001).

73. Keiji G. Asano, David J. Butcher, Douglas E. Goeringer, and Scott A. McLuckey, "Effective Ion Internal Temperatures Achieved via Boundary Activation in the Quadrupole Ion Trap: Protonated Leucine Enkephalin", J. Mass. Spectrom., 34, 691-698 (1999).

74. Douglas E. Goeringer, Keiji G. Asano, Scott A. McLuckey, "Ion internal temperature and ion trap collision activation: protonated leucine enkephalin", Int. J. Mass Spectrom., 182/183, 275-288 (1999).

75. Keiji G. Asano, Douglas E. Goeringer, David J. Butcher, Scott A. McLuckey, "Bath gas temperature and the appearance of ion trap tandem mass spectra of high-mass ions", Int. J. Mass Spectrom., 190/191, 281-293 (1999).

76. Valeri V. Raznikov, Vyacheslav I. Kozlovsky, Alexander F. Dodonov and Marina O. Raznikova, "Heating of Ions Moving in a Gas Under the Influence of a Uniform and Constant Electric Field", RCM, 13, 370-375 (1999).

77. G.Beaugrand, D.Devant, H.Jaouen, C.Mestdagh, S.Rolando, "Ion confinement in the RF-only collision cell of a tandem quadrupole instrument", Spectrosc. Int. J., 5, 265-272 (1987).

78. C.M.Whitehouse, E.Gulcicek, B.Andrien, F.Banks, R.Mancini, Proceedings of 46th ASMS Conference Mass Spectrometry and Allied Topics, Orlando (USA), 1998, P. 39.

79. J.M.Campbell, B.A.Collings and D.J.Douglas, " A New Linear Ion Trap Time-of-flight System with Tandem Mass Spectrometry Capabilities", RCM, 12, 1463-1474(1998).

80. B.A.Collings, D.J.Douglas, "Observation of Higher Order Quadrupole Excitation Frequencies in Linear Ion Trap", J. Am. Soc. Mass Specrtom., 11, 1016-1022(2000).

81. B.A.Collings, J.M.Campbell, Dunmin Mao and D.J.Douglas, "A combined linear ion trap time-of-flight system with improved performance and MS" capabilities", RCM, 15,1777-1795 (2001).

82. B.A.Collings, M.Sudakov, F.A.Londry, "Resonance Shifts in the Excitation of the n=0, K= 1 to 6 Quadrupole Resonances for Ions Confined in s Linear Ion Trap", J. Am. Soc. Mass Specrtom., 13, 577-586 (2002).

83. B.A.Collings, W.R.Stott, and F.A.Londry, "Resonant Excitation in Low-Pressure Linear Ion Trap", J. Am. Soc. Mass Specrtom., 14, 622-634 (2003).

84. L.M.Cousins, B.A.Thomson, Proceedings of 47th ASMS Conference Mass Spectrometry and Allied Topics, Dallas (USA), 1999, P. 40.

85. Lisa M. Cousins and Bruce A. Thomson, "MS3 using the collision cell of a tandem mass spectrometer system", RCM, 16,1023-1034 (2002).

86. V.V.Raznikov, M.O.Raznikova, A.F.Dodonov, H.Wollnik, Proceedings of the 48th ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics, Long Beach (USA), 2000, P.203.

87. A.F.Dodonov, V.V.Raznikov, V.I.Kozlovski, I.V.Soulimenkov,

88. A.R.Pikhtelev, Z.Zhou, A.A.Kholomeev, T.Horvath, H.Wollnik, "Structuraland Kinetic Study of Peptide Ions Using a New Method Rotational Excitationof Ions in a Gas Filled RFQ Coupled to High Resolution ortho-TOF MS",th

89. Proceedings of the 48 ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics, Long Beach (USA), 2000, P. 1615.

90. I.V.Soulimenkov, V.I.Kozlovski, A.R.Pikhtelev, V.V.Raznikov, E.V.Chardakova, A.F.Dodonov, "A new method to study the kinetics of ion decay in a radio frequency quadrupole with resonance rotational excitation", Eur. J. Mass Spectrom. 8, 99-105 (2002).

91. И.Мак-Даниель, Процессы столкновений в ионизированных газах, Мир, Москва, 1967, С. 39-42.

92. D.Gerlich, "Inhomogeneous RF fields: a versatile tool for the study of processes with slow ions", in Advances in Chemical Physics Series, LXXXII (Eds. Cheuk-Yiu Ng and Michael Baer), John Wiley & Sons, 1992.

93. Б.М.Смирнов, Физика слабо-ионизированного газа (в задачах с решениями), Наука, Москва, 1985, С. 217-257.

94. K.J.Gilling, B.Riotolo, E.G.Stone, D.H.Russell, K.Fuhrer, M.Gonin, A.J.Schultz, "Coupling High-Pressure MALDI with Ion Mobility/Orthogonal Time-of-Flight Mass Spectrometry", Лия/. Chem. 72, 3965-3971 (2000).

95. И.Мак-Даниель, Э.Мэзон, Подвижность и диффузия ионов в газах, Мир, Москва, 1976.

96. Б.М.Смирнов, Комплекные ионы, Наука, Москва, 1983.

97. Dalgarno A., McDowell M.R.C., Williams A., Phil. Trans. Roy. Soc. A250, 411 (1958).

98. J.Chatt, GJ.Leigh, J. Organomet. Chem., 84, 11 (1975).

99. V.W.Day, T.A.George, S.D.A.Iske, J. Am. Chem. Soc., 97, 4127 (1975).

100. А.П.Пивоваров, Ю.В.Гак, Ю.М.Шульга, В.Д.Махаев, А.П.Борисов, Ю.Г.Бородько, Изв. АН СССР, сер.хим., №11, 2590 (1979).

101. В.Д.Махаев, А.П.Борисов, К.Н.семененко, Коорд. химия, 6, 260 (1980).

102. А.П.Пивоваров, Ю.В.Гак, JI.M. Иоффе, А.П.Борисов, В.Д.Махаев, Изв. АН СССР, сер.хим., №6, 1289 (1983).

103. F.Penella, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 158 (1971).

104. M.Aresta, A.Sacco, Gaz. Chim. Italiana, 102, 755 (1972).

105. K.N.Semenenko, V.D.Makhaev, A.P.Borisov, Coord.Chem (USSR), 4, 146 (1978).

106. А.П.Пивоваров, Ю.В.Гак, Ю.М.Шульга, В.Д.Махаев, А.П.Борисов, Ю.Г.Бородько, Изв. АН СССР, сер.хим., №4 918 (1981).

107. А.П.Пивоваров, Ю.В.Гак, Т.Н. Доронина, В.Д.Махаев, А.П.Борисов, Ю.Г.Бородько, Изв.АН СССР, сер.хим., №6, 1207 (1981).

108. К. Мортимер. Теплоты реакций и прочность связей, Мир, Москва, 1964.

109. А.П. Борисов, В.Д. Махаев, К.Н. Семененко, Коорд. химия, 6, 1139 (1980).

110. G.G. Hlatky, R.H. Crabtree, Coord. Chem. Rev., 65, 1 (1985).

111. R.G. Pearson, Chem. Rev., 85, 4 (1985).

112. J. Halpern, Inorg. Chimica Acta, 100, 41 (1985).

113. L.G.McKnight and J.M.Sawina, "Drift Velocities and Interactions of Cs+ Ions with Atmosperic Gases", J. Chem. Phys., 57, 5156-5162 (1972).

114. I.Dzidic and P.Kebarle, "Hydratation of the Alkali Ions in the Gas Phase. Enthalpies and Entropies of Reactions M+(H20)n.i + H20 = M+(H20)n J. Phys. Chem., 74, 1466-1474 (1970).

115. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц, Механика, Наука, Москва, 1965, С. 119-121.