Cudruplo Trampa de Iones (QIT)

Hace casi 50 aos, Paul Wolfgang describi un dispositivo para atrapar iones en fase gaseosa utilizando campos elctricos, descubrimientos por el cual en el ao 1989 fue galardonado con el premio nobel en Fsica. La QIT Est compuesta por un electrodo en forma de anillo con tapas curvas en la parte superior e inferior. Donde los iones se inyectan desde la fuente a travs de una de las tapas. Mediante la aplicacin de una combinacin de voltajes a las tapas del electrodo los iones son atrapados y almacenados en un pozo de potencial. Un espectro de masas es adquirido por la expulsin de los iones del pozo de potencial en orden ascendente de la relacin m/z y de esta forma detectndolos. El campo elctrico se construye de tal manera que la fuerza sobre un in es proporcional a su distancia desde el centro de la trampa. La trampa tambin se puede utilizar para almacenar selectivamente los iones con una m/z en particular y realizar otros experimentos como la fragmentacin en varios pasos consecutivos.

Principio:La QIT est basada en el mismo principio, del Cudrupolo de masa, pero su geometra es diferente. Esta fue desarrollada casi simultneamente con el Cudruplo de masas.El principio de funcionamiento del QIT se basa en la creacin de trayectorias estables de iones de un determinado m/z o rango de m/z, mientras que la eliminacin de los iones no deseados ocurre al chocar estos con las paredes o por expulsin axial de la trampa debido a sus trayectorias inestables.Los iones pueden ser creados dentro de la QIT o ms comnmente fuera de esta. Un campo oscilante se forma dentro de la trampa el cual contiene los iones y est centrado en el mismo.Durante la inyeccin la amplitud de la Radiofrecuencia principal puede ser considerada constante o cambiado. Con un voltaje de radiofrecuencia constante, donde los iones entran en un campo de captura activo, la energa cintica de los iones se disipa durante las repetitivas colisiones que sufren contra los tomos del gas de amortiguacin. Esta presin constante de Helio como gas de amortiguacin es usualmente mantenida en la celda para remover el exceso de energa de los iones que de lo contrario se repelen entre s en la medida que sus trayectorias se vuelven inestables causando las prdidas de iones de la trampa. Esta presin de funcionamiento relativamente baja tiene un impacto favorable en el coste del instrumento.Este mtodo es especialmente adecuado para la inyeccin de iones de impulsos tales como MALDI donde la propagacin de la velocidad inicial es bastante grande, generando que el paquete de iones a ser inyectados tenga una dispersin m/z como en un analizador TOF aumentando as la eficiencia de captura.El Helio no slo ayuda a la captura de los iones sino que tambin los enfra a travs de las repetidas colisiones mencionadas anteriormente, obligando as a los iones ir hacia el centro de la trampa donde el campo del Cudrupolo est mejor definido. La presencia de este tambin ha mejorado significativamente la sensibilidad y la resolucin de masas. Por otra parte el gas de helio tambin puede ser utilizados para inducir la fragmentacin cuando se est trabajando en el modo MSn .Solo del orden de 300-1000 iones o menos estn atrapados en un momento dado, mas iones que estos disminuye la resolucin alcanzable y menos reduce la sensibilidad, se utiliza un Short pre-scan para evaluar la longitud del tiempo necesario para llenar la celda con el nmero optimo de iones. El tiempo necesario depender de la oferta de la fuente por lo general es alrededor de medio segundo. Una vez que los iones son atrapados los potenciales del electrodo puede ser manipulados de manera que el movimiento de los iones se vuelva inestable en orden a su relacin masa/carga y asi ser expulsados de la trampa hacia un detector externo, este proceso se llama Mass elective Ejection. El anlisis de masas de esta manera toma menos de un dcimo de segundo y la resolucin obtenida es comparable a la de un Cudrupolo, sin embargo es posible escanear muy lentamente a lo largo de una ventana de masas (zoomscan) y este enfoque permite obtener hasta una resolucin de 5000. Al aumentar el tiempo que los iones de una masa determinada gastan en la trampa de iones la resolucin puede ser considerablemente mejorada.EN la mayora de los QIT comerciales los electrodos se llevan a un potencial de tierra y usualmente un solo potencial de RF se aplica al electrodo del anillo. Cuando la amplitud RF se ajusta a un llamado bajo voltaje de al almacenamiento todo los iones por encima de un cierto m/z son atrapados. Este voltaje es usualmente elegido por lo que el in con m/z atrapado sea mayor que la relacin del agua del aire y los iones del disolvente.Otra tcnica importante adicional es la eyeccin por resonancia. En este mtodo un voltaje de RF complementario se aplica a las tapas de los extremos con un cambio de 180 entre fases en las dos tapas. Los iones atrapados oscilan con frecuencias diferentes en funcin de su m/Z. para expulsar los iones de una cierta m/z un voltaje complementario con su frecuencia correspondiente se aplica. Los iones entran en resonancia con el potencial oscilante aumentando as su direccin axial y finalmente se expulsan. Cuando la expulsin resonante se combina con un Scan RF los iones mas grandes se van moviendo a la posicin del diagrama de estabilidad donde caen en resonancia con el voltaje de RF complementario aplicado y son expulsados. Mediante la aplicacin del voltaje de RF suplementario durante la inyeccin es posible evitar que ciertos iones sean atrapados. Esto puede ser til cuando se trabaja con varias especies con grandes diferencias en abundancia. Eligiendo no atrapar la especie dominante permite obtener una mayor concentracin de los otros, lo que aumenta la sensibilidad sin reducir el rendimiento.El voltaje de RF complementario tambin puede ser configurado para no contener todas las frecuencias sino una banda estrecha que corresponde a un rango de m/z obligando as a todos los iones fuera de este rango a salir de la trampa. Este modo de operacin se denomina generalmente como el aislamiento de iones, y es el primer paso cuando se realiza MS/MS. La forma ms comn para detectar los iones es expulsarlos de la trampa y conducirlos a un detector que est situado fuera de la trampa.

Parmetros de Rendimiento.Para instrumentos comerciales el poder de resolucin tpico esta alrededor de 30000 (FWHM) para m/z= 1500 Th. Sin embargo QITs son usualmente operados con un poder de resolucin de masa de 2000. A menudo el instrumento est configurado para funcionar un poco mejor que la unidad de resolucin debido a la disminucin de la velocidad de exploracin y de la sensibilidad viene de la mano con una resolucin ms alta.

El QIT contina sufriendo de problemas de precisin en la masa (en comparacin con la alta resolucin alcanzada). Al igual que con la resolucin para obtener una mejor masa, la precisin, sensibilidad y velocidad tienen que ser reducidas.El intervalo de masas depende de la configuracin del voltaje y de la frecuencia.Seleccionar una frecuencia ms baja con el fin de ampliar la gama de m/z significa sacrificar resolucin. Los rangos tpicos de m/z son de 15 a 3000 Th.Estos Rangos m/z generalmente cubren la mayora de los analitos cuando se emplea una fuente ESI pero para MALDI tiene un lmite m/z superior incluso de 20KTh.La sensibilidad de QIT es bastante alta, por ejemplo niveles de pptidos en el rango bajo pueden ser detectados cuando se opera con un sistema LC. La sensibilidad puede ser aumentada an ms con una mayor eficiencia de captura, ya que usualmente la mayor parte de los iones que entran en la trampa no son atrapados pero van directamente o golpean el extremo del casquillo ms lejano.El nmero mximo de iones en QIT se limita aproximadamente a 10 5 antes de que los efectos de espacio-carga afecten seriamente su rendimiento, por lo que el rango dinmico es pobre.Debido a la gama dinmica limitada del QIT no es particularmente un buen analizador para la cuantificacin. En lo que se refiere a muestras puras el problema es menos pronunciado. Pero si el background est presente los iones de fondo podran constituir una parte importante del total de iones que entran al QIT y por tanto afectar la calidad de cuantificacin.

Resumen:Fortalezas: Alta sensibilidad. Multi-estado espectrometra de masas. (Anlogo a experimentos FTICR) Compacto (analizador de masas ms pequeo) Relativamente barato Robusto Opera a presin mucha ms alta que otros analizadores, por lo que el sistema de vaco no necesita ser tan eficiente. Verstil (puede ser configurado con cualquier otro analizador de masas)

Debilidades: Pobre cuantificacin. Est sujeto a efectos de carga espacial y reacciones de molculas de iones. La energa de colisin no esta bien definido en CID MS/MS.

Rango de Masas y Resolucin: 4000 m/z para los mejores instrumentos comerciales. Tpicamente 2000 m/z. Resolucin mxima de a lo mejor 4000, pero un mximo tpico es de 2500 y para pequeos y modelos mas baratos alrededor de 1000.

Aplicaciones. Benchtop GC/MS LC/MS. MALDI a presin atmosferica. MSn sistemas. Sistemas hibridos.

Popularidad:

Aumentando rapidamente ya que el pequeo tamao, el mejoramiento rapido de la tecnologa y la habilidad de realizar MSn hace a la trampa de iones un paquete atractivo y muy adecuado para la miniaturizacin.

Cuadrupolo 2D LIT. La trampa de iones lineal de dos dimensiones es un desarrollo lgico del filtro de masa Q descrito anteriormente que mediante la imposicin de los potenciales apropiados en la entrada y salida del Cudrupolo. Los iones con un rango de m/z pueden ser atrapados dentro del campo cuadrupolar axial. En comn con la QIT la LIT opera a presin relativamente alta 10 3 torr con helio como gas amortiguador. Este gas de colisin enfra los iones y tambin acta como gas de colisin para MS/MS.LIT tiene ventajas sobre el QIT tales como que el volumen mas grande significa que ms iones pueden estar contenidos dentro de la LIT antes que los efectos carga-espacio sean evidentes. Esto se traduce a un mayor rango dinmico y una mejora de la sensibilidad que conlleva a lmites de deteccin ms bajos para el anlisis MS/MS. La eficiencia de captura tambin es mejorada, ya que los iones que entran en la trampa tienen que superar el potencial de captura solo en la seccin frontal, una vez en la trampa los iones se colisionan y se enfran por la interaccin con el Helio y posteriormente carecen de la energa necesaria para escapar del potencial de captura. En contraste con la QIT donde solo hay una estrecha ventana de tiempo en la que la amplitud y el voltaje de RF son tales que los iones pueden pasar a travs de la tapa para entrar en la trampa. Esto limita la eficiencia de captura del QIT a