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चतुष्कोणीय द्रव्यमान विश्लेषक

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Not to be confused with चतुर्ध्रुव आयन जाल or रेडियो फ्रीक्वेंसी क्वाड्रुपोल.
चतुष्कोणीय तत्व

द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री में, चतुष्कोण द्रव्यमान विश्लेषक (या चतुष्कोण द्रव्यमान फ़िल्टर) एक प्रकार का द्रव्यमान विश्लेषक है, जिसकी नोबेल पुरस्कार विजेता वोल्फगैंग पॉल और उनके छात्र हेल्मुट स्टीनवेडेल द्वारा मूल रूप से कल्पना की गई थी।[1] जैसा कि नाम से पता चलता है, इसमें चार बेलनाकार छड़ें होती हैं, जो एक दूसरे के समानांतर स्थापित होती हैं।[2] चतुष्कोण द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर (क्यूएमएस) में चतुष्कोण द्रव्यमान विश्लेषक है - उपकरण का घटक, जो उनके द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात (m/z) के आधार पर नमूना आयन का चयन करने के लिए उत्तरदायी है। छड़ों पर प्रयुक्त होने वाले दोलनशील विद्युत क्षेत्र में उनके प्रक्षेप पथ की स्थिरता के आधार पर आयनों को चतुर्भुज में अलग किया जाता है।[2]


संचालन का सिद्धांत

विभिन्न विशिष्ट आवेशों के आवेशित कणों को अलग करने के लिए अमेरिकी पेटेंट उपकरण से छवि[1]

चतुर्भुज में चार समानांतर धातु की छड़ें होती हैं। प्रत्येक विरोधी छड़ जोड़ी विद्युत रूप से एक साथ जुड़ी हुई है, और डीसी ऑफसेट वोल्टेज के साथ एक आकाशवाणी आवृति (आरएफ) वोल्टेज छड़ की एक जोड़ी और दूसरे के बीच लगाया जाता है। आयन छड़ों के बीच के चतुर्ध्रुव से नीचे की ओर यात्रा करते हैं। केवल निश्चित द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात के आयन वोल्टेज के दिए गए अनुपात के लिए डिटेक्टर तक पहुंचेंगे: अन्य आयनों में अस्थिर प्रक्षेपवक्र होते हैं और वे छड़ से टकराएंगे। यह विशेष m/z के साथ आयन के चयन की अनुमति देता है या ऑपरेटर को प्रयुक्त वोल्टेज को निरंतर परिवर्तन कर m/z-मानों की श्रृंखला के लिए स्कैन करने की अनुमति देता है।[2] गणितीय रूप से इसे मैथ्यू डिफरेंशियल समीकरण की सहायता से मॉडल किया जा सकता है।[3]

चतुर्भुज के माध्यम से आयन पथ

आदर्श रूप से, छड़ें अतिशयोक्ति होती हैं, चूँकि रॉड व्यास-टू-स्पेसिंग के विशिष्ट अनुपात के साथ बेलनाकार छड़ें हाइपरबोला के निर्माण में सरल पर्याप्त सन्निकटन प्रदान करती हैं। अनुपात में छोटे परिवर्तनों का रिज़ॉल्यूशन और शिखर आकार पर बड़ा प्रभाव पड़ता है। विभिन्न निर्माता प्रत्याशित अनुप्रयोग आवश्यकताओं के संदर्भ में परिचालन विशेषताओं को अच्छा बनाने के लिए थोड़ा अलग अनुपात चुनते हैं। 1980 के दशक से, एटलस वर्क्स कंपनी और उसके बाद फ़िनिगन इंस्ट्रूमेंट कॉर्पोरेशन ने 0.001 मिमी की यांत्रिक सहनशीलता के साथ उत्पादित हाइपरबोलिक छड़ों का उपयोग किया, जिनकी सपष्ट उत्पादन प्रक्रिया कंपनी के अंदर गुप्त रहस्य थी।[4]


एकाधिक चतुर्भुज, संकर और विविधताएँ

हाइब्रिड चतुष्कोण टाइम-ऑफ़-फ़्लाइट द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर

तीन चतुर्भुजों की रैखिक श्रृंखला को त्रिगुण चतुर्भुज द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर के रूप में जाना जाता है। पहला (Q1) और तीसरा (Q3) चतुष्कोण द्रव्यमान फिल्टर के रूप में कार्य करते हैं, और मध्य (q2) चतुष्कोण को कोल्लिजन सेल के रूप में नियोजित किया जाता है। यह कोल्लिजन सेल Q1 से चयनित मूल आयन (आयनों) के कोल्लिजन प्रेरित पृथक्करण के लिए Ar, He, या N2 गैस (~10−3 Torr, ~30 eV) का उपयोग करके आरएफ सेल-केवल चतुष्कोण (गैर-द्रव्यमान फ़िल्टरिंग) है। इसके बाद के अंशों को Q3 तक पहुँचाया जाता है, जहां उन्हें फ़िल्टर किया जा सकता है या पूरी तरह से स्कैन किया जा सकता है।

यह प्रक्रिया उन टुकड़ों के अध्ययन की अनुमति देती है ,जो अग्रानुक्रम द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री द्वारा संरचनात्मक व्याख्या में उपयोगी होते हैं। उदाहरण के लिए, Q1 को ज्ञात द्रव्यमान के ड्रग आयन के लिए 'फ़िल्टर' करने के लिए सेट किया जा सकता है, जो q2 में खंडित है। फिर तीसरे चतुर्भुज (Q3) को संपूर्ण m/z रेंज को स्कैन करने के लिए सेट किया जा सकता है, जो टुकड़ों की तीव्रता के बारे में जानकारी देता है। इस प्रकार, मूल आयन की संरचना का अनुमान लगाया जा सकता है।

गैस-चरण आयनों के फोटोडिसोसिएशन का अध्ययन करने के उद्देश्य से तीन चतुर्भुजों की व्यवस्था सबसे पहले ऑस्ट्रेलिया में ला ट्रोब विश्वविद्यालय के जिम मॉरिसन (रसायनज्ञ) द्वारा विकसित की गई थी।[5] पहला ट्रिपल-चतुष्कोण द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर 1970 के दशक के अंत में क्रिस्टी जी एनके और स्नातक छात्र रिचर्ड योस्ट द्वारा मिशिगन स्टेट यूनिवर्सिटी में विकसित किया गया था।[6]

क्वाड्रुपोल्स का उपयोग हाइब्रिड द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर में किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, हाइब्रिड उपकरण बनाने के लिए सेक्टर उपकरण को कोल्लिजन चतुष्कोण और चतुष्कोण द्रव्यमान विश्लेषक के साथ जोड़ा जा सकता है।[7]

दूसरे द्रव्यमान चयन चरण के रूप में टाइम-ऑफ़-फ़्लाइट उपकरण के साथ बड़े पैमाने पर चयन करने वाला चतुष्कोण और कोल्लिजन चतुष्कोण हाइब्रिड है जिसे चतुष्कोण टाइम-ऑफ़-फ़्लाइट द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर (क्यूटीओएफ एमएस) के रूप में जाना जाता है।[8][9] चतुष्कोण-चतुष्कोण-टाइम-ऑफ़-फ़्लाइट (क्यूक्यूटीओएफ) कॉन्फ़िगरेशन भी संभव है और विशेष रूप से पेप्टाइड्स और अन्य बड़े जैविक बहुलक के द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग किया जाता है।[10][11]

चतुष्कोण द्रव्यमान विश्लेषक का एक प्रकार जिसे मोनोपोल कहा जाता है, का आविष्कार वॉन ज़ैन द्वारा किया गया था जो दो इलेक्ट्रोड के साथ संचालित होता है और चतुष्कोण क्षेत्र का चौथाई हिस्सा उत्पन्न करता है।[12] इसमें गोलाकार इलेक्ट्रोड और V-आकार का इलेक्ट्रोड होता है। चूँकि, प्रदर्शन चौगुनी द्रव्यमान विश्लेषक की तुलना में कम है।

जब उपकरण पर चुंबकीय क्षेत्र प्रयुक्त किया जाता है तो चतुष्कोण द्रव्यमान विश्लेषक के प्रदर्शन में वृद्धि प्रदर्शित की गई है। क्यूएमएस के विभिन्न अभिविन्यासों में प्रयुक्त चुंबकीय क्षेत्र के लिए रिज़ॉल्यूशन और संवेदनशीलता में कई गुना सुधार की सूचना दी गई है।[13][14]


अनुप्रयोग

ये द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर उन अनुप्रयोगों में उत्कृष्टता प्राप्त करते हैं, जहां रुचि के विशेष आयनों का अध्ययन किया जा रहा है क्योंकि वे लंबे समय तक एक ही आयन पर बने रह सकते हैं। एक स्थान जहां यह उपयोगी है वह तरल क्रोमैटोग्राफी-द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री या गैस क्रोमैटोग्राफी-द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री है जहां वे असाधारण उच्च विशिष्टता डिटेक्टरों के रूप में काम करते हैं। चतुष्कोण उपकरण अधिकांशतः उचित मूल्य के होते हैं और अच्छे बहुउद्देश्यीय उपकरण बनाते हैं। इलेक्ट्रॉन प्रभाव आयनाइज़र के साथ एकल चतुष्कोण द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग अवशिष्ट गैस विश्लेषक, वास्तविक समय गैस विश्लेषक, प्लाज्मा निदान और माध्यमिक आयन द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री प्रणाली में स्टैंडअलोन विश्लेषक के रूप में किया जाता है।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 US 2939952, Paul, Wolfgang & Steinwedel, Helmut, "विभिन्न विशिष्ट आवेशों के आवेशित कणों को अलग करने का उपकरण", published 1960-06-07, assigned to Wolfgang Paul 
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 de Hoffmann, Edmond; Vincent Stroobant (2003). Mass Spectrometry: Principles and Applications (Second ed.). Toronto: John Wiley & Sons, Ltd. p. 65. ISBN 978-0-471-48566-7.
  3. ↑ Gerald Teschl (2012). साधारण विभेदक समीकरण और गतिशील प्रणालियाँ. Providence: American Mathematical Society. ISBN 978-0-8218-8328-0.
  4. ↑ Brunnée, Curt (May 27, 1997). "50 Years of MAT in Bremen". Rapid Communications in Mass Spectrometry. 11 (6): 694–707. doi:10.1002/(SICI)1097-0231(199704)11:6<694::AID-RCM888>3.0.CO;2-K – via Wiley Online Library.
  5. ↑ Morrison, J. D. (1991). "ऑस्ट्रेलिया में मास स्पेक्ट्रोमेट्री के चालीस वर्षों की व्यक्तिगत यादें". Organic Mass Spectrometry. 26 (4): 183–194. doi:10.1002/oms.1210260404.
  6. ↑ Yost, R. A.; Enke, C. G. (1978). "टेंडेम क्वाड्रुपोल मास स्पेक्ट्रोमीटर के साथ चयनित आयन विखंडन" (PDF). Journal of the American Chemical Society. 100 (7): 2274. doi:10.1021/ja00475a072. Archived from the original (PDF) on 2012-02-19. Retrieved 2008-12-06.
  7. ↑ Glish, G.; Scott A. McLuckey; Ridley, T; Cooks, R (1982). "A new "hybrid" sector/quadrupole mass spectrometer for mass spectrometry/mass spectrometry". International Journal of Mass Spectrometry and Ion Physics. 41 (3): 157. Bibcode:1982IJMSI..41..157G. doi:10.1016/0020-7381(82)85032-8.
  8. ↑ Shevchenko A; Loboda A; Shevchenko A; Ens W; Standing KG (May 2000). "MALDI quadrupole time-of-flight mass spectrometry: a powerful tool for proteomic research". Anal. Chem. 72 (9): 2132–41. doi:10.1021/ac9913659. PMID 10815976.
  9. ↑ Steen H; Küster B; Mann M (July 2001). "अग्रदूत आयन स्कैनिंग द्वारा फॉस्फोपेप्टाइड्स के निर्धारण के लिए क्वाड्रुपोल उड़ान समय बनाम ट्रिपल-क्वाड्रुपोल मास स्पेक्ट्रोमेट्री". J Mass Spectrom. 36 (7): 782–90. Bibcode:2001JMSp...36..782S. doi:10.1002/jms.174. PMID 11473401.
  10. ↑ Chernushevich, Igor V. (2001). "An introduction to quadrupole–time-of-flight mass spectrometry". Journal of Mass Spectrometry. 36 (8): 849–865. Bibcode:2001JMSp...36..849C. doi:10.1002/jms.207. PMID 11523084.
  11. ↑ Oberacher, Herbert; Pitterl, Florian (June 2009). Fabris, Dan (ed.). "On the use of ESI-QqTOF-MS/MS for the comparative sequencing of nucleic acids". Biopolymers (in English). 91 (6): 401–409. doi:10.1002/bip.21156. PMID 19189378.
  12. ↑ U. von Zahn (1963). "मोनोपोल स्पेक्ट्रोमीटर, एक नया इलेक्ट्रिक फील्ड मास स्पेक्ट्रोमीटर". Rev. Sci. Instrum. 34 (1): 1–4. Bibcode:1963RScI...34....1V. doi:10.1063/1.1718110.
  13. ↑ Syed S.; Maher S.; Taylor S. (2013). "चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में क्वाड्रुपोल द्रव्यमान फ़िल्टर संचालन". Journal of Mass Spectrometry. 48 (12): 1325–1339. Bibcode:2013JMSp...48.1325S. doi:10.1002/jms.3293. PMID 24338888.
  14. ↑ Maher S; Syed S; Hughes D; Gibson J; Taylor S (2013). "एक स्थिर अनुप्रस्थ चुंबकीय क्षेत्र के साथ एक चतुर्ध्रुव द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर की स्थिरता आरेख का मानचित्रण". Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 24 (8): 1307–1314. Bibcode:2013JASMS..24.1307M. doi:10.1007/s13361-013-0654-5. PMID 23720050. S2CID 45734248.


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