फूरियर-परिवर्तन आयन साइक्लोट्रॉन अनुनाद

Fourier transform ion cyclotron resonance

Acronym	FTICR
Classification	Mass spectrometry
Other techniques
Related	Ion trap Quadrupole ion trap Penning trap Orbitrap

फूरियर-ट्रांसफॉर्म आयन साइक्लोट्रॉन अनुनाद द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री आयन साइक्लोट्रॉन अनुनाद के आधार पर आयनों के द्रव्यमान-से-चार्ज अनुपात (एम/जेड) को निर्धारित करने के लिए प्रकार का द्रव्यमान विश्लेषक (या द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर) है। निश्चित चुंबकीय क्षेत्र में आयन। आयन एक पेनिंग जाल (इलेक्ट्रिक ट्रैपिंग प्लेटों वाला चुंबकीय क्षेत्र) में फंस जाते हैं, जहां वे चुंबकीय क्षेत्र के ऑर्थोगोनल दोलनशील विद्युत क्षेत्र द्वारा बड़े साइक्लोट्रॉन त्रिज्या के लिए (अपने गुंजयमान साइक्लोट्रॉन आवृत्तियों पर) उत्तेजित होते हैं। उत्तेजना क्षेत्र हटा दिए जाने के बाद, आयन चरण में अपनी साइक्लोट्रॉन आवृत्ति पर (आयनों के पैकेट के रूप में) घूम रहे हैं। जैसे ही आयनों के पैकेट उनके करीब से गुजरते हैं, ये आयन इलेक्ट्रोड की जोड़ी पर चार्ज (एक छवि धारा के रूप में पहचाना गया) उत्पन्न करते हैं। परिणामी संकेत को मुक्त प्रेरण क्षय (एफआईडी), क्षणिक या इंटरफेरोग्राम कहा जाता है जिसमें साइन तरंगों का सुपरपोजिशन होता है। मास स्पेक्ट्रम देने के लिए फूरियर रूपांतरण करके इस डेटा से उपयोगी सिग्नल निकाला जाता है।

इतिहास

एफटी-आईसीआर का आविष्कार मेल्विन बार्नेट कॉमिसारो|मेल्विन बी. कॉमिसारो ने किया था और ब्रिटिश कोलंबिया विश्वविद्यालय में एलन जी. मार्शल। पहला पेपर 1974 में रासायनिक भौतिकी पत्र में छपा। इसकी प्रेरणा पारंपरिक आईसीआर और न्यूक्लियर मैग्नेटिक रेजोनेंस#फूरियर-ट्रांसफॉर्म स्पेक्ट्रोस्कोपी|फूरियर-ट्रांसफॉर्म न्यूक्लियर मैग्नेटिक रेजोनेंस (एफटी-एनएमआर) स्पेक्ट्रोमेट्री में पहले का विकास था। मार्शल ने ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी और फ्लोरिडा स्टेट यूनिवर्सिटी में तकनीक विकसित करना जारी रखा है।

सिद्धांत

रैखिक आयन जाल - फूरियर-ट्रांसफॉर्म आयन साइक्लोट्रॉन अनुनाद द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर (चुंबक के चारों ओर के पैनल गायब हैं)

एफटीआईसीआर की भौतिकी कम से कम पहले सन्निकटन में साइक्लोट्रॉन के समान है।

सबसे सरल आदर्श रूप में, साइक्लोट्रॉन आवृत्ति और द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात के बीच संबंध दिया गया है

$f={\frac {qB}{2\pi m}},$

जहाँ f = साइक्लोट्रॉन आवृत्ति, q = आयन आवेश, B = चुंबकीय क्षेत्र की ताकत और m = आयन द्रव्यमान।

इसे अक्सर कोणीय आवृत्ति में दर्शाया जाता है:

$\omega _{\text{c}}={\frac {qB}{m}},$

कहाँ $\omega _{\text{c}}$ कोणीय आवृत्ति है, जो परिभाषा के अनुसार आवृत्ति से संबंधित है $f={\frac {\omega }{2\pi }}$.

आयनों को अक्षीय दिशा में फंसाने के लिए उपयोग किए जाने वाले चतुष्कोणीय विद्युत क्षेत्र के कारण, यह संबंध केवल अनुमानित है। अक्षीय विद्युत ट्रैपिंग के परिणामस्वरूप (कोणीय) आवृत्ति के साथ ट्रैप के भीतर अक्षीय दोलन होता है

$\omega _{\text{t}}={\sqrt {\frac {q\alpha }{m}}},$

कहाँ $\alpha$ लयबद्ध दोलक के स्प्रिंग स्थिरांक के समान स्थिरांक है और लागू वोल्टेज, ट्रैप आयाम और ट्रैप ज्यामिति पर निर्भर है।

विद्युत क्षेत्र और परिणामी अक्षीय हार्मोनिक गति साइक्लोट्रॉन आवृत्ति को कम कर देती है और मैग्नेट्रॉन गति नामक दूसरी रेडियल गति का परिचय देती है जो मैग्नेट्रोन आवृत्ति पर होती है। साइक्लोट्रॉन गति अभी भी उपयोग की जाने वाली आवृत्ति है, लेकिन इस घटना के कारण उपरोक्त संबंध सटीक नहीं है। गति की प्राकृतिक कोणीय आवृत्तियाँ हैं

$\omega _{\pm }={\frac {\omega _{\text{c}}}{2}}\pm {\sqrt {\left({\frac {\omega _{\text{c}}}{2}}\right)^{2}-{\frac {\omega _{\text{t}}^{2}}{2}}}},$

कहाँ $\omega _{\text{t}}$ अक्षीय विद्युत ट्रैपिंग के कारण अक्षीय ट्रैपिंग आवृत्ति है और $\omega _{+}$ कम साइक्लोट्रॉन (कोणीय) आवृत्ति है और $\omega _{-}$ मैग्नेट्रोन (कोणीय) आवृत्ति है। दोबारा, $\omega _{+}$ इसे आम तौर पर एफटीआईसीआर में मापा जाता है। इस समीकरण का अर्थ इस मामले पर विचार करके गुणात्मक रूप से समझा जा सकता है $\omega _{\text{t}}$ छोटा है, जो सामान्यतः सत्य है। उस स्थिति में रेडिकल का मान इससे थोड़ा ही कम होता है $\omega _{\text{c}}/2$, और का मूल्य $\omega _{+}$ से थोड़ा ही कम है $\omega _{\text{c}}$ (साइक्लोट्रॉन आवृत्ति थोड़ी कम हो गई है)। के लिए $\omega _{-}$ मूलांक का मान समान (थोड़ा सा कम) है $\omega _{\text{c}}/2$), लेकिन इसे घटाया जा रहा है $\omega _{\text{c}}/2$, जिसके परिणामस्वरूप छोटी संख्या बराबर होती है $\omega _{\text{c}}-\omega _{+}$ (अर्थात वह मात्रा जिससे साइक्लोट्रॉन आवृत्ति कम हो गई थी)।

इंस्ट्रुमेंटेशन

एफटीआईसीआर-एमएस अन्य मास स्पेक्ट्रोमेट्री तकनीकों से काफी अलग है जिसमें आयनों का पता इलेक्ट्रॉन गुणक जैसे डिटेक्टर से टकराकर नहीं लगाया जाता है, बल्कि केवल डिटेक्शन प्लेटों के पास से गुजरकर लगाया जाता है। इसके अतिरिक्त द्रव्यमानों का समाधान अन्य तकनीकों की तरह अंतरिक्ष या समय में नहीं किया जाता है, बल्कि केवल आयन साइक्लोट्रॉन अनुनाद (घूर्णी) आवृत्ति द्वारा किया जाता है जो प्रत्येक आयन चुंबकीय क्षेत्र में घूमते समय पैदा करता है। इस प्रकार, अलग-अलग आयनों का पता अलग-अलग स्थानों पर नहीं लगाया जाता है जैसे सेक्टर उपकरणों के साथ या अलग-अलग समय पर उड़ान के समय के उपकरणों के साथ, लेकिन सभी आयनों का पता लगाने के अंतराल के दौरान साथ पता लगाया जाता है। यह फेलगेट के लाभ के सिद्धांतों के कारण देखे गए सिग्नल-टू-शोर अनुपात में वृद्धि प्रदान करता है।एफटीआईसीआर-एमएस में, चुंबक की ताकत (टेस्ला (इकाई) में) बढ़ाकर या पता लगाने की अवधि बढ़ाकर रिज़ॉल्यूशन में सुधार किया जा सकता है।

कोशिकाएं

एक बेलनाकार ICR सेल. कोशिका की दीवारें तांबे से बनी होती हैं, और आयन दाहिनी ओर से कोशिका में प्रवेश करते हैं, ऑक्टोपोल आयन गाइड द्वारा प्रेषित होते हैं।

विभिन्न सेल ज्यामिति की उनके विशिष्ट इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के साथ समीक्षा साहित्य में उपलब्ध है। हालाँकि, ICR कोशिकाएँ निम्नलिखित दो श्रेणियों में से से संबंधित हो सकती हैं: बंद कोशिकाएँ या खुली कोशिकाएँ।

विभिन्न ज्यामितियों के साथ कई बंद आईसीआर कोशिकाओं का निर्माण किया गया और उनके प्रदर्शन की विशेषता बताई गई है। आयनों को अक्षीय रूप से (चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के समानांतर) फंसाने के लिए अक्षीय विद्युत क्षेत्र को लागू करने के लिए ग्रिड का उपयोग अंत कैप के रूप में किया गया था। आयनों को या तो कोशिका के अंदर उत्पन्न किया जा सकता है या बाहरी आयन स्रोत से कोशिका में इंजेक्ट किया जा सकता है। सकारात्मक और नकारात्मक दोनों आयनों को साथ फंसाने के लिए ग्रिड की दोहरी जोड़ी के साथ नेस्टेड आईसीआर कोशिकाओं का निर्माण भी किया गया था।

सबसे आम ओपन सेल ज्यामिति सिलेंडर है, जो रिंग के आकार में इलेक्ट्रोड उत्पन्न करने के लिए अक्षीय रूप से खंडित होता है। केंद्रीय रिंग इलेक्ट्रोड का उपयोग आमतौर पर रेडियल उत्तेजना विद्युत क्षेत्र को लागू करने और पता लगाने के लिए किया जाता है। चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के साथ आयनों को फंसाने के लिए टर्मिनल रिंग इलेक्ट्रोड पर डीसी विद्युत वोल्टेज लगाया जाता है। विभिन्न व्यास के रिंग इलेक्ट्रोड वाले खुले बेलनाकार सेल भी डिजाइन किए गए हैं। वे न केवल दोनों आयन ध्रुवों को साथ पकड़ने और उनका पता लगाने में सक्षम साबित हुए, बल्कि वे रेडियल रूप से सकारात्मक और नकारात्मक आयनों को अलग करने में भी सफल रहे। इसने नई कोशिका के अंदर साथ फंसे सकारात्मक और नकारात्मक आयनों के बीच गतिज आयन त्वरण में बड़ा भेदभाव प्रस्तुत किया। आयन-आयन टकराव अध्ययन के लिए हाल ही में कई आयन अक्षीय त्वरण योजनाएं लिखी गईं।

संग्रहीत तरंगरूप व्युत्क्रम फूरियर रूपांतरण

स्टोर्ड-वेवफॉर्म व्युत्क्रम फूरियर ट्रांसफॉर्म (स्विफ्ट) एफटीएमएस के लिए उत्तेजना तरंगों के निर्माण की विधि है। टाइम-डोमेन उत्तेजना तरंग का निर्माण उपयुक्त आवृत्ति-डोमेन उत्तेजना स्पेक्ट्रम के व्युत्क्रम फूरियर रूपांतरण से होता है, जिसे चयनित आयनों की अनुनाद आवृत्तियों को उत्तेजित करने के लिए चुना जाता है। स्विफ्ट प्रक्रिया का उपयोग अग्रानुक्रम मास स्पेक्ट्रोमेट्री प्रयोगों के लिए आयनों का चयन करने के लिए किया जा सकता है।

अनुप्रयोग

फूरियर-ट्रांसफॉर्म आयन साइक्लोट्रॉन रेजोनेंस (एफटीआईसीआर) मास स्पेक्ट्रोमेट्री उच्च-रिज़ॉल्यूशन तकनीक है जिसका उपयोग उच्च सटीकता के साथ द्रव्यमान निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। एफटीआईसीआर-एमएस के कई अनुप्रयोग सटीक द्रव्यमान के आधार पर अणुओं की संरचना निर्धारित करने में मदद के लिए इस द्रव्यमान सटीकता का उपयोग करते हैं। यह तत्वों के द्रव्यमान दोष के कारण संभव है। एफटीआईसीआर-एमएस मास स्पेक्ट्रोमीटर के अन्य रूपों की तुलना में बड़े पैमाने पर सटीकता के उच्च स्तर को प्राप्त करने में सक्षम है, क्योंकि सुपरकंडक्टिंग चुंबक आकाशवाणी आवृति (आरएफ) वोल्टेज की तुलना में बहुत अधिक स्थिर है। एक अन्य स्थान जहां एफटीआईसीआर-एमएस उपयोगी है वह जटिल मिश्रणों से निपटने में है, जैसे बायोमास या अपशिष्ट द्रवीकरण उत्पाद, चूँकि रिज़ॉल्यूशन (संकीर्ण शिखर चौड़ाई) समान द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात (एम/जेड) वाले दो आयनों के संकेतों को अलग-अलग आयनों के रूप में पहचानने की अनुमति देता है। यह उच्च रिज़ॉल्यूशन कई आवेशों वाले प्रोटीन जैसे बड़े मैक्रोमोलेक्यूल्स का अध्ययन करने में भी उपयोगी है, जिन्हें इलेक्ट्रोस्प्रे आयनीकरण द्वारा उत्पादित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, दो पेप्टाइड्स का पता लगाने का एटमोल स्तर बताया गया है। इन बड़े अणुओं में आइसोटोप का वितरण होता है जो आइसोटोपिक चोटियों की श्रृंखला उत्पन्न करता है। चूँकि समस्थानिक शिखर m/z अक्ष पर दूसरे के करीब हैं, एकाधिक आवेशों के कारण, FTICR की उच्च विभेदन शक्ति अत्यंत उपयोगी है। एफटीआईसीआर-एमएस प्रोटिओमिक्स के अन्य अध्ययनों में भी बहुत उपयोगी है। यह टॉप-डाउन और बॉटम-अप प्रोटिओमिक्स दोनों में असाधारण रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करता है। इलेक्ट्रॉन-कैप्चर पृथक्करण (ईसीडी), टकराव-प्रेरित पृथक्करण (सीआईडी), और इन्फ्रारेड मल्टीफोटोन पृथक्करण (आईआरएमपीडी) सभी का उपयोग अग्रानुक्रम मास स्पेक्ट्रोमेट्री प्रयोगों में खंड स्पेक्ट्रा का उत्पादन करने के लिए किया जाता है। हालांकि सीआईडी ​​और आईआरएमपीडी रीढ़ की हड्डी के लिंकेज को तोड़कर पेप्टाइड्स को और अलग करने के लिए कंपन उत्तेजना का उपयोग करते हैं, जो आम तौर पर ऊर्जा में कम और कमजोर होते हैं, सीआईडी ​​और आईआरएमपीडी अनुवाद के बाद के संशोधनों के पृथक्करण का कारण भी बन सकते हैं। दूसरी ओर, ईसीडी विशिष्ट संशोधनों को संरक्षित करने की अनुमति देता है। यह फॉस्फोराइलेशन अवस्थाओं, ओ- या एन-लिंक्ड ग्लाइकोसिलेशन और सल्फेटिंग का विश्लेषण करने में काफी उपयोगी है।

बाहरी संबंध

• What's in an Oil Drop? An Introduction to Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance (FT-ICR) for Non-scientists National High Magnetic Field Laboratory
• Scottish Instrumentation Resource Centre for Advanced Mass Spectrometry
• Fourier-transform Ion Cyclotron Resonance (FT-ICR) FT-ICR Introduction University of Bristol