Att studera blandningarna som bildas av molekylära maskiner i celler, eller blandningarna som finns i en grundvattenplym kräver kraftfulla instrument. Forskare använder en av världens mest kraftfulla 21-Tesla Fourier-transformjoncyklotronresonansmasspektrometrar (21T FTICR MS) för att få svar. Instrumentet finns på EMSL, the Environmental Molecular Sciences Laboratory, en användaranläggning för US Department of Energy Office of Science. Två studier visar instrumentets potential. I en studie, EMSL-forskare skapade mer än 8, 000 molekylformeltilldelningar från blandningar av lösta organiska ämnen. I en annan, forskare identifierade och upptäckte snabbt nya typer av metallbindande molekyler som kallas sideroforer, tillverkad av bakterieceller.

Instrumentet kommer att låta forskare från hela världen ta itu med tidigare svårlösta frågor om hur blandningar av kemikalier och andra beståndsdelar interagerar, förvandlas över tid, och leda till större fenomen och vardagliga utmaningar. Dessa utmaningar inkluderar beteendet hos celler i en bioreaktor, rörelsen av föroreningar i underytan, och bildandet och omvandlingen av aerosolpartiklar som bidrar till atmosfäriska föroreningar.

Som den högsta masspektrometritekniken, FTICR MS har blivit allt mer värdefull de senaste åren för forskningsapplikationer. FTICR MS bestämmer mass-till-laddning-förhållandet för joner genom att mäta frekvensen med vilken joner roterar i ett magnetfält, ger ultrahög upplösning och noggrannhet för massmätning. 21T FTICR MS, som är en av bara två i världen med denna höga magnetiska fältstyrka, gick online på EMSL 2015. I en nyligen genomförd studie, ett team av EMSL-forskare utvärderade prestandavinster som skapats av denna höga magnetiska fältstyrka. De fann att detta nästa generations instrument möjliggör rutinanalys av stora intakta proteiner, mäter exakt den fina strukturen hos isotoper, och framkallar mer information än någonsin tidigare från komplexa blandningar av naturligt organiskt material. Den initiala prestandakarakteriseringen av 21T FTICR MS visar en enorm potential för framtida tillämpningar för extremt komplexa molekylära blandningar och system som ofta förekommer inom miljö, biologisk, atmosfärisk, och energiforskning. Dessutom, denna oöverträffade nivå av massupplösning och noggrannhet kommer att bidra till att främja utbredd användning av top-down proteomics – ett tillvägagångssätt som möjliggör noggrann karakterisering av olika proteinvarianter med olika biologisk aktivitet.

Som ett resultat, detta transformativa instrument kommer att göra det möjligt för användare från hela världen att ta itu med tidigare svårlösta frågor relaterade till atmosfäriska, markbundna, och underjordiska processer; mikrobiella samhällen; utveckling av biobränslen; och miljösanering.