Masspektrometrar används i stor utsträckning för att analysera mycket komplexa kemiska och biologiska blandningar. Skoltech-forskare har utvecklat en ny version av en masspektrometer som använder rotationsfrekvenser för joniserade molekyler i starka magnetfält för att mäta massor med högre noggrannhet (FT ICR). Teamet har designat en jonfälla som säkerställer den yttersta upplösningsförmågan i ultrastarka magnetfält. Forskningen publicerades i tidskriften Analytisk kemi .

Jonfällan är formad som en cylinder som består av elektroder, med elektriska och magnetiska fält som genereras inuti. De exakta massorna av testprovets joner kan bestämmas från deras rotationsfrekvenser. Elektroderna måste skapa ett harmoniserat fält av en speciell form så att jonerna roterar förutsägbart. En fälla med ett sådant fält kallas en Dynamically Harmonized Cell (DHC).

DHC uppfanns 2011 av Evgeny Nikolaev, en professor vid Skoltech Center for Computational and Data-intensive Science and Engineering (CDISE). Även om i verkligheten, cellens fält är av mycket komplex natur och är inte harmoniserat, för snabbt roterande joner i magnetfältet verkar det fortfarande som harmoniserat på grund av medelvärdeseffekten, därav cellens namn. Än så länge, den bästa fällan när det gäller spektrummätnoggrannhet, DHC har använts i stor utsträckning i forskning och kommersiella masspektrometrar med ett högt krav på noggrannhet och integrerat i den starkaste magnetfältmasspektrometern vid National High Magnetic Field Laboratory i Tallahassee, FL.

Superstarka magneter kostar tiotals miljoner dollar. Massmätningsnoggrannheten antas öka linjärt med magnetfältets styrka, men det gör det inte:i verkligheten, mönstret är icke-linjärt, och ökad noggrannhet är mycket långsammare än förväntat.

Forskarna antog att icke-linjäritet uppstår eftersom nivån av vakuum i cellen inte är tillräcklig, oavsett hur avancerade pumparna är. De utvecklade en fälla med båda ändar öppna för enkel evakuering av restgaser och gav den namnet "Zig-Zag Cell".

"Just nu, vårt labb tillverkar den nya cellen som vi kommer att använda för experiment för att kontrollera om våra antaganden och teoretiska förutsägelser är korrekta, och om de är det, fällan kommer att återställa det linjära förhållandet mellan masspektrummätningsnoggrannhet och magnetfältstyrka, vilket säkerställer högre noggrannhet vid mycket höga värden på magnetfältstyrka. Det faktum att noggrannheten ökar med en ökning av magnetfältstyrkan betyder att fällan potentiellt kommer att bidra till att skapa den mest exakta masspektrometern av alla, säger Anton Lioznov, en Ph.D. student på Skoltech.

Enligt studieledaren, Professor Evgeny Nikolaev, masspektrometrar med en ny typ av cell kommer att säkerställa högre noggrannhet för biologiska prover och komplexa blandningar, som olja, där även befintliga masspektrometrar av denna typ med DHC kan detektera upp till 400, 000 föreningar.