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• Lau Ibarra

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Cuádruplo Trampa de Iones (QIT) Hace casi 50 años, Paul Wolfgang describió un dispositivo para atrapar iones en fase gaseosa utilizando campos eléctricos, descubrimientos por el cual en el año 1989 fue galardonado con el premio nobel en Física. La QIT Está 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 través de una de las tapas. Mediante la aplicación de una combinación 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 expulsión de los iones del pozo de potencial en orden ascendente de la relación m/z y de esta forma detectándolos. El campo eléctrico se construye de tal manera que la fuerza sobre un ión es proporcional a su distancia desde el centro de la trampa. La trampa también se puede utilizar para almacenar selectivamente los iones con una m/z en particular y realizar otros experimentos como la fragmentación en varios pasos consecutivos. Principio: La QIT está basada en el mismo principio, del Cuádrupolo de masa, pero su geometría es diferente. Esta fue desarrollada casi simultáneamente con el Cuádruplo de masas. El principio de funcionamiento del QIT se basa en la creación de trayectorias estables de iones de un determinado m/z o rango de m/z, mientras que la eliminación de los iones no deseados ocurre al chocar estos con las paredes o por expulsión axial de la trampa debido a sus trayectorias inestables. Los iones pueden ser creados dentro de la QIT o más comúnmente fuera de esta. Un campo oscilante se forma dentro de la trampa el cual contiene los iones y está centrado en el mismo. Durante la inyección 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 energía cinética de los iones se disipa durante las repetitivas colisiones que sufren contra los átomos del gas de amortiguación. Esta presión constante de Helio como gas de amortiguación es usualmente mantenida en la celda para remover el exceso de energía de los iones que de lo contrario se repelen entre sí en la medida que sus trayectorias se vuelven inestables causando las pérdidas de iones de la trampa. Esta presión de funcionamiento relativamente baja tiene un impacto favorable en el coste del instrumento. Este método es especialmente adecuado para la inyección de iones de impulsos tales como MALDI donde la propagación de la velocidad inicial es bastante grande, generando que el paquete de iones a ser

inyectados tenga una dispersión m/z como en un analizador TOF aumentando así la eficiencia de captura. El Helio no sólo ayuda a la captura de los iones sino que también los enfría a través de las repetidas colisiones mencionadas anteriormente, obligando así a los iones ir hacia el centro de la trampa donde el campo del Cuádrupolo está mejor definido. La presencia de este también ha mejorado significativamente la sensibilidad y la resolución de masas. Por otra parte el gas de helio también puede ser utilizados para inducir la fragmentación cuando se está trabajando en el modo MSn . Solo del orden de 300-1000 iones o menos están atrapados en un momento dado, mas iones que estos disminuye la resolución 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 número optimo de iones. El tiempo necesario dependerá 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 relación masa/carga y asi ser expulsados de la trampa hacia un detector externo, este proceso se llama Mass elective Ejection. El análisis de masas de esta manera toma menos de un décimo de segundo y la resolución obtenida es comparable a la de un Cuádrupolo, sin embargo es posible escanear muy lentamente a lo largo de una ventana de masas (zoomscan) y este enfoque permite obtener hasta una resolución de 5000. Al aumentar el tiempo que los iones de una masa determinada gastan en la trampa de iones la resolución puede ser considerablemente mejorada. EN la mayoría 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 ión con m/z atrapado sea mayor que la relación del agua del aire y los iones del disolvente. Otra técnica importante adicional es la eyección por resonancia. En este método 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 función 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 así su dirección axial y finalmente se expulsan. Cuando la expulsión resonante se combina con un Scan RF los iones mas grandes se van moviendo a la posición del diagrama de estabilidad donde caen en resonancia con el voltaje de RF complementario aplicado y son expulsados. Mediante la aplicación del voltaje de RF suplementario durante la inyección es posible evitar que ciertos iones sean atrapados. Esto puede ser útil cuando se trabaja con

varias especies con grandes diferencias en abundancia. Eligiendo no atrapar la especie dominante permite obtener una mayor concentración de los otros, lo que aumenta la sensibilidad sin reducir el rendimiento. El voltaje de RF complementario también puede ser configurado para no contener todas las frecuencias sino una banda estrecha que corresponde a un rango de m/z obligando así a todos los iones fuera de este rango a salir de la trampa. Este modo de operación se denomina generalmente como el aislamiento de iones, y es el primer paso cuando se realiza MS/MS. La forma más común para detectar los iones es expulsarlos de la trampa y conducirlos a un detector que está situado fuera de la trampa. Parámetros de Rendimiento. Para instrumentos comerciales el poder de resolución típico esta alrededor de 30000 (FWHM) para m/z= 1500 Th. Sin embargo QITs son usualmente operados con un poder de resolución de masa de 2000. A menudo el instrumento está configurado para funcionar un poco mejor que la unidad de resolución debido a la disminución de la velocidad de exploración y de la sensibilidad viene de la mano con una resolución más alta. El QIT continúa sufriendo de problemas de precisión en la masa (en comparación con la alta resolución alcanzada). Al igual que con la resolución para obtener una mejor masa, la precisión, sensibilidad y velocidad tienen que ser reducidas. El intervalo de masas depende de la configuración del voltaje y de la frecuencia. Seleccionar una frecuencia más baja con el fin de ampliar la gama de m/z significa sacrificar resolución. Los rangos típicos de m/z son de 15 a 3000 Th. Estos Rangos m/z generalmente cubren la mayoría de los analitos cuando se emplea una fuente ESI pero para MALDI tiene un límite m/z superior incluso de 20KTh. La sensibilidad de QIT es bastante alta, por ejemplo niveles de péptidos en el rango bajo pueden ser detectados cuando se opera con un sistema LC. La sensibilidad puede ser aumentada aún más 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 más lejano. El número máximo 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 dinámico es pobre. Debido a la gama dinámica limitada del QIT no es particularmente un buen analizador para la cuantificación. En lo que se refiere a muestras puras el problema es menos pronunciado. Pero si el background está presente los iones de fondo podrían constituir una parte importante del

total de iones que entran al QIT y por tanto afectar la calidad de cuantificación. Resumen: Fortalezas:  Alta sensibilidad.  Multi-estado espectrometría de masas. (Análogo a experimentos FTICR)  Compacto (analizador de masas más pequeño)  Relativamente barato  Robusto  Opera a presión mucha más alta que otros analizadores, por lo que el sistema de vacío no necesita ser tan eficiente.  Versátil (puede ser configurado con cualquier otro analizador de masas) Debilidades:  Pobre cuantificación.  Está sujeto a efectos de carga espacial y reacciones de moléculas de iones.  La energía de colisión no esta bien definido en CID MS/MS. Rango de Masas y Resolución:  4000 m/z para los mejores instrumentos comerciales. Típicamente 2000 m/z.  Resolución máxima de a lo mejor 4000, pero un máximo típico es de 2500 y para pequeños y modelos mas baratos alrededor de 1000. Aplicaciones.  Benchtop GC/MS LC/MS.  MALDI a presión atmosferica.  MSn sistemas.  Sistemas hibridos. Popularidad: Aumentando rapidamente ya que el pequeño tamaño, el mejoramiento rapido de la tecnología y la habilidad de realizar MSn hace a la trampa de iones un paquete atractivo y muy adecuado para la miniaturización. Cuadrupolo 2D LIT.

La trampa de iones lineal de dos dimensiones es un desarrollo lógico del filtro de masa Q descrito anteriormente que mediante la imposición de los potenciales apropiados en la entrada y salida del Cuádrupolo. Los iones con un rango de m/z pueden ser atrapados dentro del campo cuadrupolar axial. En común con la QIT la LIT opera a presión relativamente alta 10 3 torr con helio como gas amortiguador. Este gas de colisión enfría los iones y también actúa como gas de colisión para MS/MS. LIT tiene ventajas sobre el QIT tales como que el volumen mas grande significa que más iones pueden estar contenidos dentro de la LIT antes que los efectos carga-espacio sean evidentes. Esto se traduce a un mayor rango dinámico y una mejora de la sensibilidad que conlleva a límites de detección más bajos para el análisis MS/MS. La eficiencia de captura también es mejorada, ya que los iones que entran en la trampa tienen que superar el potencial de captura solo en la sección frontal, una vez en la trampa los iones se colisionan y se enfrían por la interacción con el Helio y posteriormente carecen de la energía 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 través de la tapa para entrar en la trampa. Esto limita la eficiencia de captura del QIT a