Времяпролетная масс-спектрометрия биополимеров на основе планарных многоотражательных анализаторов

Веренчиков, Анатолий Николаевич

Времяпролетная масс-спектрометрия биополимеров на основе планарных многоотражательных анализаторов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

Веренчиков, Анатолий Николаевич АВТОР

доктора физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Санкт-Петербург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2006 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.01 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Времяпролетная масс-спектрометрия биополимеров на основе планарных многоотражательных анализаторов»

Автореферат диссертации на тему "Времяпролетная масс-спектрометрия биополимеров на основе планарных многоотражательных анализаторов"

На правах рукописи

Веренчиков Анатолий Николаевич ии^иь7088

Времяпролетная масс-спектрометрия биополимеров на основе планарных многоотражательных анализаторов

01.04.01 - Приборы и методы экспериментальной физики

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Санкт-Петербург 2006

003067088

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

Официальные оппоненты: Доктор физико-математических наук

Аруев Николай Николаевич (ФТИ им А.Ф. Иоффе РАН) Доктор физико-математических наук, профессор

Цыбин Олег Юрьевич (СПбГПУ) Доктор физико-математических наук, профессор Танеев Александр Ахатович (ООО «Люмэкс»)

Ведущая организация:

Филиал института энергетических проблем химической физики РАН, г. Черноголовка

Защита состоится 2 Февраля 2007 г в 15 ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д 002.034.01 при Институте аналитического приборостроения Российской Академии наук по адресу: 190103, г. Санкт-Петербург, Рижский проспект, 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института аналитического приборостроения Российской академии наук

Автореферат разослан « 22 » Декабря 2006 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета Д002.034.01 Кандидат физико-математических наук, с.н.с.

А.П.Щербаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В последнее десятилетие наблюдается взрывообразный прогресс в так называемой «науке о жизни» (life science), связывающей многочисленные области науки и практики, такие, как медицина, фармацевтика и фундаментальная биохимия. В круг задач науки о жизни входит создание методов ранней диагностики болезней и создание принципиально новых лекарств и методов лечения на основе понимания биохимических основ жизни, в настоящий момент сфокусированного на исследовании биохимических функций протеинов.

Успехи в решении этих задач в значительной степени связаны с прогрессом в области аналитического приборостроения и, прежде всего, с созданием современных инструментов для сиквенирования ДНК и развитием биохимической масс-спектрометрии (ВМС). Благодаря высокой производительности сиквенаторов стала возможной расшифровка генома человека и геномов более чем 200 организмов. В свою очередь, знание последовательностей ДНК определяет возможные аминокислотные последовательности протеинов и значительно облегчает идентификацию протеинов методами БМС.

В результате широкого применения БМС была оценена типичная сложность анализируемых смесей в задачах биохимии и медицины - до миллиона компонент в большом динамическом диапазоне до 8 порядков. До последнего времени анализ сложных смесей был возможен только методами тандемной (МС-МС) масс-спектрометрии, способной выделить минорные примеси на фоне биологических матриц и достоверно идентифицировать вещество по составу ионных фрагментов. Однако сравнительно низкая производительность современных тандемных приборов - менее одной идентификации в секунду - не позволяет подступиться к полномасштабным биохимическим и медицинским исследованиям, требующим большого числа (102 - 104) анализов для получения статистически достоверных выводов. Таким образом, необходимо кардинальное повышение производительности масс-спектрометрического анализа сложных смесей биополимеров.

Это обуславливает актуальность задачи существенного улучшения основных аналитических характеристик биохимических масс-спектрометров, таких, как разрешающая способность, точность измерения массы, скорость и производительность анализа.

В рамках данной задачи была выбрана цель диссертационной работы, состоящая в создании новых принципов производительного масс-спектрометрического анализа биополимеров, создании концепции и ионно-оптических схем высокоразрешающих МЕЮГоотражательных времяпролетных масс-спектрометров, разработке и исследовании этих приборов, подтверждающем значительное улучшение их основных аналитических характеристик.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Теоретически обоснованы линейные и нелинейные эффекты при транспортировке пучков ионов в периодических электростатических полях: устойчивое удержание широких пучков ионов на больших длинах пролета и сопротивляемость силовым внешним возмущениям.

2. Предложена новая концепция многоотражателыюго планарного времяпролетного масс-анализатора (МОП ВПМА), работающего в полном диапазоне масс, на основе комбинации двумерных бессеточных ионных зеркал и системы периодических линз.

3. Предложена ионно-оптическая схема МОП ВПМА, обеспечивающая малые временные аберрации анализатора.

4. На основе экспериментальных исследований прототипа МОП ВПМА с тестовым источником ионов подтверждены теоретические предсказания свойств анализатора: устойчивое удержание ионов на большой длине пролета, третий порядок фокусировки времени пролета по энергии и высокая разрешающая способность, достигающая в отдельных экспериментах величину порядка 1000000.

5. На основе теоретического и экспериментального исследования эмиттанса непрерывного источника ионов типа «Электроспрей» оценена пригодность метода ортогонального ускорения для согласования такого источника с МОП ВПМА.

6. На основе экспериментальных исследований МОП ВПМА с ортогональным ускорением ионов подтверждена возможность получения рекордных параметров масс-спектрометра с источником ионов «Электроспрей» - разрешающей способности порядка 70000 в полном диапазоне масс и точности измерения массы порядка 1 - 2 ррш.

7. Предложен высокоэффективный импульсный конвертер на основе линейной ионной ловушки с продольным выводом ионов для инжекции пакетов ионов во времяпролетный масс-анализатор, теоретически исследованы его свойства и экспериментально подтверждена перспективность его использования в сочетании с МОП ВПМА.

8. Предложен новый принцип параллельного тандемного времяпролетного анализа в режиме «вложенных времен», реализуемый при значительном различии временных масштабов разделения в двух ступенях тандема.

9. Экспериментально подтверждена возможность использования МОП ВПМА на низких энергиях ионов порядка 10 - 100 эВ при сохранении высокой трансмиссии, подтверждающая возможность его использования в качестве «медленного» сепаратора в параллельном времяпролетном тандеме.

10. Предложена и испытана фрагментная ячейка для параллельного тандемного времяпролетного анализа, обеспечивающая скоростную фрагментацию, транспорт и релаксацию ионов на масштабе времен в десятки микросекунд.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Концепция и ионно-оптическая схема планарного многоотражателыюго времяпролетного многоотражателыюго масс-анализатора, работающего в полном диапазоне масс, на основе комбинации двумерных бессеточных ионных зеркал с периодическими линзами.

2. Экспериментальное подтверждение высокой разрешающей способности планарного многоотражательного масс-анализатора, достигающей величины 1000000.

3. Сочетание многоотражателыюго времяпролетного анализатора с ионным источником типа "Электроспрей" на основе импульсных конвертеров типа ортогонального ускорителя и линейной ионной ловушки.

4. Новый принцип параллельного анализа во времяпролетном масс-спектрометрическом тандеме в режиме «вложенных времен».

5. Экспериментальное подтверждение применимости планарного многоотражателыюго масс-анализатора и скоростной ячейки фрагментации для параллельного тандемного анализа.

Достоверность результатов диссертации обеспечивается корректным применением теоретических и численных методов моделирования, совпадением результатов теоретического моделирования и эксперимента, высокой воспроизводимостью экспериментальных результатов, а также соответствием результатов с известными ранее данными в случаях наличия последних.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Предложенный высокоразрешающий планарный многоотражательный времяпролетный масс-спектрометр с источником ионов типа «Электроспрей» позволяет на порядок повысить сложность анализируемых смесей биополимеров и производительность анализа по сравнению с существующими времяпролетными масс-спектрометрами.

2. На основе высокой точности масс и высокой разрешающей способности в новых приборах появляются новые аналитические возможности, такие, как восстановление структуры пептидов по фрагментным спектрам, восстановление элементного состава анализируемых веществ, анализ микропримесей в присутствии доминирующего по амплитуде химического фона.

3. Предложенный принцип параллельного тандемного времяпролетного анализа позволит повысить производительность анализа сложных смесей на два порядка.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах ИАнП РАН, на семинарах Менделеевского общества (2004г.), на семинаре Всероссийского Масс спектрометрического общества (Санкт-Петербург, 2006г.), па 16 и 17-й Международной конференции по

масс-спектрометрии (Эдинбург, Англия, 2003г, Прага, Чехия 2006г), на 52, 53 и 54-й конференции Американского масс-спектрометрического общества (Нешвиль, 2004 г., Техас, 2005 г, Сиэтл, 2006 г., США), на 10-й Международной конференции "Десорбция 2004" (Санкт-Петербург, Россия, 2004 г.), на 7-й Международной конференции по оптике заряженных частиц ( Кэмбридж, Англия, 2006 г.).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 35 печатных работы, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Она изложена на 396 страницах и включает 172 рисунка, 15 таблиц и 309 наименований списка литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

Первая глава содержит историко-аналитический обзор литературы по биохимической масс-спектрометрии (БМС). Рассмотрены современные тенденции БМС, и поставлена задача диссертационного исследования.

Развитие биохимической масс-спектрометрии начиналось с создания методов мягкой ионизации, из которых выкристаллизовались два основных современных метода - "Электроспрей" (ESI) и лазерная десорбция/ионизация из матриц (MALDI), способных генерировать газофазные молекулярные ионы лабильных соединений. На второй стадии развития методы мягкой ионизации с ограниченным успехом адаптировались на готовых «химических» масс-анализаторах - магнитных секторных, квадрупольных и ловушечных масс-спектрометрах. На третьей стадии развития возникли специализированные времяпролетные масс-спектрометры MALDI-TOF и ESI-o-TOF, существенно улучшившие аналитические характеристики биохимических масс-спектрометров. С тех пор и по сегодняшний момент времяпролетная техника является наиболее перспективной для биохимической масс-спектрометрии. На четвертой стадии развития проявилась практическая потребность анализа сложных смесей. В результате существенно возросла доля тандемных (МС-МС) приборов, способных выделить минорные примеси на фоне биологических матриц и достоверно идентифицировать вещество по составу ионных фрагментов. В результате была оценена сложность анализируемых смесей - до миллиона компонент в большом динамическом диапазоне до 8 порядков.

Сегодня можно говорить о наступлении пятого периода развития БМС, когда для получения статистически достоверных биохимических ответов требуется существенное увеличение специфичности и производительности масс-спектрометрического анализа сложных смесей. Можно выделить два перспективных подхода для создания современных масс-спектрометрических приборов. Первый подход основан на анализе с использованием тандема жидкостной хроматограф (ХЖ) - масс спектрометр высокого разрешения. Компоненты сложных смесей разделяются, а также идентифицируются по приведенному времени удержания в ХЖ и по точной массе молекулярных ионов. Второй подход основан на создании тандемных масс-спектрометров с параллельным анализом, то есть записью раздельных фрагментных спектров для множества ионных компонент одновременно, на один импульс ионного источника. Оба подхода повышают производительность анализа на порядки по сравнению с существующими средствами тандемной масс-спектрометрии, где среднее время анализа составляет 1 - 3 секунды на компоненту смеси.

Для реализации обоих подходов была выбрана наиболее успешная в области БМС времяпролетная масс-спектрометрия. В отличие от конкурентных методов ион-циклотронного резонанса и электростатических ловушек типа «Орбитрэп», во времяпролетных методах достигается высокая частота повторения импульсов и регистрация единичных ионов, что принципиально позволяет расширить динамический диапазон и повысить скорость анализа на порядки величины. Одним из известных способов улучшения характеристик времяпролетных приборов является существенное увеличение длины пролета, которое физически реализуется в многоотражательных схемах. Однако до недавнего времени многоотражательные приборы не позволяли работать в полном диапазоне масс.

Для существенного улучшения параметров времяпролетных масс-спектрометров автором предложен новый тип масс анализатора — многоотражательный пленарный времяпролетный масс-анализатор (МОП ВПМА), состоящий из планарных бессеточных зеркал и системы периодических электростатических линз. Такой анализатор позволяет долговременно удерживать ионные пучки на большой длине пролета, одновременно обеспечивая низкие пространственные и временные аберрации, и тем самым, достигая высокой разрешающей способности. Поскольку ионные траектории не замкнуты, то одновременно и впервые в истории многоотражательных масс-анализаторов обеспечивается и полный диапазон по массе.

На основе МОП ВПМА предложены, сконструированы и опробованы два новых типа приборов:

• высокоразрешающий многоотражательный масс спектрометр с высокой точностью измерения массы для одноступенчатого масс анализа;

• времяпролетный тандем для проведения параллельного МС-МС анализа в режиме вложенных времен, в котором МОП ВПМА используется как медленный сепаратор первичных ионов.

Во второй г .ч а не на основе теоретических моделей предложена концепция а иопно-оптическая схема МОП ВПМА, основанного на Комбинации планарных зеркал я периодической системы линз. Теоретически Егроанализировапы жшно-оптичсскис свойства анализатора и показано, что анализатор позволяет устойчиво удерживать ионы на большой длине пролета и одновременно достигать малых время пролетных аберраций.

Глава начинается с анализа устойчивости ионного движения в периодических полях, характерного для многократных отражений между ионными зеркалами и в периодической системе линз. Такой анализ расширяет понимание причин и условий устойчивости движения, ранее Ограниченное известными условиями линейной устойчивости. В данной работе показано, что поведение частицы в периодических полях близко к гармоническому, а периодические силы аналогичны силам в радиочастотных градиентных полях. Для описания этих сил введено понятие эффективного удерживающего потенциала. Как пример, для системы периодических линз такой потенциал имеет вид Ф - А> У[ес^(А')], где К!е - удельная кинетическая энергия частица на единицу заряда, г - удаление от оси симметрии, с! - период системы линз и ЦК) - фокусное расстояние линз.

10 -л

К = 50 эВ

■ а = 8 7\ Б = 0Э

О а = 1°, В = 600 6 ❖ а = 5°, 6 = 420 в

х [мм]

Рис. I Отображение траектории заряженной частицы с энергией К в фазовом пространстве после прохождения каждой ячейки системы периодических линз в присутствие возмущфощего магнитного ноля В. Частица стартует с оптической оси под некоторым углом «« к этой осн.

Наличие удерживающего потенциала объясняет эффект нелинейной устойчивости: несмотря на накопление аберраций высокого порядка.

отклонение ионных траекторий от оси системы остается ограниченным на бесконечной длине пролета. Кроме того, модель удерживающего потенциала объясняет сопротивляемость ионного движения к внешним силовым воздействиям, таким, как магнитные поля и поперечные электростатические поля.

Такая устойчивость подтверждена ионно-оптическими расчетами с наложением внешних возмущений на аксиально-симметричные периодические поля (Рис. 1). Тем самым показана устойчивость периодического движения в реальных периодических системах на неограниченном числе циклов. В расчетах обнаружен ряд систем, где нелинейные эффекты приводят к устойчивости самой периодичности движения и воспроизведения точки фокуса ионного пучка в периодической системе, невзирая на наличие аберраций высокого порядка. На основании теоретического анализа был сделан вывод о перспективности применения системы периодических линз в многопроходных масс-анализаторах.

Для выбора оптимальной многопроходной схемы был проведен сравнительный анализ известных многоотражательных систем на основе ионных зеркал и многооборотных систем на основе электростатических секторов. Показано, что в зеркальных системах достигается более высокий порядок времяпролетной фокусировки и, как следствие, существенно (на порядок) больший пространственный и энергетический аксептанс анализатора. Кроме того, зеркальные системы обладают гибкостью настройки и не требуют нереально высокой точности изготовления.

Среди известных многоотражательных систем только планарная схема, образованная двумя параллельными зеркалами, обеспечивает незамкнутые ионные траектории и, как следствие, полный диапазон по массе. В дайной работе предложена концепция нового планарного времяпролетного анализатора, основанного на сочетании планарных бессеточных ионных зеркал с периодической системой электростатических линз (рис. 2). Система периодических линз 3 установлена в бесполевом пространстве между зеркалами 1 и 2. Линзы удерживают ионные пакеты вдоль зигзагообразной траектории от ионного источника 4 до детектора 5. Система периодических линз является принципиально новым элементом во времяпролетной масс спектрометрии. Новый анализатор обеспечивает устойчивое удержание ионного пучка в направлении дрейфа. Не смотря на накопление аберраций высокого порядка, траектории остаются ограниченными, а периодическая фокусировка - воспроизводимой на бесконечном числе циклов. Это позволяет существенно увеличить длину пролета, не вызывая ионных потерь.

Принципиально новым в конструкции МОП ВПМА является и то, что зеркала и линзы создают такие полевые распределения (рис. 3), которые позволяют сочетать устойчивое удержание ионов в многократных отражениях с высоким порядком временной фокусировки ионов по энергии и по пространственному разбросу в ионном пакете.

Рис. 2. Схема МОП В11Ш.

В результате расчетной оптимизации геометрии и потенциалов ионных зеркал и периодических линз [2,7] достигнуто следующее качество фокусировки в анализаторе:

• пространственная фокусировка 2-го порядка в плоскости XV,

• пространственная фокусировка 1-го порядка в плоскости Х7,

• временная фокусировка по пространственному разбросу 2-го порядка в плоскости ХУ,

• временная фокусировка по пространственному разбросу 1-го порядка в плоскости Х2,

• временная фокусировка по энергии 3-го порядка.

Анализ остаточных (нескомпенсированных) временных аберраций зеркал и линз и дополнительных аберраций, возникающих при поворотах пучка в первой и последней линзах периодического блока, показывает, что наибольшими из них являются;

• Аберрации первого порядка, возникающие при повороте пучка в линзах,

• Аберрации второго порядка за счет пространственного разброса пучка в плоскости Х7„ и

• Хроматические аберрации третьего и четвертого порядков.

Для уменьшения влияния этих аберраций необходимо удерживать ширину пучка менее 2 мм и угол поворота менее 2 градусов. На основании ионпо-

11 х У г*"""ч о Г"'"1 Г~~~1 о г——1 г 1 □ СП

1 —- г~~*1 О 1—-1 <"" > О У""" ч 5 ♦ 4 - — з —л 2

оптических расчетов показано, что для достижения высокой разрешающей способности более 200000 в приборе с размахом ионных траекторий в направлении X, равном 0.5 м, фазовый объем пучка в анализаторе может составлять порядка 10 мм2*град2 при энергетическом разбросе до 7%. Такой значительный фазовый объем не реализуется в альтернативных многопроходных системах.

В третьей главе описаны экспериментальные исследования свойств МОП ВПМА с помощью тестового источника ионов и подтверждены основные ионно-оптические свойства анализатора - устойчивое удержание ионов на большой длине пролета и малые временные аберрации.

Был создан прототип МОП ВПМА с размахом ионных траекторий в направлении X, равном 0.5 м, и с ускоряющим напряжением 2 кэВ. Упрощенная схема прибора показана на рис. 2. В качестве импульсного тестового источника была использована цезиевая пушка с импульсной модуляцией непрерывного ионного пучка, позволяющая создавать импульсы средней длительности порядка 50 не.

Была экспериментально исследована устойчивость движения ионов и оценены потери интенсивности пучка в зависимости от числа ионных отражений в зеркалах. Для достижения большой длины ионной траектории применялись различные импульсные схемы захвата ионных пакетов в анализаторе за счет поворота ионных пакетов в линзах. Ионные потери оказались чрезвычайно малы на большом числе отражений (тысячи), при значительной длине пролета до 104 м. В экспериментах с вариацией давления остаточного газа в камере анализатора было показано, что ионные потери прежде всего определяются рассеянием на остаточном газе (рис. 4).

интенсивность

0.01 -1

длина пролета, м

2000

4000

6000

—I— 8000

10000

ПР = 1.7x10-7 Торр О Р = 2.7 х 10-7 Торр X Р = 4.2 х 10-7 Торр

□ □

12000

Рис. 4. Падение интенсивности сигнала в зависимости от длины ионной траектории при различном давлении остаточного газа. При 11=2 кВ длина 10 км соответствует 200 мс времени пролета.

Экспериментально подтверждена устойчивость удержания ионов в анализаторе по отношению к внешним возмущениям, например, к отклонению в периодических линзах (рис. 5). Видно, что диапазон допустимых отклонений в линзах практически не зависит от числа отражений, начиная с 50 отражений.

Рис. 5. Окно пропускания в зависимости от напряжения смещения в линзе для различного числа отражений: (а )- интенсивность, (б) - ширина сигнала.

В экспериментах с длительным удержанием пакетов ионов цезия была проведена оценка аберраций и предельной разрешающей способности/ достижимых в МОП ВП масс-анализаторе. Несмотря на высокую начальную длительность пакета из тестового источника (около 50 не), благодаря длительному удержанию пучка на временах более 100 мс в эксперименте наблюдался устойчивый рост разрешающей способности с временем пролета (кривая 3 на Рис. 6).

Ширина пакетов, наблюдаемых в единичных выстрелах источника, оставалась порядка 50 не. Однако при записи усредненного сигнала при многократных стартах источника разрешающая способность оказывается ограниченной стабильностью и шумами источников напряжений иа электродах. При усреднении сигнала по многим стартам источника пики «расплываются», и величина И снижается до величины порядка 200000. При снижении влияния низкочастотной компоненты шума за счет синхронизации стартов с частотой сети величина Я повышается до 300000. Более высокая разрешающая способность более Я > 1000000 (1 миллион) достигается либо в однократных стартах источника, либо при коррекции медленного смещения пика в целом на стадии обработки сигнала. В обоих случаях разрешающая способность не ограничена аберрациями анализатора и продолжает расти со временем сепарации. Эксперименты доказывают применимость МОА ВПМА в качестве высокоразрешающего анализатора, однако достижимая разрешающая способность в нем может оказаться ограниченной фазовым

объемом ионных пакетов из «реальных» импульсных ионных источников для ионизации биополимеров.

1230ООО

1000000

езиош

вооаоя

400ООО

2 0В СЮ

—О— 1 - СШМЯ, 10 Гц О 2 -сумма. 6 25 Г Я S- коррекция 4 ! а > а ...ж...

ai 1

ж в 1

.........а а а

. 1 ■ ■ >о О 1 > о < ^ П_ >

Р О Q>3 —хро-1 г 1

40 80

TOF.ms

too

120

Рис. Ь. Разрешающая способность анализатора как функция времени пролета в экспериментах с Cs источником при ионной энергии 2 юВ.

В четвертой главе теоретически и экспериментально рассмотрено согласование МОП Е5ПМА с непрерывными ионными источниками биополимеров типа «Электроспрей».

Рис 7. Схема МОП ВПМА í; источником ионов Электроспрей.

Для конверсии непрерывного ионного пучка в импульсные пакеты был предложен широко распространенный метод ортогонального ускорения (рис. 7). Непрерывный ионный пучок преобразуется в импульсные пакеты в ортогональном ускорителе (ОУ). Для повышения рабочего цикла применяется промежуточное накопление пучка в ионном проводнике/накопителе.

В значительной степени параметры ионных пакетов ограничены эмиттансом непрерывного ионного пучка. Наибольший вклад в уширение пучка, как правило, вносит так называемое время разворота (turn-around time) ATV = AVI А, определяемое начальным скоростным разбросом AV ионного облака до ускорения и ускорением А в электрическом поле напряженностью Е: A = qE/m. Начальный пространственный разброс АХ при этом приводит к уширению энергетического распределения As после ускорения как As = AXqE. Напряженность поля выбирается так, чтобы максимально снизить время разворота и при этом не превысить энергетическую толерантность ВПМА. Оба учтенных фактора ограничивают разрешающую способность ВПМА, которую можно представить в виде

LV Ае _ 1 Ф As ~ AXAV 4с ~ 4 ДФ с '

где Ф = LV- фазовое пространство анализатора, определяемое как произведение эффективной длины ионной траектории L и скорости пролета V в дрейфовом пространстве, связанные через время пролета как L~VT, Ас!с -энергетическая толерантность анализатора для достижения желаемого уровня разрешения R (слабая функция от R), ДФ - фазовое пространство пучка. Таким образом, разрешающая способность прибора должна возрастать линейно с ростом длины пролета и как корень ускоряющего напряжения. Одновременно, максимально достижимая разрешающая способность прибора ограничена эмиттансом ионного пучка AXAV.

Для оценки эмиттанса пучка была проведены расчеты характеристик ионного пучка на выходе столкновителыюго радиочастотного ионного проводника. Для расчетов использовался пакет SIMION 7.0 в сочетании с дополнительным блоком для расчета случайных газовых столкновений. Показано, что при радиочастотном удержании ионы охлаждаются в газовых столкновениях до средней энергии 2кТ. При благоприятной организации экстракции ионов из радиочастотного проводника достигается умеренный разброс продольной кинетической энергии ионного пучка порядка 0.3 -0.5 эВ, преимущественно образующийся при ускорении ионов в присутствие газа. Поперечный разброс оказывается слабо возмущенным при экстракции, и эмиттанс непрерывного ионного пучка оценивается как 2-3 мм х град при энергии ионов в 30 эВ.

Расчетные параметры пучков был и подтверждены в экспериментальных измерениях при фокусировке пучков и отклонении пучка мимо щели в комбинации с коллекторными и масс-спектрометрическими измерениями интенсивности пучка.

Большой исходный эмиттанс ионного пучка должен привести к временному разбросу в 3 - 5нс при энергетическом разбросе менее 5% для ионов с отношением массы к заряду mlz= 1000 а.е.м. Таким образом, метод ортогонального ускорения принципиально позволяет получать короткие ионные пакеты, и достигать высокой разрешающий способности порядка 50000 - 100000 в анализаторе с длиной пролета 20 м.

Была создана экспериментальная установка для стыковки МОП ВПМА с источниками ионов типа "Электроспрей" (ESI) и API (рис. 7). Исследовались два прототип МОП ВПМА. В первом прототипе полная длина траектории составляла 12 м, а ускоряющее напряжение 2 кэВ. Было показано, что в таком приборе достигается разрешающая способность R = 25000 - 30000 в полном диапазоне масс. Разрешающая способность достигает R = 100000 при зацикливании траекторий и сужении диапазона по массе. В экспериментах продемонстрирована линейность шкалы масс и точность измерения массы на уровне 1 - 2 ррш (часть на миллион). В частности, на рис. 8 представлены результаты по точности определения масс фрагментов пептида MSH.

При испытании второго прототипа МОП ВПМА с длиной траектории в 20 м и ускоряющим напряжением 4 кэВ продемонстрирована разрешающая способность более 70000 в полном диапазоне масс (рис. 9) и чувствительность на уровне 1 фмоль. При зацикливании ионных траекторий предельная разрешающая способность достигает 150000 (рис. 10). Отметим, что разрешающая способность в экспериментах с источником ионов типа "Электроспрей" ниже чем в модельных экспериментах предыдущей главы из-за большего фазового объема ионных пакетов.

jf 1.5

Р 0.5 >зг

§ Е О " Й-

s *°-5

а -1 га

х 5 3

о -2

0 200 400 600 800 1000 1200 Масса, Да

____________________.е.*. * >

4- А > Л ♦ А

О t а ♦ а А

♦ * &

- -

Рис. 8. Точность определения масс фрагментов пептида MSH.

■ ЩЁ> j§ 1(005.

state icices

ш «да-

10® Ж

Резерпин N

Пики

растворителя

¿L

■

Инсулин 5+

PEAK IHFO

Ьреу i97071

Width i SSS2

Height 8934

Rest] Lit ion 74341

; гооовд: .лик» едда w<m twaooo tv-ш

■ Tiiia: msec)

mr 100 657 200. ШГ 300 6« 4M 697 SB

Tim fi[S№) «.ib-'-i-::;.,

Рис. 9. Спектр изотопов свиного инсулина, М. В.-5733 а.е.м.

200000

Х> 150000

я 100000 я

I 50000

П.

3 4 % в Число Г10ПНЬ1Х проходов

Рис. 10. Зависимость разрешающей способности масс-спектрометра с ортогональным ускорителем от числа полных проходов « МОП ВПМА.

В этом цикле экспериментов было показано, что в применении к МОП ВИМА схема стандартного ортогонального ускорения обладает низким рабочим циклом - менее 1%. В схемах с накоплением в ионном гиде рабочий цикл повышается до 100 раз, однако ценой сужения диапазон» но массс. Такая схема эффективна в сочетании с зацикливанием ионных траектории. Однако для основных биохимических приложений требуется полный диапазон по массс и, следовательно, требуются схемы с более высокой эффективностью конверсии непрерывного ионного пучка в импульсные пакеты.

В пятой главе предложен и исследован оригинальный импульсный конвертер на основе лилейной ионной ловушки с продольным выводом ионов, теоретически обеспечивающий полное использование непрерывного ионного пучка. Кроме того, в главе представлен новый масс-спектрометр с лову щечным конвертером и описаны его экспериментальные исследования.

Фокусирующая система

Рис, 11. Линейная ионная ловушка с аксиальным выводом ионов.

Электрод ловушки [ (RF + DC) I

Вытягивающий

ивающий

строд юность)

К анализатору

Улавливание и вывод ионов организованы па выходе радиочастотного квадру полы юг« ионного проводника за счет электростатических полей, провисающих между стрежнями квадруполя {рис. 11)- В схеме теоретически достигается полная (100%) конверсия непрерывного ионного пучка л импульсные пакеты.

i* ЯЛ Sic soi .hi? i iü i-sfi Ï-»

Рис. 12. Расчетные параметры ионного пакета на выходе конвертера для ионов с m/z =1000 а.е.м.

Предлагаемый конвертер был исследован и оптимизирован на основе моделирования ионного движения с использованием программного пакета SiMION и с учетом газовых столкновений. R расчетах подтверждается высокая эффективность ввода и вывода ионов, приближающие эффективность конверсии к единице. Время охлаждения Т уловленных ионов зависит от давления газа Р, и их произведение РТ составляет порядка 3 5 мс - мТорр. Уловленный пучок охлаждается до энергии 4кТ. то есть до 4(HP К, а диаметр ионного облака при разумных параметрах ионного проводника составляет приблизительно 1 мм. Начальные параметры ионного облака определяют временной и энергетический разброс в ионном пакете, представленные на

рис. 12 для оптимальной напряженности экстрагирующего поля в 1 kB/мм и для ионов с отношением m/z = 1000 а.е.м/е. Использование высокой напряженности экстрагирующего поля позволяет достичь сравнительно малого времени разворота ионов порядка 6 не, соизмеримого с временем в типичном ортогональном ускорителе. При этом энергетический разброс остается в пределах 6%. В соответствие с моделированием анализатора этих параметров достаточно для достижения разрешающей способности более 100000.

На основе ионной ловушки с аксиальным выводом создан масс-спектрометр с МОП ВПМА (рис. 13,а), имеющим полную длину траектории около 20 м и работающим на ускоряющем напряжении 2 кэВ. Проведено экспериментальное исследование основных характеристик прибора.

В экспериментах подтверждена высокая эффективность конверсии в ловушке, близкая к единице. Однако эмиттанс ионных пакетов заметно превышает аксептанс используемого МОП ВПМА (3 мм х 1 град). В результате возникают ионные потери при проходе через анализатор, и суммарная эффективность конверсии падает до 10%. Частично потери объясняются и рассеянием ионов биополимеров на остаточном газе при давлении порядка 10"7 Topp. Как видно из рис. 13,6, при организации многопроходных режимов логарифм интенсивности ионов пептида грамицидина С падает линейно с числом полных проходов, каждый из которых имеет длину 20 м.

Рис. 13. а) - Схема МОП ВПМА с ионной ловушкой, б) - число ионов на выстрел с увеличением числа оборотов в анализаторе.

Высокая эффективность конверсии приводит к образованию беспрецедентно интенсивных ионных пакетов, достигающих до 106 ионов на выстрел. При этом на детекторе МОП ВПМА сигнал приближается к 105 ионов на пик на выстрел. Большое число ионов приводит к проявлению разнообразных эффектов объемного заряда, прежде всего искажающих точность измерения массы, что требует активной регулировки сигнала, например, за счет регулировки времени инжекции ионов в ловушку.

Наряду с высокой чувствительностью в приборе достигается высокая разрешающая способность на уровне 50000 в полном диапазоне масс. Анализ ограничивающих факторов показывает, что исходный пучок (6 не) на выходе ловушки уширяется до 10 не при прохождении через анализатор и через краевые поля у торца ионного зеркала. Эффект источника и краевых полей устраняется при переходе в многопроходный режим анализатора. В этом случае достигается предельная разрешающая способность прибора порядка 100000, которая ограничена аберрациями самого анализатора и фазовым размером ионных пакетов.

Аналитическое приложение прибора в значительной степени ограничено его неожиданно низкой точностью измерения массы. В экспериментах обнаружены взаимные влияния радиочастотных и импульсных напряжений и, как следствие, существенное искажение линейности шкалы масс на уровне 10-20 ррт. Кроме того, точность измерения массы существенно искажается кулоновскими эффектами в присутствие интенсивных ионных пакетов - более 10000 ионов на выстрел, достигаемых и при умеренной концентрации анализируемых биополимеров менее 10"5М. Как следствие, работа с ионной ловушкой требует или предварительной сепарации ионов, или введения автоматически регулируемого времени инжекции ионов в ловушку.

В целом, в обоих типах конверторов - с ортогональным ускорением (глава 4) и с линейной ионной ловушкой (глава 5) продемонстрирована успешное согласование «реальных» ионных источников с оригинальными МОП ВП масс-анализаторами. Достигнута исключительно высокая по меркам современной времяпролетной техники разрешающая способность от 50000 до 70000 в полном диапазоне масс и до 150000 при сужении диапазона по массе. В приборе с ортогональным ускорителем показана высокая точность измерения массы в МОП ВПМА - лучше, чем 1 ррт (часть на миллион). Тем самым достигается поставленная цель существенного улучшения основных аналитических характеристик времяпролетных приборов. В главе 7 представлена экспериментальная оценка производительности анализа и возможной сложности анализируемых смесей в разработанных приборах.

В шестой главе предложен принцип параллельного тандемного времяпролетного анализа в режиме вложенных времен, позволяющий существенно повысить производительность тандемного анализа. Экспериментально проанализированы ключевые компоненты тандема.

Принцип параллельного МС-МС анализа основан на использовании в ступенях тандема двух времяпролетных приборов с существенно различными (на 2-3 порядка) временными масштабами разделения ионов. Благодаря этому возникает возможность параллельного анализа, то есть запись раздельных фрагментных спектров для множества ионных компонент одновременно, за один импульс ионного источника. Реализация принципа стала возможной с созданием медленного сепаратора на основе многоотражателыюго планарного анализатора. В таком анализаторе впервые

возникает возможность устойчивого удержания ионов па больших длинах и временах пролета без сужения диапазона по массе.

В диссертации предложена конкретная схема и параметры таядемногр масс-спектрометра с параллельным анализом (ряс. 14), Ионный источник с накопителем в промежуточной линейной ионной ловушке формирует ионные пакеты е периодом в десятки миллисекунд. В пакете находится смесь исходных «родительских» ионов с различным отношением массы к заряду. Родительские ионы разделяются по времени в медленном сепараторе ППМА1, построенном па основе МОП В ИМ А, За счет большой длины пролета (30 100 м) и низкой ионной энергии (100 - 300 эВ) разделение происходит на протяжении десятка миллисекунд. Разделенные по времени ионы последовательно поступают в скоростную ячейку столкповительно индуцированной диссоциации (СИД) и распадаются па ионные фрагменты. Поскольку фрагментация и масс анализ фрагментов во втором масс анализаторе ВПМА2 производятся за десятки микросекунд (то есть ira три порядка быстрее), то удается записать не перемешанные фрагментные спектры для всех родительских попов. Тем самым повышается производительность МС-МС анализа.

Ионный псточиж МОП ВПМА 1 С1Щ ячейка ВПАЛ

Для подтверждения возможности параллельного МС-МС анализа была экспериментально проверена достижимость желаемых временных масштабов медленного разделения в МОП ВПМА на протяжении десятков миллисекунд и скоростной фрагментации и охлаждения ионов в СИД ячейке за десятки микросекунд. Эксперименты проводились на ранее описанной установке с тестовым источником ионов (см. рис. 2). Для увеличения времени пролета желательно использовать сепарацию на исключительно низких ионных энерг иях менее 100 эВ.

Используемая установка не обладала достаточной длиной траектории, и для увеличения длины пролета ионные траектории были зациклены в анализаторе за счет импульсного отклонения в линзах. Данные по ионной трансмиссии представлены на рис рис. 15,а. Видно, что при малой энергии ионов 100 эВ ионные потери остаются низкими. Удается долговременно удерживать ионы (до 70 мс) на большой длине пролета (до 700 м) при сохранении более трети исходного ионного пучка. Как показывают эксперименты с переменным давлением газа, основные ионные потери вызваны рассеянием ионов на остаточном газе. Для уменьшения влияния этого эффекта в эксперименте использовались ионы цезия с существенно меньшим сечением столкновения по сравнению с биополимерами.

Для оценки качества времяпролетной фокусировки была экспериментально измерена зависимость времени пролета от энергии (рис. 15,6). Зависимость близка к расчетной, полученной с помощью пакета БШКШ 7.0. Обе кривые демонстрируют диапазон фокусировки времени пролета по энергии порядка 20%. Форма полученной зависимости позволяет говорить о достижении 3-го порядка фокусировки времени пролета по энергии, впервые полученного экспериментально. Одновременно достижимое долговременное удержание ионов и высокий порядок времяпролетной фокусировки доказывают применимость МОП ВПМА в качестве "медленного" анализатора, работающего в первой ступени тандемного масс-спектрометра с параллельным анализом.

Рис. 15. а) Трансмиссия при больших временах пролета ионов цезия на низкой энергии ЮОэВ и б) зависимость времени пролета ионов 131Сх+ от энергии.

Второй ключевой и нетрадиционной компонентой тандема является скоростная ячейка фрагментации. Проверка основных принципов работы проводилась на специально созданном экспериментальном макете. Макет (рис. 16) включает источник ионов (1), линейную ионную ловушку (2) для создания ионных импульсов, короткий линейный времяпролетный сепаратор для выделения родительского иона и скоростную ячейку фрагментации (3), сетку для коллекторных измерений (4), вторичный электронный умножитель (5) и времяпролетный анализатор (7) с ортогональным ускорением (6) для анализа фрагментных ионов.

1 2 I_ +

ГЦ............

Jj tr lJ

!iipiIii JlHiiii

llllüllllp ¡j-y.

[Электрометр |

АЦП

jTiCTiiiii';

" ^liiOL

Компьютер

АЦП

Компьютер

Рис. 16. Макет для исследования свойств скоростной ячейки фрагментации.

Разработанная скоростная ячейка фрагментации наполнена газом до давления 50 - 100 мторр, на порядок более высокого по сравнению со стандартными фрагментными ячейками. Радиальное удержание ионов осуществляется радиочастотными полями в коротком ионном проводнике. Ионная трансмиссия ускорена за счет продольного электростатического поля в проводнике, создаваемого дополнительными электродами клиновидной формы. Ячейка снабжена системой линз для высокого пропускания ионов через дифференциальные апертуры диаметрами 1 мм.

На рис. 17 приведены результаты испытания установки. При низкой энергии инжекции ионов во фрагментную ячейку сохраняются молекулярные ионы, как видно из спектра на рис. 17,а. С увеличением энергии формируются ионные фрагменты (рис. 17,6), несущие информацию о структуре родительских ионов. По мере пропускания временные профили ионных пакетов уширяются, однако при оптимальном давлении около 50 мТорр временное уширение ограничено временем 30 - 40 мкс (рис. 16 в).

Демонстрация скоростной фрагментации и охлаждения ионов на временной шкале в десятки микросекунд в сочетании с ранее продемонстрированной возможностью «медленного» разделения ионов в МОП ВПМА на временной шкале в десятки миллисекунд экспериментально доказывает возможность параллельного анализа во времяпролетных тандемах. Учитывая, что различие во временах разделения достигает трех порядков (Т/ДТ- 103), можно оценить разрешающую способность по массам (М/ДМ = 0.5*Т/ДТ) в первой ступени тандема на уровне 500, что дает возможность разделять изотопные кластеры биополимеров. Это позволяет оценить максимальное число различимых типов родительских ионов в единичном МС-МС эксперименте, как несколько сотен на спектр. Тем самым введение

параллельного MC-MC повышает производительность анализа на два порядка величины.

ж ю т т *т Рис. 17. Результаты экспериментального испытания скоростной ячейки фрагментации.

В седьмой главе проведена экспериментальная и теоретическая оценка возможности анализа сложных смесей при использовании новых высокоразрешающих масс-спектрометров на основе МОП ВПМА в комбинации с различными ионными источниками.

С использованием источника ионов с атмосферной ионизацией (API) проведен анализ смеси полярных органических молекул в воздухе. Продемонстрировано надежное определение элементного состава ионов коронного разряда для всех 400 компонент, содержащихся в спектре. Показано, что с увеличением разрешающей способности возрастает точность измерения масс (рис. 18) до уровня 0.1 - 0.2 ррш, так как уменьшается наложение пиков различных компонент. В таком анализе достигается точность измерения масс порядка 0.0001 а.е.м. и полная идентификация элементного состава для всех ионных компонент, за исключением минорных пиков с содержанием минорных изотопов |3С, накладывающихся на пики других компонент. Идентифицированы десятки гомологических серий различных классов летучих органических соединений. Показано образование радикалов ионов в методе API, до сих пор считавшимся мягким методом ионизации.

Показано, что МОП ВП масс-спектрометр с источником API обладает уникальной комбинацией высоких аналитических параметров - разрешающей способности порядка 50000, точностью измерения масс порядка 1 ррш и динамическим диапазоном около 6 порядков, что пока не достигнуто в альтернативных высокоразрешающих методах FTMS и Orbitrap.

Рис. 18. Сегмент масс-спектра в окрестности т = 61 а.е.м. при разрешающей способности Я=20000 (А) и 11=56000 (Б).

Экспериментально и теоретически исследована возможность анализа сложных смесей пептидов с применением источника ионов типа «Электроспрей». На примере анализа гидролизатов простых смесей протеинов продемонстрирована емкость спектров, существенно превышающая несколько сот компонент в тестовой смеси. Экспериментально показано, что в масс-спектрах с высокой разрешающей способностью возможна идентификация простых смесей протеинов по методу пептидных карт, что, как правило, недостижимо в рамках стандартной масс-спектрометрии со средней разрешающей способностью.

В модельных расчетах показано, что в единичных спектрах с разрешающей способностью порядка 100000 возможна одновременная идентификация около 1500 пептидных компонент (рис. 19). В сочетании с хроматографией ультравысокого давления с емкостью пиков от 300 до 1000 становится возможным анализ полных гидролизатов клеток, содержащих по разным оценкам от 200000 до 1000000 пептидов. Таким образом, экспериментальные исследования прибора и расчетные примеры показывают повышение специфичности и производительности высокоразрешающей многоотражателыюй масс-спектрометрии не менее чем на один порядок по сравнению с существующими времяпролетными масс-спектрометрами.

На основе высокой точности масс и высокой разрешающей способности в новых приборах появляются новые аналитические возможности, такие, как восстановление структуры пептидов по фрагментным спектрам, восстановление элементного состава анализируемых веществ, анализ микропримесей в присутствии доминирующего по амплитуде химического фона.

100

? 70

6 с 60

Л г 50

1 40

а 30

+ Фракция из 2000 пептидов Д Фракция из 7600 пептидов

1000

1000000

10000 100000 Разрешающая способность

Рис. 19. Расчет числа идентифицированных пептидов как функция разрешающей способности прибора.

В заключении диссертационной работы сформулированы основные полученные в диссертации результаты и сделаны выводы о дальнейших перспективах и направлениях развития масс-спектрометрии биополимеров на основе МОП ВП масс-анализаторов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Показан эффект устойчивого удержания широких пучков ионов в периодических системах электростатических полей на больших длинах пролета.

2. Предложена концепция многоотражателыюго анализатора с высокой трансмиссией, основанного на сочетании планарных бессеточных ионных зеркал с периодической системой электростатических линз.

3. Предложена ионно-оптическая схема МОП ВПМА, обеспечивающая малые временные аберрации и высокую разрешающую способность анализатора.

4. Создан прототип МОП ВПМА с тестовым ионным источником ионов на основе цезиевой пушки, на котором подтверждены расчетные ионно-оптические характеристики анализатора.

5. В экспериментальных исследованиях прототипа продемонстрирована высокая разрешающая способность анализатора, превышающая 200000 и достигающая в отдельных экспериментах величины 1000000.

6. Охарактеризован эмиттанс непрерывного источника типа «Электроспрей» и показана пригодность метода ортогонального ускорения для согласования такого источника с МОП ВПМА.

7. Создан времяпролетный масс-спектрометр на основе сочетания МОП ВПМА с источником ионов "Электроспрей" и ортогональным ускорителем.

8. Экспериментально продемонстрирована комбинация рекордных аналитических параметров многоотражательного анализатора с источником ионов «Электроспрей»: разрешающей способности порядка 70000 в полном диапазоне масс при точности измерения масс и линейности шкалы масс порядка 1-2 ррш.

9. Показано увеличение рабочего цикла разработанного масс-спектрометра с ортогональным ускорителем в режиме накопления и синхронной эжекции ионов из ионного проводника.

10. Для дальнейшего улучшения чувствительности масс-спектрометра предложен импульсный конвертер на основе линейной ловушки с продольным выводом ионов, обеспечивающий полное использование попов из непрерывного источника.

11. Проведено теоретическое исследование импульсного конвертера на основе линейной ионной ловушки, показавшее достижимость в таком конвертере эмиттанса ионных пакетов, согласующегося с аксептансом МОП ВПМА, при длительности пакетов в единицы наносекунд.

12. Создан времяпролетный масс-спектрометр на основе сочетания МОП ВПМА с источником ионов "Электроспрей" и линейной ловушки с продольным выводом ионов.

13. Проведено экспериментальное исследование МОП ВПМА с импульсным конвертером на основе линейной ловушки, подтвердившее высокую эффективность конверсии в сочетании с разрешающей способностью до 50000 в полном диапазоне по массе.

14. Предложен принцип параллельного тандемного времяпролетного анализа в режиме «вложенных времен», позволяющий существенно повысить производительность анализа сложных смесей биополимеров.

15. Экспериментально продемонстрирована возможность использования предложенного МОП ВПМА в качестве первой ступени параллельного тандема, в котором одновременно достигаются высокая трансмиссия и большие времена разделения порядка 10 мс при низких энергиях ионов порядка 10 - 100 эВ.

16. Предложена, сконструирована и исследована СИД ячейка для быстрой фрагментации в параллельном времяпролетном тандеме, в которой достигаются высокая трансмиссия и малые уширения ионных пакетов порядка 30 - 40 мкс.

17. Проведена оценка возможностей анализа сложных смесей в МОП ВПМА с высокой разрешающей способностью. В единичном спектре идентифицированы сотни компонент в воздухе методом API и при анализе гидролизатов смеси протеинов методом ESI.

ПУБЛИКАЦИИ, ОТРАЖАЮЩИЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. A. Verentchikov, Tandem time of flight mass spectrometer and method of use Patent GB20020016438 (2002)

2. A. Verentchikov, M. Yavor, J.C. Mitchell, V. Artaev, Multireflecting time-offlight mass spectrometer and a method of use, Patent GB2403063 (2003)

3. A.N. Verentchikov, M.I. Yavor, Dynamic well in purely electrostatic periodic systems. // Extended abstract of 51s1 ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics (2003), TPJ 187, www.asms.org.

4. A.N. Verentchikov, Yu.I. Hasin, M.I. Yavor, Multireflecting time-of-flight mass analyzer retaining full mass range. // Extended abstract of 52nd ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics (2004), MPH 095 (www.asms.org').

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

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

7. М.И. Явор, А.Н. Веренчиков. Планарный многоотражательный времяпролетный масс-анализатор, работающий без ограничения диапазона масс. // Научное приборостроение, т. 14 № 2, (2004) 38-45.

8. А.Н. Веренчиков, М.И. Явор. Устойчивость ионного движения в периодических электростатических полях. // Научное приборостроение, т. 14 № 2, (2004) 46-58.

9. Ю.И. Хасин, А.Н. Веренчиков, М.А. Гаврик, М.И. Явор. Первые экспериментальные исследования планарного многоотражателыюго ВПМС. // Научное приборостроение, т. 14 № 2 (2004) 59-71.

10.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, т. 14, №2, (2004) 80-91.

11.А.В. Новиков, И.В. Назимов, В.А. Русанов, А.Н. Веренчиков, Н.В. Краснов. Контроль производства генно-инжинерного инсулина человека с помощью тандема «микроколоночный жидкостной хроматограф - масс-спектрометр» в режиме прямого ввода образца. // Научное приборостроение, т. 14, №2 (2004) 109-115.

12.А.Н. Веренчиков, Ю.И. Хасин, М.И. Явор, Б.Н. Козлов, Н.В. Краснов, Многоотражательные времяпролетные масс-спектрометрические приборы // Тезисы докладов 2-й Всероссийской конференции "Аналитические приборы", июль, 2005, СПб, Россия, с. 236.

13.B.N. Kozlov; A. Trufanov; M.Z. Muradumov; M.I. Yavor; D. Nikitina; A.N. Verentchikov, Linear Ion Trap with Axial Ejection as a Source for a TOF MS. // Abstract of extended Abstract on 53rd ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics, 2005 TOD 4:20pm (www.asms.org)

14. А.Н. Веренчиков, М.И. Явор, Ю.И. Хасин, М.А. Гаврик. Многоотражательный пленарный времяпролетный масс-аналнзатор. I. Анализатор для параллельного тандемного анализа. // ЖТФ, т. 75 № 1 (2005) 74-83.

15. А.Н. Веренчиков, М.И. Явор, Ю.И. Хасин, М.А. Гаврик. Многоотражательный планарный времяпролетный масс-анализатор. II. Режим высокого разрешения. // ЖТФ, т. 75 № 1 (2005) 84-88.

16.A.N. Verentchikov, M.I. Yavor, Y.I. Hasin, М.А. Gavrik. Multi-reflecting TOF analyzer for high resolution MS and parallel MS-MS. // Mass Spectrometry, v.2

(2005) 11-20.

17.М.И. Явор, Д.В. Никитина, А.Н. Веренчиков, А.П. Щербаков, Б.Н. Козлов. Расчет параметров ионного пучка, выходящего из газонаполненного радиочастотного квадруполя. // Научное приборостроение, т. 15 № 3 (2005) 40-53.

18. А.Н. Веренчиков, Б.Н. Козлов, М.И. Явор, А.С. Труфанов, Д.В. Никитина. Газонаполненная линейная квадрупольная ловушка с аксиальным выбросом как источник для многоотражателыюго свремяпролетного масс-спектрометра. // Научное приборостроение, т. 15 № 2 (2005) 95-111.

19. Ю.И. Хасин, А.Н. Веренчиков, М.А. Гаврик, М.И. Явор. Планарный времяпролетный анализатор в режиме многократных отражений и высокого разрешения. // Научное приборостроение, т. 15 № 2 (2005) 112120.

20. М.И. Явор, Д.В. Никитина, А.Н. Веренчиков, Б.Н. Козлов. Ионно-оптические свойства импульсного источника ионов на основе линейной газонаполненной ловушки. // Научное приборостроение, т. 15 № 4 (2005) 27-41.

21.А.Н. Веренчиков. Концепция многоотражателыюго масс-спектрометра с непрерывным источником ионов. // Научное приборостроение, т. 16 № 3

(2006) 3-20.

22.М.И. Явор, А.Н. Веренчиков. Сравнительный анализ многопроходных времяпролетных масс-анализаторов на основе зеркал и секторных полей. // Научное приборостроение, т. 16 № 3 (2006) 21-29

23.Ю.И. Хасин, М.А. Гаврик, М.И. Явор, Д.В. Алексеев, В.Н. Демидов, С.В. Максимов, М.З. Мурадымов, А.Н. Веренчиков. Планарный времяпролетный многоотражательный масс-спектрометр с ортогональным вводом из непрерывных источников ионов. // Научное приборостроение, т. 16 №3 (2006)30-39

24.Б.Н. Козлов, А.С. Труфанов, М.И. Явор, С.Н. Кириллов, Д.В. Алексеев, В.Н. Демидов, С.В. Максимов, М.З. Мурадымов, А.Н. Веренчиков, Многоотражательный времяпролетный масс спектрометр с ионной ловушкой на входе. // Научное приборостроение, т. 16 № 3 (2006) 40-48.

25.Б.Н. Козлов, Ю.И. Хасин, С.Н. Кириллов, А.С. Труфанов, М.А. Гаврик, А.Н. Веренчиков. Экспериментальное исследование эффектов объемного заряда в многоотражателыюм времяпролетном анализаторе. // Научное приборостроение, т. 16 № 3 (2006) 49-58.

26.М.З. Мурадымов, С.Н. Кириллов, И.В. Курнии, К.А. Беляев, С.В. Максимов, А.Д. Андреева, А.Н.Веренчиков. Измерение характеристик ионного пучка на выходе из газонаполненного квадруполя. // Научное приборостроение, т. 16 № 3 (2006) 59-66.

27.С.Н.Кириллов, А.В.Замятин, Д.В.Алексеев, В.Н.Демидов, С.В.Максимов, М.З.Мурадымов, А.Н.Веренчиков. Исследование ячейки для быстрой фрагментации и столкновительного охлаждения. // Научное приборостроение, т. 16 № 3 (2006) 67-79.

28.А.Н. Веренчиков, М.В. Апацкая, Я.И. Лютвинский, В.В. Макаров, Е.П. Подольская, Ю.И. Хасин, Интерпретация спектров атмосферной ионизации с высокой точностью измерения масс. // Научное приборостроение, т. 16 №3 (2006) 88-102.

29.В.В. Макаров, Я.И. Лютвинский, А.Н. Веренчиков. Алгоритм 1PEX-2D для извлечения информации о компонентах пробы из массивов данных ВЭЖХ-МС экспериментов протеомики. // Научное приборостроение, т. 16 № 3

(2006) 107-112.

30.Я.И. Лютвинский, В.В. Макаров, Б.Н. Козлов, Е.П. Подольская, А.С. Труфанов, М.В. Апацкая, И.А. Краснов, Н.В. Краснов, А.Н. Веренчиков, Оценка емкости масс-спектров высокого разрешения при анализе сложных смесей. // Научное приборостроение, т. 16 № 3 (2006) 113-121

31.Я.И. Лютвинский, В.В. Макаров, Н.В. Краснов, Е.П. Подольская, А.Н. Веренчиков. Частичная расшифровка аминокислотной последовательности пептида по его фрагментному масс-спектру: Алгоритм и результаты применения. // Научное приборостроение, т. 16 № 3 (2006) 122-131.

32.A.N.Verentchikov, Yu.I.Hasin, M.A.Gavrik, B.N.Kozlov, M.Z.Muradumov, A.Trufanov, M.I.Yavor, V.Artaev, Multireflecting TOF MS with ESI ion source. // Abstract of International Conference of Mass Spectrometry, Prague, 2006, August.

33.B.N. Kozlov, G. Galeev, M. Gavrik, Yu.Hasin, S. Kirillov, A. Monakhov, A. Trufanov, M. Yavor, A. Verentchikov, Spase Charge Effects in Multireflecting Time-of-Flight Mass Spectrometer. // Abstract of extended Abstract on 54rd ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics, (2006), MOC pm 3:40 (www.asms.org').

34.M. Yavor, A. Verentchikov, Yu. Hasin, B. Kozlov, M. Gavrik, A. Trufanov. Planar multi-reflecing mass analyzer with a jig-saw ion path. // Abstracts of 7th International Conference on Charged Particle Optics, Cambridge, 2006, p. 101102.

35. A. Verentchikov, A. Berdnikov, M. Yavor. Stable ion beam transportantion through periodic electrostatic structures: linear and non-linear effects. // Abstracts of 7lh International Conference on Charged Particle Optics, Cambridge, 2006, p.35.

Лицензия ЛР №020593 от 07.08.97

Подписано в печать 21.12.2006. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 2,0. Тираж 100. Заказ 1091b.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.: 550-40-14 Тел./факс: 297-57-76

Содержание диссертации автор исследовательской работы: доктора физико-математических наук, Веренчиков, Анатолий Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

Структура диссертации и основные положения, выносимые на защиту

ГЛАВА 1. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ БИОХИМИЧЕСКИХ МАСС

СПЕКТРОМЕТРОВ (ВМС)

Введение. Основные периоды развития ВМС

1.1. Первый период развития БМС - создание и оптимизация методов мягкой ионизации

1.1.1. Появление методов мягкой ионизации

1.1.2. Развитие метода ионизации ««Электроспрей»»

1.2. Второй период развития БМС - согласование метода мягкой ионизации ««Электроспрей»» с «химическими» масс-анализаторами

1.2.1. Магнитные статические анализаторы

1.2.2. Квадрупольные анализаторы

1.2.3. Трехмерные ионные ловушки

1.2.4. Приборы ион-циклотронного резонанса

1.3. Третий период развития БМС - развитие времяпролетных приборов в сочетании с методами мягкой ионизации

1.3.1. Развитие времяпролетных масс-спектрометров

1.3.2. Метод ортогонального ускорения

1.3.3. Времяпролетные масс-спектрометры с ионным источником MALDI

1.3.4. Биохимические приложения времяпролетной масс-спектрометрии с ионным источником MALDI

1.3.5. Биохимические приложения времяпролетной масс-спектрометрии с ионным источником ««Электроспрей»»

1.4. Четвертый период развития БМС - развитие тандемных масс-спектрометров с мягкой ионизацией

1.4.1. Тройной квадруполь (3 Q)

1.4.2. Тандем Q-TOF

1.4.3. Тандем TOF-TOF

1.4.4. Ионная ловушка (ITMS)

1.4.5. Тандем LIT-FTMS

1.4.6. Тандем LT-ORBITRAP

1.4.7. Промежуточные выводы

1.5. Пятый период развития БМС - разработка производительных МС

МС методов

1.5.1. Цепочка ионных ловушек

1.5.2. Ионная ловушка- ВПМС с параллельным анализом

1.5.3. Двойной ВПМС в режиме вложенных времен

1.5.4. Двойной ВПМС с быстрой фрагментной ячейкой

1.5.5. Другие типы производительных МС-МС тандемов

1.6. Высокопроизводительные приборы с идентификацией вещества на основе точного измерения массы. Метод «АМТ TAG»

1.7. Выводы главы

ГЛАВА 2. ИОННО-ОПТИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ МНОГООТРАЖАТЕЛЬНОГО ПЛАНАРНОГО

ВРЕМЯПРОЛЕТНОГО МАСС-АНАЛИЗАТОРА (МОПВПМА)

2.1. Сравнительный анализ многопроходных времяпролетных масс-анализаторов на основе зеркал и секторных полей

2.1.1. Ионные зеркала и секторные поля как элементы изохронных времяпролетных анализаторов

2.1.2. Выбор оптимального типа многопроходного времяпролетного анализатора

2.2. Организация устойчивого захвата ионов на большой длине пролета

2.2.1. Принцип устойчивости движения ионов в периодических электростатических полях

2.2.2. Линейная устойчивость движения ионов в периодических электростатических системах

2.2.3. Эффективный удерживающий потенциал

2.2.4. Нелинейная устойчивость движения в периодических электростатических системах

2.2.5. Периодические зеркальные системы

2.3. Концепция МОП ВПМА для высокоразрешающей масс-спектрометрии

2.3.1. Ионно-оптическая схема МОП ВПМА

2.3.2. Оценка времяпролетных аберраций и предельной разрешающей способности анализатора

2.4. Выводы по главе

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МОП

ВПМА С ТЕСТОВЫМ ИОННЫМ ИСТОЧНИКОМ

3.1. Этапы экспериментальных исследований

3.2. Первые экспериментальные исследования МОП ВПМА в режиме низких ионных энергий

3.2.1. Описание экспериментальной установки

3.2.2. Первые экспериментальные результаты

3.2.3. Исследование МОП ВПМА в составе масс-спектрометра

3.2.4. Настройка первого макета

3.2.5. Экспериментальная оценка аберраций анализатора

3.3. Исследования МОП ВПМА с тестовым источником ионов при средних энергиях

3.3.1. Экспериментальная установка

3.3.2. Устойчивость ионного движения и потери в анализаторе

3.3.3. Разрешающая способность в многоотражательном режиме 164 3.4. Результаты и выводы исследования МОП ВПМА с тестовым источником ионов

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ МОП ВПМА С НЕПРЕРЫВНЫМИ

ИСТОЧНИКАМИ ИОНОВ И ОРТОГОНАЛЬНЫМ УСКОРЕНИЕМ

4.1. Оценка пригодности метода ортогонального ускорения для МОП ВПМА

4.2. Расчет параметров ионного непрерывного ионного пучка выходящего из газонаполненного радиочастотного квадруполя

4.2.1. Равновесные распределения ионов в газонаполненном квадруполе

4.2.2. Параметры ионного пучка на выходе газонаполненного квадруполя

4.2.3. Эффективность захвата ионов в ортогональный ускоритель ВПМА

4.3. Измерение характеристик ионного пучка на выходе из газонаполненного квадруполя

4.3.1. Схема эксперимента

4.3.2. Энергетические распределения ионов за квадруполем

4.3.3. Измерения эмиттанса ионного пучка

4.3.4. Время трансмиссии ионов через проводник м определение 205 движущих сил

4.3.5. Промежуточные выводы

4.4. Схема прибора МОП ВПМА с ионным источником ««Электроспрей»» и ортогональным ускорителем

4.5. Разрешающая способность прибора в режиме полного диапазона

4.6. Разрешающая способность прибора в многопроходном режиме

4.7. Резервы повышения разрешающей способности

4.8. Точность измерения массы к заряду

4.9. Чувствительность МОП ВПМА с ортогональным ускорением

4.10. Выводы по главе

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЯ МОП ВПМА С ИМПУЛЬСНЫМ КОНВЕРТЕРОМ НА ОСНОВЕ ЛИНЕЙНОЙ ЛОВУШКИ С

ПРОДОЛЬНЫМ ВЫВОДОМ ИОНОВ

5.1. Концепция импульсного конвертера на основе ионной ловушки

5.1.1. Опыт использования ионных ловушек в качестве импульсных конвертеров для ВПМС

5.1.2. Описание МОП ВПМА с ловушечным конвертером

5.1.3. Требования к ловушечному конвертеру

5.2. Теоретическое исследование ловушечного конвертера

5.2.1.Метод моделирования

5.2.2. Режим работы конвертера

5.2.3. Удержание ионов в ловушке

5.2.4. Охлаждение ионов

5.2.5. Экстракция ионов

5.2.6. Выводы теоретических исследований

5.3. Многоотражательный времяпролетный масс-спектрометр с ионной ловушкой в качестве импульсного конвертера

5.3.1. Состав экспериментальной установки

5.3.2. Источник ионов и интерфейс

5.3.3. Вспомогательная ловушка

5.3.4. Квадрупольная ионная ловушка с аксиальным выталкиванием

5.3.5. Многоотражательный времяпролетный масс-анализатор

5.3.6. Синхронизация и режимы работы прибора

5.3.7. Примеры получаемых масс-спектров

5.3.8. Трансмиссия через анализатор

5.3.9. Точность измерения массы

5.4. Выводы по главе

ГЛАВА 6. ВРЕМЯПРОЛЕТНЫЙ ТАНДЕМ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ

МС-МС АНАЛИЗОМ

6.1. Концепция параллельного времяпролетного МС-МС анализа в режиме «вложенных времен»

6.2. Возможность долговременной сепарации в МОП ВПМА при низких ионных энергиях

6.2.1. Ионные потери при низких ионных энергиях

6.2.2. Факторы ухудшающие свойства анализатора при низких ионных энергиях

6.3. Исследование скоростной фрагментной ячейки

6.3.1. Описание экспериментальной установки

6.3.2. Результаты экспериментов

6.4. Выводы по главе

ГЛАВА 7. ИССЛЕДОВАНИЕ АНАЛИТИЧЕСКИХ

ВОЗМОЖНОСТЕЙ МОП ВП МАСС-СПЕКТРОМЕТРОВ 321 7.1. Интерпретация масс-спектров ионизации при атмосферном давлении API с ррт точностью масс

7.1.1. Схема экспериментальной установки

7.1.2. Спектры API на МОП ВПМС с высокой разрешающей способностью и большим динамическим диапазоном

7.1.3. Калибровка спектров и точность масс

7.1.4. Определение элементного состава ионов, полученных методом API

7.1.5. Выявление ионных серий

7.1.6. Оценка разрешающей способности масс-спектрометра, необходимой для определения точного элементного состава

7.1.7. Интерпретация ионных серий

7.1.8. Промежуточные выводы

7.2. Оценка возможностей МОП ВПМС при анализе сложных 343 протеомных смесей

7.2.1. Материалы и методы

7.2.2. Эффект высокой разрешающей способности при прямой инжекции пробы

7.2.3. Прямая стыковка МОП ВПМС с жидкостным хроматографом

7.2.4. Вычислительная оценка емкости спектров при высокой разрешающей способности

7.2.5. Промежуточные выводы

7.3. Выводы по главе

Введение диссертация по физике, на тему "Времяпролетная масс-спектрометрия биополимеров на основе планарных многоотражательных анализаторов"

В последнее десятилетие наблюдается взрывообразный прогресс в так называемой «науке о жизни» (life science), связывающей многочисленные области науки и практики, такие как медицина, фармацевтика и фундаментальная биохимия. В круг задач этой науки входят создание методов ранней диагностики болезней, создание принципиально новых лекарств и разработка новых методов лечения на основе понимания биохимических основ жизни, в настоящий момент сфокусированного на исследовании биохимичеких функций протеинов.

Успехи «науки о жизни» в значительной степени связаны с прогрессом в области аналитического приборостроения, прежде всего, с созданием современных инструментов для секвенирования ДНК и развитием биохимическоймасс-спектрометрии(ВМС). С созданием высокопроизводительных сиквенаторов стала возможной расшифровка генома человека и геномов более чем 200 организмов. В свою очередь знание последовательности ДНК определяет возможные аминокислотные последовательности протеинов и значительно облегчает идентификацию протеинов и их модификаций методами ВМС.

Стратегии «науки о жизни» сконцентрированы вокруг мощных возможностей ВМС. Так современная ВМС позволяет обнаруживать количественный отклик в составе протеинов на внешнее воздействие, определять состав протеиновых комплексов, исследовать распространение протеинов в различных тканях и физиологических средах, определять специфичность протеинов с потенциальными лекарствами с целью определения специфической биологической активности и токсичности лекарств. Кроме того, ВМС позволяет количественно и качественно обследовать метаболиты и малые молекулы в тканях, липиды, сахара и ДНК фрагменты малых размеров. ВМС применяется и для подтверждения состава синтетических лекарств и их сложных смесей в походах комбинаторной химии. БМС применяется и в процессе проверки лекарств на стадии клинических испытаний, когда обследуется кинетика вымывания лекарств и каналы их метаболизма.

История биохимической масс спектрометрии начиналась с создания методов мягкой ионизации, из которых выкристаллизовались два основных современных метода - Электроспрэй и MALDI, способных генерировать газофазные молекулярные ионы лабильных соединений. После неудачных попыток использования готовых «химических» масс-анализаторов к концу 80-х возникли специализированные времяпролетные масс-спектрометры для методов мягкой ионизации - MALDI-TOF и ESI-o-TOF. В результате широкого применения таких приборов была оценена сложность анализируемых смесей - до миллиона компонент в большом динамическом диапазоне до 8 порядков. До последнего времени анализ сложных смесей был возможен только методами тандемной (МС-МС) масс-спектрометрии, способной выделить минорные примеси на фоне биологических матриц и достоверно идентифицировать вещество по составу ионных фрагментов.

Сегодня можно говорить о наступлении нового периода БМС, когда для получения статистически достоверных биохимических ответов требуется существенное увеличение специфичности и производительности масс-спектрометрического анализа сложных смесей. Это обуславливает актуальность задачи существенного повышения основных аналитических характеристик биохимических масс спектрометров. К таким основным характеристикам относятся разрешающая способность, массовая точность, скорость и производительность анализа.

Можно выделить два перспективных подхода, для создания современных масс-спектрометрических приборов:

• Первый подход основан на анализе в тандеме жидкостной хроматограф (ХЖ) - высокоразрешающий масс спектрометр. Компоненты сложных смесей разделяются, а также идентифицируются по приведенному времени удержания в ХЖ и по точной массе молекулярных ионов.

• Второй подход, развитый в работах автора, основан на создании тандемных масс-спектрометров с параллельным анализом, то есть записью раздельных фрагментных спектров для множества ионных компонент одновременно, на один импульс ионного источника.

Оба подхода повышают производительность анализа на порядки по сравнению с существующими средствами тандемной масс-спектрометрии, где среднее время анализа составляет 1-3 секунды на компоненту смеси.

Для реализации обоих подходов была выбрана наиболее успешная в области БМС времяпролетная масс-спектрометрия. Одним из способов значительного улучшения характеристик времяпролетных приборов является существенное увеличение длины пролета, которое физически реализуется в многоотражательных схемах. Однако до недавнего времени многооборотные приборы не позволяли работать в полном диапазоне масс.

Для существенного улучшения параметров времяпролетных масс-спектрометров автором предложены новый тип масс анализатора -многоотражательный планарный времяпролетный масс-анализатор (МОП ВПМА), состоящий из планарных бессеточных зеркал и системы периодических электростатических линз. Такой анализатор позволяет долговременно удерживать ионные пучки на большой длине пролета, одновременно обеспечивая низкие пространственные и времяпролетные аберрации, тем самым, достигая высокой разрешающей способности. Поскольку ионные траектории не замкнуты, то одновременно и впервые в истории многоотражательных масс-анализаторов обеспечивается и полный массовый диапазон анализа.

На основе МОП ВПМА предложены, сконструированы и опробованы два новых типа приборов:

• высокоразрешающий многоотражательный масс спектрометр с высокой массовой точностью для одноступенчатого масс анализа и

СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ И ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ,

ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

Таким образом, цель диссертационной работы состоит в создании новых принципов многоотражательных времяпролетных масс-спектрометров, разработке приборов на основе этих принципов и исследовании этих приборов, подтверждающем значительное улучшение их основных аналитических характеристик.

Научная новизна работы заключается в следующем:

2. Предложена новая концепция многоотражательного планарного времяпролетного масс-анализатора (МОП ВПМА), работающего в полном диапазоне масс, на основе комбинации двумерных бессеточных ионных зеркал и системы периодических линз.

3. Предложена ионно-оптическая схема МОП ВПМА, обеспечивающая малые временные аберрации анализатора.

Ю.Предложена и испытана фрагментная ячейка для параллельного тандемного времяпролетного анализа, обеспечивающая скоростную фрагментацию, транспорт и релаксацию ионов на масштабе времен в десятки микросекунд.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Концепция и ионно-оптическая схема планарного многоотражательного времяпролетного многоотражательного масс-анализатора, работающего в полном диапазоне масс, на основе комбинации двумерных бессеточных ионных зеркал с периодическими линзами.

3. Сочетание многоотражательного времяпролетного анализатора с ионным источником типа "Электроспрей" на основе импульсных конвертеров типа ортогонального ускорителя и линейной ионной ловушки.

5. Экспериментальное подтверждение применимости планарного многоотражательного масс-анализатора и скоростной ячейки фрагментации для параллельного тандемного анализа.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения. Первая глава содержит историко-аналитический обзор литературы по биохимической масс-спектрометрии (ВМС). Рассмотрены современные тенденции ВМС, и поставлена задача диссертационного исследования -создания новых принципов и усовершенствованных приборов для времяпролетного масс спектрометрического анализа биополимеров.

Заключение диссертации по теме "Приборы и методы экспериментальной физики"

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 7

В главе рассмотрены три примера анализа сложных смесей с использованием высокоразрешающего МОП ВПМА с разрешающей способностью от 25 ООО до 50 ООО и точностью масс 1 ррш.

В первом примере, рассматриваются легкие (до 200 а.е.м.) ионы, присутствующие в спектрах ионизации воздуха в коронном разряде. В узком массовом диапазоне идентифицирована точная масса и элементный состав более 400 компонент.

Во втором случае экспериментально показано, что при прямой инжекции гидролизата смеси протеинов идентифицировано более 200 пептидов, и в результате корректно идентифицированы протеины смеси.

Расчет показывает, что предельная емкость спектров с разрешающей способностью в 70 000 - 100 000 составляет 1500 компонент. В соответствие с оценками, при использовании хроматографического разделения ультравысокого давления с емкостью до 1000 пиков ожидается, что полная емкость анализа составит до 1 000 000 компонент в течение 1 часового анализа. Такая емкость адекватна для анализа полных гидролизатов клеток.

Ожидаемая производительность ХЖ-МОП ВПМА анализа превышает производительность существующих ХЖ-МС-МС методов не менее чем на два порядка. С учетом необходимости массовых (102-104) анализов для получения статистически достоверных ответов, такое ускорение повышает шансы решения «реальных» биохимических задач за разумное время (102-104 часов).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, в ряде задач биохимии, фармакологии и медицины актуальной является задача анализа сложных смесей, содержащих до миллиона О компонент в большом динамическом диапазоне до 10, что требует существенного повышения производительности и специфичности анализа. Автором предложен новый многоотражательный планарный времяпролетный масс-анализатор (МОП ВПМА) с системой периодических электростатических линз. Такой масс-анализатор позволяет долговременно удерживать ионные пучки на большой длине пролета, одновременно достигая высокое качество времяпролетной фокусировки. На основе МОП ВПМА предложены, сконструированы и опробованы два новых типа приборов:

• высокоразрешающий масс спектрометр с высокой массовой точностью для одноступенчатого масс анализа; и

• времяпролетный тандем для проведения параллельного МС-МС анализа в режиме вложенных времен.

В результате исследований, изложенных в данной работе, выявлено, что новые типы биохимических масс спектрометров действительно позволяют на порядки величины повысить достоверность и производительность анализа для задач биохимии.

В работе получены следующие результаты и выводы:

2. Предложена концепция многоотражательного анализатора с высокой трансмиссией, основанного на сочетании планарных бессеточных ионных зеркал с периодической системой электростатических линз.

10. Для дальнейшего улучшения чувствительности масс-спектрометра предложен импульсный конвертер на основе линейной ловушки с продольным выводом ионов, обеспечивающий полное использование ионов из непрерывного источника.

18.МОП ВПМА использован для оценки возможностей анализа сложных смесей. В единичном спектре идентифицированы сотни компонент. Показано, что МОП ВПМА позволяет повысить производительность анализа сложных смесей более чем на порядок.

19.По результатам предварительного обследования компонент ожидается, что производительность МС-МС с параллельным анализом позволит повысить производительность МС-МС анализа на 2 порядка по сравнению с существующими тандемами.

20.Новая технология МОП ВПМА еще только опробована. Дальнейшее повышение параметров приборов, вероятно, будет связано со следующими усовершенствованиями:

• Увеличением длины траектории и ускоряющего напряжения;

• Использованием изохронных систем для криволинейного ввода и вывода ионов из МОП ВПМА анализатора;

• Увеличением рабочего цикла в методе ортогонального ускорителя за счет импульсной модуляции пучка; или разрешением проблем массовой точности в ловушечных накопителях;

• Стратегией по регулировке интенсивности ионного пучка;

• Комбинацией высокоразрешающих МОП ВПМА на обеих ступенях тандемного масс-спектрометра;

• Сочетанием МОП ВПМА с многоступенчатым разделением и, особенно в сочетании с мультиплексингом разделительных систем

• Применением дополнительного скоростного разделения в системах типа спектрометра ионной и дифференциальной подвижности;

• Расширением областей применения с использованием разнообразных методов ионизации и фрагментации.

В заключение автор выражает благодарность своим учителям в начале научной карьеры - Профессору Лидии Николаевне Галль и Валерию Ивановичу Николаеву из Института аналитического приборостроения РАН, Профессору Кену Стэндингу из университета Манитобы (Канада) и Доктору Марвину Весталу из компании Эплайд. Байосистемс (США), а также коллегам, которые щедро делились уникальным профессиональным опытом - Александру Макарову и Александру Подтележникову.

Список источников диссертации и автореферата по физике, доктора физико-математических наук, Веренчиков, Анатолий Николаевич, Санкт-Петербург

1. R.D. Macfarlane, D.F. Torgerson, К. Chung, R. Skowronski, A. Hassell. Plasma Desorption Mass Spectrometry // Cyclotron Institute Progress Report, Texas A&M University -1973 1974, pp. 78 80.

2. R.D. Macfarlane, D.F. Torgerson. PDMS Californium-252 plasma desorption mass spectroscopy IIScience- 1976-v. 191, pp. 920

3. A. Benninghoven, W. Sichtermann. Detection, identification, and structural investigation of biologically important compounds by secondary ion mass spectrometry II Anal. Chem.- 1978- v. 50, pp. 1180.

4. M. Barber, R.S. Bordoli, R.D. Sedgwick, A.N. Tyler. Fast Atom Bombardment of solids as an ion source in mass spectrometry // Nature 1981 - v. 293, pp. 270275.

5. F.J. Vastola, A.J. Pirone. II Adv. Mass Spectrom. 1968 - v. 4, pp. 107

6. Tanaka K. Tanaka, H. Waki, Y. Ido, et al. Protein and polymer analyses up to m/z 100 000 by laser ionization time-of-flight mass spectrometry II Rapid Commun. Mass Spectrom. -1988 v. 2, pp. 151.

7. M. Karas, F. Hillenkamp. Laser desorption ionization of proteins with molecular masses exceeding 10,000 daltons I I Analytical Chemistry- 1988 v. 60, pp. 22992301.

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

9. G.A. Clegg, M. Dole. Molecular Beams of Macrions -III // Biopolymers 1971 -v. 10№8, pp. 821 826.

10. M. Dole, H.L. Cox, J. Gienic. Electrospray Mass Spectrometry II Adv. Chem. -1975-Ser.1255.pp.73 84.

11. C.R. Blackley, M.L. Vestal. Thermospray Interface for LC/MS II Anal. Chem. -1983 v. 55, № 5, pp. 750 754.

12. B.A. Thomson, J.V. Iribarne. Field Induced Ion Evaporation from Liquid Surfaces at Atmospheric Pressure // J.Chem.Phys. 1979 - v. 71, № 11, pp. 4451 4463.

13. B.A. Thomson, J.V. Iriburne, P. Dziedzic. Liquid Ion Evaporation /Mass Spectrometry/ Mass Spectrometry for Detection of Polar Labile Molecules // Anal. Chem. -1982 v. 54, № 13, pp. 2219 2224.

14. J.V. Iribarne, P.J. Dziedic and B.A. Thomson. Atmospheric Pressure Ion Evaporation Mass Spectrometry // Int. J. Mass Spectrom. Ion Phys. 1983 - v. 50 pp. 331-347.

15. М.Л. Александров, Л.Н. Галль, Н.В. Краснов, В.И. Николаев, В.А. Шкуров и В.А. Павленко. Экстракция ионов из растворов при атмосферном давлении новый способ масс-спектрометрического анализа биоорганических веществ И ДАН- 1984 - т. 277, № 2, с. 379-383.

16. В.И. Николаев. Газодинамическое формирование квазимолекулярных пучков из жидкой фазы //Диссертация на соискание уч.степ.к.ф.-м.н. ЛПИ им. Калинина -1985 209 с.

17. M. Yamashita, J.B. Fenn. Electrospray Ion Source-Another Variation on the Free Jet Theme // J. Chem. Phys.-1984 v. 88, № 20, pp. 4451 4459.

18. J.B. Fenn, M.W. Craig, R.N. Dreyer, M. Yamashita. Electrospray Interlace for Liquid Chromatographs and Mass Spectrometers // Anal.Chem. 1985 - v. 57, № 3, pp. 675 679.

19. C.K. Meng, M. Mann, J.B. Fenn. Of Protons or Proteins // Z. Phys. -1988 v. 10, pp. 361 368.

20. S.E. Wong, C.K. Meng, J.B. Fenn. Multiple Charging in Electro-spray Ionization of Polyetilene Glycols // J.Phys.Chem. 1988 - v. 92, № 2, pp. 546 550.

21. 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

22. A.H. Веренчиков. Образование и транспортировка ионов в масс-спектрометрическом методе ионной экстракции из заряженного испаряющегося аэрозоля // Диссертация на соискание, уч. степ, к.ф.-м.н., ИАП АН СССР, Ленинград -1990 Россия, 120 стр.

23. А.Н. Веренчиков, JI.H. Галль, Ю.С. Куснер, В.И. Николаев, B.C. Приходько. Фокусировка электрогидро-динамической струи в сверхзвуковом газовом потоке II Письма в ЖТФ 1984 - №5, СССР с.281-287

24. M.JI. Александров, А.Н. Веренчиков, JI.H. Галль, Н.В. Краснов, В.И. Николаев, В.А. Шкуров. Устройство для ионизации веществ II АС СССР -1984-№1102409

25. M.L. Alexandrov, A.N. Verenchikov, L.N. Gall, N.V. Krasnov, Yu.S. Kusner, V.I. Nikolayev, V.A. Shkurov. Intense Molecular Beams of Nonvolatile and Labile Compounds // Proceedings ofXth Int.Symp. on Moleclar Beams, Ed by Devienne, Cannes -1985- 1-Е.

26. M.JI. Александров, А.Н. Веренчиков, JI.H. Галль, Н.В. Краснов, В.И. Николаев, В.А.Шкуров. Масс-спектрометрия с ионизацией при атмосферномдавлении // Сб. Масс-спектрометрш и химическая кинетика. Под ред. Тальрозе B.JI. М.: Наука -1985 - с. 314-319

27. А.Н. Веренчиков, Н.В. Краснов, В.И. Николаев, В.А. Шкуров. Устройство для транспорти-ровки вещества из жидкостного хроматографа в масс спектрометр И АС СССР -1985 №1208971

28. А.Н. Веренчиков, Н.В. Краснов, В.И. Николаев. Устройство для предотвращения разряда IIА С СССР №1251736 от 15 апреля -1986.

29. В.А. Бабаин, А.С. Бердников, А.Н. Веренчиков, Н.В. Краснов и др. Исследование растворов солей редкоземельных металлов методом ЭРИАД // Внутренний отчет №26849, АН СССР -1987 265 стр.

30. В.А. Бабаин, А.Н. Веренчиков, JI.H. Галль, Н.В. Краснов, В.И. Николаев, В.А. Шкуров. "Масс-спектрометрический метод анализа растворов содержащих соли редкоземельных металлов // АС СССР №362353 -1987.

31. А.Н. Веренчиков, К. Лубо-Луниченко, С.А. Масалов, В.И. Николаев, А.П Щербаков. Измерение распределений по размерам ЭГД аэрозоля // Сб. Научное Приборостроение. Научные труды НТО АН СССР, Л.: Наука 1987 -с. 64-71,

32. А.Н. Веренчиков, В.И. Николаев, И.В. Шаталов. Течение свободной разреженной струи, натекающей на конический скиммер // Сб. Динамика гомогенных и негомогенных течений, Ленинградский Университет -1987.

33. А.Г. Бородинов, А.Н. Веренчиков, А.В. Чуприков, А.П. Щербаков. Транспортировка ионного пучка в газодинамических ионных источниках. // Специальное Издание НТО АН СССР -1989 #28, 24 стр.

34. А.Н. Веренчиков, К.А. Долгов, Н.В. Краснов, В.И. Николаев, В.А Шаталов, А.П. Щербаков. Транспортировка Ионного пучка в струе натекающей на скиммер // Материалы IX Конф. по динамике разреженных газов -1987 -с. 126-127

35. В.А. Бабаин, А.С. Бердников, А.Н. Веренчиков, JT.H. Галль и другие. Методы и принципы анализа органических и биоорганических веществ // Ленинград, НТО АН СССР №01860053740 -1989 777 стр.

36. M.L. Alexandrov, A.N. Verenchikov, V.A. Shkurov , A.V. Chuprikov. Mechanism of Ion Formation in SIE AP Mass Spectrometry // Adv. Mass Spectrom. Mil, Heyden & Son, London -1989 pp.1706-1707.

37. A.N. Verenchikov, N.V. Krasnov, A.V. Chuprikov, A.P Scherbakov. Ion Beam Formation in API MS Systems // Adv. Mass Spectrom., Heyden & Son 1989 -№11 pp. 768-769.

38. A.N. Verenchikov, N.V. Krasnov, A.V. Chuprikov, V.A. Shkurov. SIE AP Mass Spectrometry Capabilities for Quantitative Measurements // Adv. Mass Spectrom., Heyden & Son, London -1989 -#11.

39. M.JT. Александров, А.Н. Веренчиков, Л.Н. Галль, Н.В. Краснов, В.А. Шкуров. Исследование механизма образования катионов в масс-спектрометрии ЭРИ АД // Научное приборостроение. Научные труды НТО АН СССР, Л: Нау-ка -1991 №2, с. 2-36.

40. M.L. Alexandrov, A.N. Verenchikov, L.N. Gall, N.V. Krasnov, V.I. Nikolayev V.A. Shkurov. Ion Beam Formation in Spray Techniques // Abstr. 12th 1MSC, Amsterdam -1991 p. 25.

41. A.N. Verenchikov, V.A. Shkurov. Field Evaporation of Multiple Charged Micro and Macroions 11 Abstr. 12th 1MSC, Amsterdam -1991 p. 26.

42. A.N. Verenchikov, A.I. Grigoryev, A.E. Lazaryantz, S.O. Shyryaeva. On the Machanism of Ion-Cluster-Drop Formation in Electrospray MS. // Abstr.l2th IMSC, Amsterdam -1991 p. 33.

43. A.N. Verenchikov, N.V. Krasnov, M.Z. Muradymov. Space Charge and Sensitivity in API MS II Abstr. 12th IMSC, Amsterdam -1991 WeA-A31. p. 31.

44. A.N. Verenchikov, A.Yu. Schadrin, A.V. Chuprikov. Evaluation of Ion Stability In Liquid and Gas Phase Using Method of Controllable Fragmentation. // Abstr. 12th IMSC, Amsterdam -1991 p. 14.

45. Т.Н. Covey, E.D. Lee, A.P. Bruins, J.B. Henion. Liquid Chromatography/ Mass Spectrometry // Anal.Chem. 1986 - v. 58, №14, p. 1451 A—1461 A.

46. J.D. Henion. Ion Spray Apparatus and Method // US 4861988 -1987.

47. S. Bajic. Electrospray and atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometer and ion source // US 5756994 -1996.

48. J.A. Apffel, M.H. Werlich, J.L. Bertsch. Orthogonal Ion Sampling for Electrospray LC/MS // US 5495108 -1996.

49. J.A. Apffel, M.H. Werlich, J.L. Bertsch, P.C. Goodley. Orthogonal Ion Sampling for APCI Mass Spectrometry // US 6278110 2001.

50. M.E. Hail, I.C. Mylchreest. Electorpray Ion Source and Interface Apparatus and Method // US 5,393975 1992.

51. S. Bajic. Electrospray and Atmospheric Pressure Chemical Ionization Mass Spectrometer and Ion Source // US 5756994 -1998.

52. 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.

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

54. P. Doberstein. Electrospray Ion source on Magnetic Sector Mass Spectrometer // Extended Abstracts of ASMS Conference -1993.

55. И.В. Надеждин-Чубинский, Ю.В. Куликов, А.Г. Каменев. Масс-спектрометрический изотопный анализ следовых количеств актинидов сприменением многоканального счетчика ионов. // Научное приборостроение -2001 т. 11, №3, сс. 43-51.

56. D.J. Douglas, J.B. French. Collisional focusing effects in radio frequency quadrupoles // J. Am. Soc. Mass Spectrom. -1992 v. 3, pp. 398.

57. T. Covey, D.J. Douglas. Collision cross sections for protein ions // J. Am. Soc. Mass Spectrom. -1993 v. 4, pp. 616.

58. R.G. Cooks, G.L. Glish, S.A. McLuckey. & E.R. Kaiser. Ion trap mass spectrometry // Chem. Eng. New si. -1991 v. 25, pp. 26 41.

59. A.A. Makarov. Resonance Ejection from the Paul Trap: A Theoretical Treatment Incorporating a Weak Octapole Field // Anal. Chem. 1996 - v. 68, pp. 4257-4263.

60. J.C. Schwartz, J.E.P. Syka et al. High Resolution on a Quadrupole Ion Trap Mass Spectrometer // J. Am.Soc. Mass Spectrom. -1991 v.2, pp.198-204.

61. S.T. Quarmby, R.A. Yost. Fundamental Studies of Ion Injection and Trapping of Electrosprayed Ions on a Quadrupole Ion Trap // Int. J. Mass Spectrom 1999 -v.190/191, pp. 81-102

62. J.C. Schwartz, M.W. Senko, J.E.P. Syka. A Two-dimensional Linear Ion Trap Mass Spectrometer, // J. Am.Soc. Mass Spectrom. 2002 - v. 13, pp. 659-669.

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

64. 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.

65. M.E. Belov, M.V. Gorshkov, H.R. Udseth, G.A. Anderson, R.D. Smith. Zeptomole-sensitivity electrospray ionization: Fourier transform ion cyclotronresonance mass spectrometry of proteins // Anal. Chem. 2000 -v. 10, pp. 2271 2279.

66. M.W. Senko, C.L. Hendrickson, M.R. Emmett, S.D.-H. Shi, A.G. Marshall. // J. Am. Soc. Mass. Spectrom. 1997 - v. 8, pp. 970.

67. A.E. Cameron, D.F. Eggers. An Ion "Velocitron" // Review Scientific Instruments -1948 v. 19, pp. 605.

68. Н.И. Ионов, Б.А. Мамырин. Масс-спектрометр с импульсным источником ионов. //ЖТФ -1953-т. 23, в. 11, сс. 2101-2103.

69. W.C. Willey, I.H. McLaren. Time-of-flight Mass Spectrometer with Improved Resolution. // Rev. Sci Instrum. -1955 v, 26, pp. 1150.

70. С.Г. Алиханов. Новый импульсный метод измерения масс ионов. // ЖЭТФ-1956 -т.31 №3, сс. 517-518

71. 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.

72. Б.А. Мамырин, В.И. Каратаев, Д.В. Шмикк, В.А. Загулин. Масс-рефлектрон. Новый безмагнитный времяпролетный масс-спектрометр с высокой разрешающей способностью. II ЖЭТФ -1973 т. 64, в. 1, сс. 82-89.

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

74. В.А. Mamyrin. Time-of-flight mass spectrometry (concepts, achievements, and prospects) // Int. J. of Mass Spectrom. 2001 - v. 206, pp. 251 266.

75. А.Н. Веренчиков, Н.В. Краснов, М.З. Мурадымов, Ю.И Хасин. Простая качественная модель времяпролетного масс-спектрометра // Научное приборостроение. 2002 - Т. 12, №4, сс. 63-69.

76. Т. Bergman, Н. Goehlich, Т.Р. Martin, Н. Schaber, G. Malegiannakis, High-resolution time of-flight mass spectrometers. Part II. Cross beam ion optics // Rev. Sci. Instrum. -1990 v. 61, pp. 2585-2991.

77. R. Grix, R. Kutscher, G. Li U. Gruner, H. Wollnik. A time-of-flight mass analyzer with high resolving power // Rapid Commun. Mass Spectrom. 1988 -V.2, #5 pp. 83-85 .

78. U. Boesl, J. Grotemeyer, K. Walter, E.W. Schlag. // Anal.Instrum. 1987 - v. 16 pp. 151.

79. J. Franzen. Method and Device for orthogonal ion injection into a. time-of-flight mass spectrometer // US5763878 -1996.

80. A. Makarov. A time-of-flight mass-spectrometer including an orthogonal accelerator // WO 01/11660 2001.

81. K.G. Standing. Timing the flight of biomolecules: a personal perspective // Int. J Mass Spectrom 2000 - v. 200, pp. 597 610.

82. A. Benninghoven. A Surface-analysis by Secondary-Ion Mass-Spectrometry (SIMS). Surface Science -1994 v. 299 (1-3): pp.246-260.

83. C.J. Moorman, J.Q Parmater. Time-of-flight mass spectrometer having linear and curved drift regions whose energy dispersion with time are mutually conpensatory // US3576992 -1971- Bendix Co.

84. 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.

85. H. Wollnik. Energy-isochronous time-of-flight mass analysers. // Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc. -1994 v. 131, pp.3 87-407.

86. 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.

87. M. Ishihara, M. Toyoda, T. Matsuo. Perfect Space and Time Focusing Ion Optics for Multiturn Time-of-flight Mass Spetrometers // lnt.J.Mass Spectrom. -2000- v. 197, pp. 179-189.

88. 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 MALDI // J. Mass Spectrom. 2004 - v. 39, pp. 86-90.

89. 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.

90. D. Okumura, M. Toyoda, M. Ishihara, I. Katakuse. Construction of a MALDI ion source for a Multi-Turn Time-of-Flight Mass Spectrometer // Extended Abstracts of ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics -2003.

91. T. Satoh, H. Tsuno, M. Iwanaga, Y. Kammei. // J. Am. Soc. Mass Spectrometry. -2005-v. 16, pp. 1969-1975.

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

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

94. H. Wollnik, A. Casares, D. Radford, M. Yavor. 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.

95. Su Ching-Shen. Multiple Reflection Type Time-of-flight Mass Spectrometer with two Sets of Parallel-plate Electrostatic Fields // International J of Mass Spectrom. and Ion Processes 1989 - v. 88, pp. 21-28.

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

97. М. Guilhaus. Principles and instrumentation in time-of-flight mass spectrometry. Physical and instrumental concepts // J Mass Spectrom. 1995 - v. 30, pp. 1519.

98. R.J. Cotter. Time-of-Flight Mass Spectrometry: Instrumentation and Applications in Biological Research // ACS, Professional Reference Books, Washington, DC -1997.

99. Frost and Sulivan Co. World Life Science Mass Spectrometry Markets // Market Analysis Report- March 2004 #66755.

100. А.Ф. Додонов, И.В. Чернушевич, Т.Ф. Додонова, В.В. Разников, B.JI. Тальрозе. Метод времяпролетного масс-спектрометрического анализа из непрерывных ионных пучков II AC No. 1681340А1 Февраль 1987.

101. A.F. Dodonov, M.V. Chernushevich, V.V. Laiko. Time-of-flight mass spectrometer with atmospheric pressure ionization // Proceedings of 12th International Mass Spectrometry Conference, Amsterdam August 1991 - v. 2630, pp. 153-155.

102. O.A. Mirgorodskaya, A.F. Dodonov, I.V. Chernushevich, et. al. Application of Time-of-flight mass spectrometer with orthogonal acceleration to analysis of peptides and proteins // Anal. Chem-1994 v. 66, pp. 112-126.

103. G.J. O'Halloran, R.A. Fluegge, J.F. Betts, W.L. Everett. Technical Documentary Report No. ASD-TDR-62-644 // The Bendix Corporation, Research Laboratory Division, Southfield- 1964 MI, Parts I, II.

104. W. Ens, K.G. Standing, A.N. Verentchikov. Digital and Analog Methods for Time-of-Flight Mass Spectrometry //presented on LeCroy meeting Jan. 1993.

105. A. Verentchikov, W. Ens, K.G. Standing. A Reflecting Time-of-Flight Mass Spectrometer with Orthogonally Injected Electrospray Ions // Extended Abstracts of ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics 1993 - p.4.

106. A.N. Verentchikov, W. Ens, K.G. Standing. Reflecting Time-of-Flight Mass Spectrometer with Electrospray Ion Source and Orthogonal Extraction // Anal. Chem. -1994 V.66, # 1,

107. A. Verentchikov, C. Blakley, S. Martin, M.Vestal. Confirmation of Protein Sequence by On-Line Coupling of LC with Orthogonal Injection Electrospray TOF-MS // Proceedings of the 42nd ASMS Conf -1994 p.773.

108. K.G. Standing, I. Chernushevich, W. Ens, A. Verentchikov. Time-of-Flight (TOF) Methods for Analysing Large Molecules // Extended Abstracts of ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics -1994 p. 1148.

109. A. Verentchikov, F. Hsieh, M. Tomany, S. Gabeler, M. Vestal, S. Martin. Comparison of a Quadrupole MS to a Reflectron TOF MS with Electrospray Ionization // Extended Abstracts of ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics -1995 p. 613.

110. A. Verentchikov, F. Hsieh, S. Gabeler, S. Martin, M. Vestal. Applications of ESI-TOF to LC-MS and CE-MS Characterizations of Biological Molecules // Extended Abstracts of ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics -1996-p. 285.

111. I.V. Chernushevich, A.N. Verentchikov, W. Ens, K.G. Standing. Effect of Ion-Molecule Collisions in the Vacuum Chamber of an Electrospray Time-of

112. Flight Mass Spectrometer on Mass Spectra of Proteins // J. Am. Soc. Mass Spectrom. -1996 v. 7, pp. 342-349.

113. A. Verentchikov, S. Gabeler, E. Takach, J. Peltier, M. Vetsal, S. Martin. A New Orthogonal TOF Optimized for Coupling with Chromatography // Proceedings of 44th ASMS Conf. 1997.

114. E. Takach, J. Peltier, A. Verentchikov, J. Zhou, M. Vestal, S. Martin. Identification of Biomolecules Using Electrospray Ionization TOF Mass Spectrometry //Proceedings of 44th ASMS Conf. -1997.

115. M. Lynch, E. Takach, T. Nadler, J. Peltier, G. Baurle, B. Loyd, A. Verentchikov, J. Zhou, N. Gordon, S. Martin, N. Gordon. Advantages to Coupling ESI Orthogonal Time-of-Flight MS with Chromatography // 14th Montreux Symp. onLC/MS- 1997.

116. A. Verentchikov, S. Martin, M. Vestal. Electrospary Ion Source with Low Volume Flow Split // Extended Abstracts of ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics 1998.

117. E. Takach, A. Verentchikov, S. Martin, J. Peltier. ESI-o-TOF for High Throughput Drug Analysis // Extended Abstracts of ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics 1998.

118. W.W. Carson, S.G. Gabeler, Y.L.F. Hsieh, S. Martin, M.J. Tommany, A. Verentchikov. Interface between Liquid Flow and Mas Spectrometer // US Patent 5917184 Feb 1996.

119. M. Frank. Highest data content together with highest throughput The Agilent 1200 series rapid resolution LC system and the Agilent 6210 time-of-flight MS. // LC GCEUROPE, - 2006 - v.35-36, Suppl. S.

120. T. Dresch, E. Gulcicek, C.M. Whitehouse. Ion storage time-of-flight mass spectrometer // US6020586 1997.

121. I. Chernushevich, B. Thomson. MS/MS scan method for a quadrupole/time-of-flight tandem mass spectrometer // US6507019 2001.

122. D.P. Myers, G. Li, P.P. Mahoney. An inductively coupled plasma time-of-flight mass spectrometer for elemental analysis. // J. Am. Soc. Mass Spectrom -1995-v. 6, #5, pp. 400-410.

123. R.C. Beavis, B.T. Chait. Cinnamic acid derivatives as matrices for ultraviolet laser desorption mass spectrometry of proteins // Rapid Commun. Mass Spectrom. 1989 - v. 3, pp. 432.

124. R. Zenobi. Ion Formation in MALDI Mass Spectrometry. // Mass Spectrom Revs. -1998 v. 17, pp. 337-366

125. A. Overberg, M. Karas, U. Bahr, R. Kaufmann, F. Hillenkamp. Matrix Assisted Infrared Laser (2.49um) Desorption/Ionization Mass Spectrometry of Large Biomolecules // Rapid. Commun. Mass Spectrom. 1990 - v. 4, pp. 293.

126. S. Berkenkamp, F. Hillenkamp. Infrared MALDI Mass Spectrometry of Large Nucleic Acids // Science -1998 v. 281, pp. 260.

127. D. Amott, J. Shbanovitz, D.Hunt. Construction and Performance of a Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometer System // Extended Abstracts of ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics -1991 pp. 328-329.

128. A. Holle, C. Kuster, J. Franzen. Method of Improving Resolution in Time-of-flight Mass Spectrometry // US5742049 1996.

129. R.S. Brown, J.J. Lennon. Mass Resolution Improvement by Incorporation of Pulsed Ion Extraction in a Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Linear Time-of-Flight Mass Spectrometer // Anal. Chem.- 1995- v. 67, pp. 1998.

130. M.L. Vestal, P. Juhasz, S.A. Martin. Delayed extraction matrix-assisted laser desorption time-of-flight mass spectrometry // Rapid Commun. Mass Spectrom. -1995-v. 9, pp. 1044.

131. M.L. Vestal. Time-of-flight mass spectrometry analysis of biomolecules. I I US Patent 6541765 1998.

132. A.N. Verentchikov, W. Ens, J. Martens, K.G. Standing. Experimental Study of Ion Ejection Processes in Matrix Assisted Laser Desorption // Proceedings of 40th ASMS Conf.on Mass Spectrom. And Allied Topics 1992 - p. 360-361.

133. J. Zhou, W. Ens, K.G. Standing, A.N. Verentchikov. Kinetic Energy Measurements of Molecular Ions Ejected into Electric Field by Matrix Assisted Laser Desorption // Rapid Comm. Mass Spectrom 1992 - V.6, pp. 671-678.

134. W. Ens, N. Pope-Schriemer, K.G. Standing, A.N. Verentchikov, J. Zhou. Investigation of Matrix Assisted Laser Desorption with Reflecting Time-of-Flight Mass Spectrometer // Proceedings of ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics 1992.

135. A. Verentchikov, I. Smirov, L. Haff, M.L. Vestal. Analytical Merits of Orthogonal MALDI in Analysis of Proteins and Nucleotides // Extended Abstracts of ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics -1999.

136. A. Verencthikov, I. Smirnov, M. Vestal. Mechanism of Ion Formation in Orthogonal MALDI with Collisional Damping // Extended Abstracts of ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics 1999.

137. A. Verentchikov, I. Smirnov, M.L. Vestal. Method and Apparatus for Determining Molecular Weight of Large Molecules // US Patent- filed 1999.

138. V. Laiko, S.C. Moyer, RJ. Cotter, Atmospheric pressure MALDI mass spectrometry, Anal. Chem. 2000 - v.72, pp. 5239-5243.

139. R. Aebersold, M. Mann. Mass spectrometry-based proteomics // Nature -2003-v. 422, pp. 198-207.

140. J.R.III Yates, A.L. McCormack, D. Schieltz, E. Carmack, A. Link. Direct analysis of protein mixtures by tandem mass spectrometry // J. Protein Chem. -1997-v. 16, pp. 495 497.

141. M. Mann, P. Hojrup, P. Roepstorff. Use of mass spectrometric molecular weight information to identify proteins in sequence databases // Biol. Mass Spectrom. 1993 - v. 22, pp. 338 345.

142. A. Shevchenko, M. Wilm, O. Vorm, M. Mann. Mass spectrometric sequencing of proteins silver-stained polyacrylamide gels // Anal. Chem. 1996 -v. 68, pp. 850 858.

143. A. Shevchenko, М. Wilm, М. Mann. Peptide sequencing by mass spectrometry for homology searches and cloning of genes // J. Protein Chem. -1997- v. 16, pp. 481 490.

144. P. Roepstorff, J. Fohlman. Proposal for a common nomenclature for sequence ions in mass spectra of peptides // Biomed. Mass Spectrom. 1984 - v. 11, pp. 601.

145. S. P. Gygi, Y. Rochon, B. R. Franza, R. Aebersold. Correlation between protein and mRNA abundance in yeast // Mol. Cell. Biol. 1999 - v. 19, pp. 1720 1730.

146. O.N. Jensen, A.V. Podtelejnikov, M. Mann. Identification of the components of simple protein mixtures by high-accuracy peptide mass mapping and database searching // Anal. Chem. 1997- v. 69, pp. 4741 4750.

147. R.M. Caprioli, T.B. Farmer, J. Gile. Molecular Imaging of Biological Samples: Localization of Peptides and Proteins Using MALDI-TOF MS // Anal. Chem. 1997- v.69, pp. 4751-4760

148. S.A. Schwartz; R. Weil, R.M. Caprioli. Identification of Potential Protein Biomarkers in Human Tumors Using MALDI-MS // Extended Abstracts of ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics 2001.

149. Lecchi, L.K. Pannell. The detection of intact double-stranded DNA by MALDI II J. Am. Soc. Mass Spectrom. 1995 - v. 6, pp. 972 - 975.

150. F. Hillenkamp, S. Berkenkamp, R. Cramer, V. Horneffer, C. Menzel, M. Schuerenberg, K. Strupat. MALDI-MS with other wavelenghts: Options, Potentials and Limitations // Extended Abstracts of ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics 1998.

151. F. Kirpekar, S. Berkenkamp, H. Liidemann, F. Hillenkamp. Double stranded DNA analysed by UV- and IR-MALDI-MS // Extended abstracts of ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics 1998.

152. J. C. Venter, M. D. Adams, E. W. Myers, et al. The sequence of the human genome // Science 2001 - v. 291, pp. 1304 1351.

153. K. Zhu, R. Hamler, J. Kim, D. Lubman, F. Miller. Characterization of breast cancer cells with liquid phase separation and mass spectrometry // Extended Abstracts of ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics 2001.

154. C. Nelson, L. Nelson, K. Ward, M. Leppert, R. Gesteland. Multiplex genotyping by analysis of PCR products using electrospray mass spectrometry //

155. Extended abstracts of ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics- 1998

156. S. Purvine, J.K. Eng, R. Aebersold, D.R. Goodlett, S. Stoliar. Shotgun Peptide Sequencing on an ESI-TOF Mass Spectrometer // Extended abstracts of ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics 1998

157. P.E. Miller, M.B. Denton. The quadrupole mass filter: basic operating concepts // J. Chem. Ed. -1986 v. 63, pp. 617 622.

158. M.S. Lee. LC/MS applications in Drug Development II J. Willey Interscience, NY- 2002

159. S. A. Carr, M. J. Huddleston, R. S. Annan. Selective detection and sequencing of phosphopeptides at the femtomole level by mass spectrometry /I Anal. Biochem.- 1996- v. 239, pp. 180 192.

160. M. Wilm, A. Shevchenko, T. Houthaeve, S. Breit, L. Schweigerer, T. Fotsis, M. Mann. Femtomole sequencing of proteins from polyacrylamide gels by nano-electrospray mass spectrometry // Nature 1996 - v. 379, pp. 466 469.

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

162. M.L. Vestal. The future of time of-flight mass spectrometry // Extended abstracts of ASMS Conferenceon Mass Spectrometry and Allied Topics 2002 -ThOF 3:40.

163. A. La Rotta, A.E. Hole, F. Hillenkamp. Single Scan MS/MS in MALDI-TOF. // Extended abstract of ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics. -2001.

164. J. Flensburg, D. Haid, J. Blomberg, J. Bielawski, D. Ivansson. Applications and performance of a MALDI-TOF mass spectrometer with quadratic field reflectron technology. J. Biochem. Biophys. Meth. 2004 - v. 60, pp.319-334.

165. T.J. Cornish, R.J. Cotter. High-order kinetic energy focusing in the end cup reflectron time-of-flight mass spectrometer // Anal. Chem. \991 - v. 69, pp. 4615-4618.

166. Schwartz, J.C.; Senko, M.W.; Syka, J.E.P. A two-dimensional quadrupole ion trap mass spectrometer///. Am. Soc. Mass Spectrom. 2002 - v. 13, 659-669.

167. R.G. Cooks, G.L. Glish, S.A. McLuckey, R.E. Kaiser. Ion trap mass spectrometry // Chem. Eng. Newsl. 1991 - v. 25, pp. 26 41.

168. J.R.III Yates, A.L. McCormack, D. Schieltz, E. Carmack, A. Link. Direct analysis of protein mixtures by tandem mass spectrometry // J. Protein Chem. -1997-v. 16, pp.495 497.

169. G. Marshall, C.L. Hendrickson, G.S. Jackson. Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry: a primer // Mass Spectrom. Rev. 1998 - v. 17, pp. 1 35.

170. R.D. Smith, L.Pasa-Tolic, M.S. Lipton, P.K. Jensen, G.A. Anderson, Y. Shen, T.P. Conrads, H.R. Udseth, R. Harkewicz, M.E. Belov, C. Masselon, T.D.

171. Veenstra. Rapid quantitative measurements of proteomes by Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry // Electrophoresis 2001 - v. 22, pp. 1652 1668.

172. M.W. Senko, C.L. Hendrickson, M.R. Emmett, S.D.-H. Shi, A.G. Marshall. External Accumulation of Ions for Enhanced Electrospray Ionization Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry // J. Am. Soc. Mass Spectrom. -1997 v. 8, pp. 970.

173. J.C. Schwartz, M.W. Senko. A Two-Dimensional Quadrupole Ion Trap Mass Spectrometer// J. Am. Soc. Mass. Spectrom. 2002 - v. 13, pp. 659 669.

174. M. Hardman, A.A. Makarov. Interfacing the Orbitrap Mass Analyzer to an Electrospray Ion Source // Anal. Chem. 2003 - v. 75, pp. 1699-1705.

175. A. Makarov, E. Denisov, A. Kholomeev, W. Balschun, O. Lange, K. Strupat, S. Horning. Performance Evaluation of a Hybrid Linear Ion Trap/Orbitrap Mass Spectrometer II Anal. Chem. 2006 - v. 78, pp. 2113-2120.

176. K.H. Kingdon. A Method for the Neutralization of Electron Space Charge by Positive Ionization at Very Low Gas Pressures // Phys. Rev. 1923 - v. 21, pp. 408-418.

177. Ю.К. Голиков, JI.H. Галь, M.JI. Александров, Е.Э. Печалина, H.A. Холин. 11 A.C. 1247973- 1986.

178. B.B. Reinhold, A. Verentchikov. Multiple stage mass spectrometer // US6483109 2002.

179. A. Verentchikov. Highly Sensitive Tandem Mass Spectrometer // Provisional Patent Filed October 1999.

180. J. Martens, W. Ens, K.G. Standing, A.N. Verentchikov. Secondary-Ion and Electron Production form Srfaces Bombarded by Large Polyatomic Ions // Rapid Comm. in Mass Spectrom 1992- v.6, pp. 147-157.

181. J. Martens, W. Ens, K.G. Standing, A.N. Verentchikov. Secondary Ion Desorption by Bombardment with Large Moleclar Ions // Proceedings of 4(fh ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics. 1992 - p. 458-459.

182. W. Ens, J. Martens, K.G. Standing, A.N. Verentchikov. Detection of Large Molecular Ions By Secondary Ion and Electron Emission // Proceedings of 4(fh ASMS Conferenceon Mass Spectrometry and Allied Topics. 1992- p. 1927.

183. A. Verentchikov, W. Ens, J. Martens, K.G. Standing. Detection of Large Molecular Ions by Secondary Ion and Secondary Electron Emission //Int. J.Mass Spectrom and Ion Processes 1993 - v. 126, pp. 75-83

184. G. Westmacott, W. Ens, K.G. Standing, A. Verentchikov. Detection of Large Molecular Ions by Secondary Ion and Electron Emission // Proceedings of the 41st ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics 1993 - p. 434.

185. A. Verentchikov, K. Hayden, M. Vestal. Tandem MALDI- TOF-o-TOF MS with Collisional Damping // Extended Abstracts of ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics 2000.

186. A. Verentchikov, M.L. Vestal, K.M. Hayeden. Tandem time-of-flight mass spectrometer with damping in collision cell and method for use // US6534764 -Filed 2000.

187. A. Verentchikov, J.M. Campbell. Preparation of ion pulse for time-of-flight and for tandem time-of-flight mass analysis // US6670606 Filed 2000.

188. Y. Gao, J. Wang, G. Javahaiy, B.A. Thomson, K.W.M. Siu. Ion Mobility Spectrometer with Radial Collisional Focusing // Anal. Chem. 2005 - v. 77, pp. 266-275.

189. A.V. Loboda. Ion Mobility Spectrometer incorporating an Ion Guide in Combination with an MS Device // US 2002/0070338 2002.

190. K. Nugent, H. Wang. Two dimensional tandem mass spectrometry. // US6870871 -2№

191. J.W. Hager. Quadrupole mass spectrometer with ion traps to enhance sensitivity I I US6504148 1999.

192. F.A. Londry, J.W. Hager. Mass Selective Axial Ion Ejection from a Linear Quadrupole Ion Trap //J. Am. Soc. Mass. Spectrom 2003 - v. 14, pp. 1130 1147.

193. C. Masselon, G.Anderson, R. Harkewicz, J. Bruce, L. Pasa-Tolic, R. Smith, Accurate Mass Multiplexed Tandem Mass Spectrometry for High-Throughput Polypeptide Identification from Mixtures // Anal. Chem. 2000 - v. 72, #8, pp. 1918-1924.

194. A.D. Norbeck, M.E. Monroe, J.N. Adkins, K.K. Anderson, D.S. Daly, R.D. Smith. The Utility of Accurate Mass and LC Elution Time Information in the Analysis of Complex Proteomes // J. Am. Soc. Mass. Spectrom. 2005 - v. 16, pp. 1239 1249.

195. J. Jacobs, M. Monroe, W. Qin, Y. Shen, G. Anderson, R. Smith. UltraSensitive, High Throughput, and Quantitative Proteomics Measurements // Int. J. Mass Spectrom. 2005 - v. 240, #3, pp. 195 212.

196. T. Liu, W. Qian, E. Strittmatter, D. Camp, G. Anderson, B. Thrall, R. Smith, High-Throughput Comparative Proteome Analysis Using a Quantitative Cysteinyl-Peptide Enrichment II Anal. Chem. 2004 - v. 76 #18, pp. 5345 5353.

197. T.P. Conrads, G.A. Anderson, T.D. Veenstra, L. Pasa-Tolic, R.D. Smith. Utility of Accurate Mass Tags for Proteome-Wide Protein Identification // Anal. Chem. 2000 - v. 72, #14, pp. 3349 -3354.

198. D. Kassel, T. Wang, L. Zeng. Method of Analyzing of a Plurality of Lluid Samples IIUS6066848- 1998.

199. R. Bateman, J.A. Hickson. Multi-Inlet Mass Spectrometer for Analysis of Liquid Samples by Electrospray or Atmospheric Pressure Ionization // US6410915 1999.

200. A.H. Веренчиков, E.B. Крылов, В.Б. Jlynny, А.Л. Макась, В.В. Первухин, В.А. Шкуров. Анализ ионного состава растворов с помощью газового анализатора ионов // Химический Анализ Окружающей Среды под Ред. Малахова, Новосибирск, Наука- 1991 стр. 127-134.

201. R. Guevremont, L. Ding, В. Ells, D.A. Barnett, R.W. Purves. Atmospheric Pressure Ion Trapping in a Tandem FAIMS-FAIMS Coupled to a TOFMS: Studies with Electrospray Generated Gramicidin S Ions // J. Am. Soc. Mass. Spectrom. 2001 - v. 12, pp. 1320 1330.

202. A. Verentchikov. Tandem time of flight mass spectrometer and method of use IIGB20020016438 2002.

203. A. Verentchikov, M. Yavor, J.C. Mitchell, V. Artaev. Multireflecting time-of-flight mass spectrometer and a method of use // GB2403063 2003.

204. A.N. Verentchikov, M.I. Yavor. Dynamic well in electrostatic periodic systems // Extended Abstracts of ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics- 2003.

205. M.A. Gavrik, R.A. Bublyaev, M.Z. Muradumov,Y.I. Hasin, N.V. Krasnov, A.N. Verentchikov. 3D effects in Dual Stage Ion MirrorAnalyzing Effects of

206. Geometry Distortions // Extended Abstracts of Int. Mass. Spectrom. Conf. Edinburg- 2003.

207. M.Z. Muradumov, Y.I. Hasin, N.V. Krasnov, M.I. Yavor, A.N. Verentchikov. Parameters of Continuous Ion Beam Coming out of Collisional Quadrupole // Extended Abstracts ofInt Mass Spectrom. Conf. Edinburg 2003.

208. M.Z. Muradumov , S. Davis, Yu. I. Hasin , N.V. Krasnov , A. Makarov, A.N. Verentchikov, Measuring Parameters of Continuous Ion Beam in Orthogonal TOF MS // Extended Abstracts of Int. Mass. Spectrom. Conf. Edinburg~ 2003.

209. A.N.Verentchikov, Yu.I. Hasin, M.I. Yavor. Multireflecting time-of-flight mass analyzer retaining full mass range // Extended Abstracts of ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics— 2004.

210. А.Н. Веренчиков, Н.В. Краснов, JI.H. Галль. Тандемные масс-спектрометры в биохимии // Научное приборостроение 2004 - т. 14 №2, 423.

211. А.Н. Веренчиков. Параллельный МС-МС анализ во времяпролетном тандеме. Постановка задачи, метод и схема прибора // Научное приборостроение 2004 - т. 14 № 2, 24-37.

212. М.И. Явор, А.Н. Веренчиков. Планарный многоотражательный времяпролетный масс-анализатор, работающий без ограничения диапазона масс // Научное приборостроение 2004 - т. 14 № 2, 38-45.

213. А.Н. Веренчиков, М.И. Явор. Устойчивость ионного движения в периодических электростатических полях // Научное приборостроение -2004- т. 14 №2, 46-58.

214. Ю.И. Хасин, А.Н. Веренчиков, М.А. Гаврик, М.И. Явор. Первые экспериментальные исследования планарного многоотражательного ВПМС // Научное приборостроение 2004 - т. 14 № 2, 59-71.

215. 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, 80-91.

216. А.Н. Веренчиков, Ю.И. Хасин, М.И. Явор, Б.Н. Козлов, Н.В. Краснов. Многоотражательные времяпролетные масс-спектрометрические приборы // Тезисы докладов 2-й Всероссийской конференции ".Аналитические приборы ", СПб, Россия июль 2005 - с. 236.

217. А.Н. Веренчиков, М.И. Явор, Ю.И. Хасин, М.А. Гаврик. Многоотражательный планарный времяпролетный масс-анализатор. I. Анализатор для параллельного тандемного анализа // ЖТФ 2005 - т. 75 №1, 74-83.

218. А.Н. Веренчиков, М.И. Явор, Ю.И. Хасин, М.А. Гаврик. Многоотражательный планарный времяпролетный масс-анализатор. И. Режим высокого разрешения IIЖТФ 2005 - т. 75 №1, 84-88.

219. A.N. Verentchikov, M.I. Yavor, Y.I. Hasin, М.А. Gavrik. Multi-reflecting TOF analyzer for high resolution MS and parallel MS-MS // Mass Spectrometry2005- v. 2, pp. 11-20.

220. М.И. Явор, Д.В. Никитина, А.Н. Веренчиков, А.П. Щербаков, Б.Н. Козлов. Расчет параметров ионного пучка, выходящего из газонаполненного радиочастотного квадруполя // Научное приборостроение 2005 - т. 15 №3, сс. 40-53.

221. Ю.И. Хасин, А.Н. Веренчиков, М.А. Гаврик, М.И. Явор. Планарный времяпролетный анализатор в режиме многократных отражений и высокого разрешения// Научное приборостроение 2005- т. 15, №2, сс. 112-120.

222. М.И. Явор, Д.В. Никитина, А.Н. Веренчиков, Б.Н. Козлов. Ионно-оптические свойства импульсного источника ионов на основе линейной газонаполненной ловушки // Научное приборостроение 2005 - т. 15, №4, сс. 27-41.

223. А.Н. Веренчиков. Концепция многоотражательного масс-спектрометра с непрерывным источником ионов //Научное приборостроение 2006-т. 16, №3, сс. 3-20.

224. М.И. Явор, А.Н. Веренчиков. Сравнительный анализ многопроходных времяпролетных масс-анализаторов на основе зеркал и секторных полей // Научное приборостроение 2006 - т. 16, №3, сс. 21-29.

225. Б.Н. Козлов, Ю.И. Хасин, С.Н. Кириллов, А.С. Труфанов, М.А. Гаврик, А.Н. Веренчиков. Экспериментальное исследование эффектов объемного заряда в многоотражательном времяпролетном анализаторе // Научное приборостроение 2006 - т. 16, №3, сс. 49-58.

226. С.Н. Кириллов, А.В. Замятин, Д.В. Алексеев, В.Н. Демидов, С.В. Максимов, М.З. Мурадымов, А.Н. Веренчиков. Исследование ячейки длябыстрой фрагментации и столкновительного охлаждения // Научное приборостроение 2006 - т. 16, №3, сс. 59-66.

227. М.З. Мурадымов, С.В. Кириллов, И.В.Курнин, К. Беляев, С.В. Максимов, А.Н. Веренчиков. Измерение характеристик ионного пучка на выходе из газонаполненного квадруполя // Научное приборостроение 2006 - т. 16, №3, сс. 67-79.

228. А.Н. Веренчиков, М.В. Апацкая, Я.И. Лютвинский, В.В. Макаров, Е.П. Подольская, Ю.И. Хасин. Интерпретация спектров атмосферной ионизации с высокой точностью измерения масс // Научное приборостроение 2006 - т. 16, №3, сс. 88-102.

229. В.В. Макаров, Я.И. Лютвинский, А.Н. Веренчиков. Алгоритм IPEX-2D для извлечения информации о компонентах пробы из массивов данных ВЭЖХ-МС экспериментов протеомики // Научное приборостроение 2006 -т. 16, №3, сс. 107-122.

230. Я.И. Лютвинский, В. Макаров, Н.В. Краснов, Е.П. Подольская, А.Н. Веренчиков. Алгоритм распознавания Сиквенс Тага // Научное приборостроение 2006- т. 16, №3, сс. 113-121.

231. A.N. Verentchikov, Yu.I. Hasin, М.А. Gavrik, B.N. Kozlov, M.Z. Muradumov, A. Trufanov, M.I. Yavor, V. Artaev. Multireflecting TOF MS with ESI ion source // Abstract of International Conference of Mass Spectrometry, Prague- August-2006.

232. M. Yavor, A. Verentchikov, Yu. Hasin, В. Kozlov, M. Gavrik, A. Trufanov. Planar multi-reflecing mass analyzer with a jig-saw ion path. // Abstracts of 7th International Conference on Charged Particle Optics, Cambridge, 2006 - p. 101-102.

233. A. Verentchikov, A. Berdnikov, M. Yavor. Stable ion beam transportation through periodic electrostatic structures: linear and non-linear effects. // Abstracts of 7th International Conference on Charged Particle Optics, Cambridge, 2006 -p.35.

234. Г.Вольник. Оптика заряженных частиц, СПб., Энергоатомиздат (1992).

235. D.Strasser, O.Heber, S.Goldberg, D.Zajfman, Self-bunching induced by negative effective mass instability in an electrostatic ion beam trap // J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys.- 2003 v.36, pp. 953-959.

236. H.B. Pederson, D. Strasser, B. Amarant, O. Heber, M.L. Rappaport, and D. Zaifman, Diffusion and synchronization in an ion-trap resonator. // Phys. Rev. A -2002 v.65, (el. issue 042704) pp. 1-18.

237. E.D.Courant M.S.Livingston, H.S.Snyder. The Strong-Focusing Synchroton — A New High Energy Accelerator // Phys. Rev. -1952 v.88, p. 1190-1196.

238. А. Бенфорд, Транспортировка пучков заряженных частиц, М.: Атомиздат, -1960 240 с.

239. Е. Harting, F.H. Read. Electrostatic lenses. Amsterdam: Elsivier, 1976, 322 p.

240. H.G. Dehmelt in: Advances in atomic and molecular physics, ed. R. Bates, vol. 3, Academic Press, NY -1967 pp. 53-72.

241. A.V. Tolmachev, H.R. Udseth, R.D. Smith, Charge Capacity Limitations of Radio Frequency Ion Guides in Their Use for Improved Ion Accumulation and Trapping in Mass Spectrometry II Anal. Chem. 2000 - v.72, p.970-978.

242. D.A. Dahl. SIMION 3D, version 7.0: User Manual, Idaho National Engin. Envir. Lab. 2000.

243. A.L. Rockwood. Stability conditions for multiply reflecting electrostatic ion traps// J. Am. Soc. Mass Spectrom -1999, v. 10. p. 241.

244. M. Силадьи, Электронная и ионная оптика, М.: Мир, 1990, 639 с.

245. D.P. Myers, G. Li, P.P. Mahoney, G.M. Hieftje, A plasma-source time-of-flight mass spectrometer for elemental analysis // J. Am. Chem. Soc.- 1996 v.6, pp. 400-410.

246. A.N. Krutchinsky, I.V. Chernushevich, V.L. Spicer, W. Ens, K.G. Standing.Collisional dampening interface for an electrospray ionization time-of-flight mass spetrometer // J.Am.Soc. Mass Spectrom. 2003 - v.38, ppl 125-1142.

247. М.А. Гаврик Экспериментальное исследование свойств планрного многоотражательного времяпролетного масс-анализатора. // Диссертация на соискание степени к.ф.-м.н., Ст. Петербург- 2005.

248. R.H.Bateman, J.Brown, A.J.Guilbert, Mass Spectrometer, // GB2388248 -2001.

249. R.H.Bateman, J.Brown, Mass Spectrometer, // GB2401243 2003.

250. H.J.Xu, M.Wada, J.Tanaka, H.Kawakami, I.Katayama, A New cooling and focusing device for an ion guide. // Nucl. Instrum. Meth. -1993 v. A333, p. 274.

251. 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. Instrum. Meth., -1997 v. B124, p.l 12.

252. C.M.Lock, E.W.Dyer, Simulation of ion trajectories through a high pressure radio frequency only quadrupole collision cell by SIMION 6.0. // Rapid Comm. Mass Spectrom.-1999 v.l3, p. 422.

253. M.Nappi, C.Weil, C.D.Cleven, L.A.Horn, H.Wollnik, R.G.Cooks, Simulation of ion trajectories through a high pressure radio frequency only quadrupole collisional cell by SIMION 6.0. // Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc. 1997 - v. 161, p. 271.

254. A.Kellerbauer, T.Kim, R.B.Moore, P.Varfalvy, Buffer gas cooling of ion beams. // Nucl. Instrum. Metk. 2001 - v. A469, p. 276.

255. S.Gronert, Estimation of effective ion temperatures in a quadrupole ion trap // J. Am. Soc. Mass Spectrom -1998 v. 9, p. 845.

256. М.А.Миллер. Изв. ВУЗ, Радиофизика -1958 том 1,111с.

257. B.M.Chien., S.M.Michael, D.M.Lubman. Detection of Electrospray Ionization Using a Quadrupole Ion Trap Storage/Reflectron Time-of-Flight Mass Spectrometer. II Anal. Chem. 1993 - v. 65, pp. 1916-1920.

258. B.M.Chien, S.M.Michael, D.M. Lubman, The design and performance of an ion trap storage-reflectron time-of-flight mass spectrometer. // Int. J. of Mass Spectrom. and Ion Processes 1994 - v.131, pp. 149-179.

259. R.E. March, J.F.J.Todd, Quadrupole Ion Trap Mass Spectrometry, Second edition, 2005. 346р. II Ed. Willey-Interscience; Series: Chemical Analysis, v. 165.

260. V. M.Doroshenko, RJ.A.Cotter, Pulsed Gas Introduction for Increasing Peptide CID Efficiency in a MALDI/Quadrupole Ion Trap Mass Spectrometer. // Anal. Chem. -1996 v. 68, No. 3, pp. 463-72.

261. A.Mordehai, A Novel Technique for Trapping Externally Produced Ions into an Ion Trap. // Extended abstracts of 45th ASMS Conference and Allied Topics, Palm Springs, California 1997.

262. E.Kawatoh, K.Tanaka, L.Ding, A.Smith, S.Kumashiro, A MALDI-Quadrupole Ion Trap-ToF Mass Spectrometer, // Extended Abstracts of ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics-1999.

263. R.L.Martin, L.Francesco, F.L. Brancia Analysis of high mass peptides using a novel matrix assisted laser desorption / ionization quadrupole ion trap time-of-flight mass spectrometer // Rapid Commun. Mass Spectrom. 2003 - v. 17, pp. 1358 1365.

264. B.A.Thomson, C.I.Jollife, Spectrometer with axial field. // US58473861997.

265. B.A.Thomson, C.I.Jollife, Quadrupole with axial DC field. // US61112501998.

266. S.Tanner, D.R.Bandura, V.Baranov, S.Beres, Controlling the temporal response of mass spectrometers for mass spectrometry. // WO 02071439 2002.

267. Лебедев A.T. Масс-спектрометрия в органической химии. М.: Бином, -2003 494 с.309. www.matrixscience.com