Времяпролетная масс-спектрометрия биополимеров на основе планарных многоотражательных анализаторов
На правах рукописи
Веренчиков
Анатолий Николаевич
Времяпролетная масс-спектрометрия биополимеров на основе планарных многоотражательных анализаторов
01.04.01 – Приборы и методы экспериментальной физики
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора физико-математических наук
Санкт-Петербург
2006
Работа выполнена в лаборатории экологической и биомедицинской масс-спектрометрии Института аналитического приборостроения Российской академии наук
Официальные оппоненты:
Доктор физико-математических наук
Аруев Николай Николаевич (ФТИ им А.Ф. Иоффе РАН)
Доктор физико-математических наук, профессор
Цыбин Олег Юриевич (СПбГПУ)
Доктор физико-математических наук, профессор
Ганеев Александр Ахатович (ООО «Люмэкс»)
Ведущая организация:
Филиал института энергетических проблем химической физики РАН, г. Черноголовка
Защита состоится 2 Февраля 2007 г в 15 ч на заседании диссертационного совета Д 002.034.01 при Институте аналитического приборостроения Российской Академии наук по адресу: 190103, г. Санкт-Петербург, Рижский проспект, 26.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института аналитического приборостроения Российской академии наук
Автореферат разослан « 15 » Декабря 2006 г.
Ученый секретарь
Диссертационного совета Д002.034.01
Кандидат физико-математических наук, с.н.с. А.П.Щербаков
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы
В последнее десятилетие наблюдается взрывообразный прогресс в так называемой «науке о жизни» (life science), связывающей многочисленные области науки и практики, такие, как медицина, фармацевтика и фундаментальная биохимия. В круг задач науки о жизни входит создание методов ранней диагностики болезней и создание принципиально новых лекарств и методов лечения на основе понимания биохимических основ жизни, в настоящий момент сфокусированного на исследовании биохимических функций протеинов.
Успехи в решении этих задач в значительной степени связаны с прогрессом в области аналитического приборостроения и, прежде всего, с созданием современных инструментов для сиквенирования ДНК и развитием биохимической масс-спектрометрии (БМС). Благодаря высокой производительности сиквенаторов стала возможной расшифровка генома человека и геномов более чем 200 организмов. В свою очередь, знание последовательностей ДНК определяет возможные аминокислотные последовательности протеинов и значительно облегчает идентификацию протеинов методами БМС.
В результате широкого применения БМС была оценена типичная сложность анализируемых смесей в задачах биохимии и медицины – до миллиона компонент в большом динамическом диапазоне до 8 порядков. До последнего времени анализ сложных смесей был возможен только методами тандемной (МС-МС) масс-спектрометрии, способной выделить минорные примеси на фоне биологических матриц и достоверно идентифицировать вещество по составу ионных фрагментов. Однако сравнительно низкая производительность современных тандемных приборов – менее одной идентификации в секунду – не позволяет подступиться к полномасштабным биохимическим и медицинским исследованиям, требующим большого числа (102 – 104) анализов для получения статистически достоверных выводов. Таким образом, необходимо кардинальное повышение производительности масс-спектрометрического анализа сложных смесей биополимеров.
Это обуславливает актуальность задачи существенного улучшения основных аналитических характеристик биохимических масс-спектрометров, таких, как разрешающая способность, точность измерения массы, скорость и производительность анализа.
В рамках данной задачи была выбрана цель диссертационной работы, состоящая в создании новых принципов производительного масс-спектрометрического анализа биополимеров, создании концепции и ионно-оптических схем высокоразрешающих многоотражательных времяпролетных масс-спектрометров, разработке и исследовании этих приборов, подтверждающем значительное улучшение их основных аналитических характеристик.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- Теоретически обоснованы линейные и нелинейные эффекты при транспортировке пучков ионов в периодических электростатических полях: устойчивое удержание широких пучков ионов на больших длинах пролета и сопротивляемость силовым внешним возмущениям.
- Предложена новая концепция многоотражательного планарного времяпролетного масс-анализатора (МОП ВПМА), работающего в полном диапазоне масс, на основе комбинации двумерных бессеточных ионных зеркал и системы периодических линз.
- Предложена ионно-оптическая схема МОП ВПМА, обеспечивающая малые временные аберрации анализатора.
- На основе экспериментальных исследований прототипа МОП ВПМА с тестовым источником ионов подтверждены теоретические предсказания свойств анализатора: устойчивое удержание ионов на большой длине пролета, третий порядок фокусировки времени пролета по энергии и высокая разрешающая способность, достигающая в отдельных экспериментах величину порядка 1000000.
- На основе теоретического и экспериментального исследования эмиттанса непрерывного источника ионов типа «Электроспрей» оценена пригодность метода ортогонального ускорения для согласования такого источника с МОП ВПМА.
- На основе экспериментальных исследований МОП ВПМА с ортогональным ускорением ионов подтверждена возможность получения рекордных параметров масс-спектрометра с источником ионов «Электроспрей» – разрешающей способности порядка 70000 в полном диапазоне масс и точности измерения массы порядка 1 – 2 ppm.
- Предложен высокоэффективный импульсный конвертер на основе линейной ионной ловушки с продольным выводом ионов для инжекции пакетов ионов во времяпролетный масс-анализатор, теоретически исследованы его свойства и экспериментально подтверждена перспективность его использования в сочетании с МОП ВПМА.
- Предложен новый принцип параллельного тандемного времяпролетного анализа в режиме «вложенных времен», реализуемый при значительном различии временных масштабов разделения в двух ступенях тандема.
- Экспериментально подтверждена возможность использования МОП ВПМА на низких энергиях ионов порядка 10 – 100 эВ при сохранении высокой трансмиссии, подтверждающая возможность его использования в качестве «медленного» сепаратора в параллельном времяпролетном тандеме.
- Предложена и испытана фрагментная ячейка для параллельного тандемного времяпролетного анализа, обеспечивающая скоростную фрагментацию, транспорт и релаксацию ионов на масштабе времен в десятки микросекунд.
На защиту выносятся следующие положения:
- Концепция и ионно-оптическая схема планарного многоотражательного времяпролетного многоотражательного масс-анализатора, работающего в полном диапазоне масс, на основе комбинации двумерных бессеточных ионных зеркал с периодическими линзами.
- Экспериментальное подтверждение высокой разрешающей способности планарного многоотражательного масс-анализатора, достигающей величины 1000000.
- Сочетание многоотражательного времяпролетного анализатора с ионным источником типа “Электроспрей” на основе импульсных конвертеров типа ортогонального ускорителя и линейной ионной ловушки.
- Новый принцип параллельного анализа во времяпролетном масс-спектрометрическом тандеме в режиме «вложенных времен».
- Экспериментальное подтверждение применимости планарного многоотражательного масс-анализатора и скоростной ячейки фрагментации для параллельного тандемного анализа.
Достоверность результатов диссертации обеспечивается корректным применением теоретических и численных методов моделирования, совпадением результатов теоретического моделирования и эксперимента, высокой воспроизводимостью экспериментальных результатов, а также соответствием результатов с известными ранее данными в случаях наличия последних.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
- Предложенный высокоразрешающий планарный многоотражательный времяпролетный масс-спектрометр с источником ионов типа «Электроспрей» позволяет на порядок повысить сложность анализируемых смесей биополимеров и производительность анализа по сравнению с существующими времяпролетными масс-спектрометрами.
- На основе высокой точности масс и высокой разрешающей способности в новых приборах появляются новые аналитические возможности, такие, как восстановление структуры пептидов по фрагментным спектрам, восстановление элементного состава анализируемых веществ, анализ микропримесей в присутствии доминирующего по амплитуде химического фона.
- Предложенный принцип параллельного тандемного времяпролетного анализа позволит повысить производительность анализа сложных смесей на два порядка.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах ИАнП РАН, на семинарах Менделеевского общества (2004г.), на семинаре Всероссийского Масс спектрометрического общества (Санкт-Петербург, 2006г.), на 16 и 17-й Международной конференции по масс-спектрометрии (Эдинбург, Англия, 2003г, Прага, Чехия 2006г), на 52, 53 и 54-й конференции Американского масс-спектрометрического общества (Нешвиль, 2004 г., Техас, 2005 г, Сиэтл, 2006 г., США), на 10-й Международной конференции “Десорбция 2004” (Санкт-Петербург, Россия, 2004 г.), на 7-й Международной конференции по оптике заряженных частиц ( Кэмбридж, Англия, 2006 г.).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 35 печатных работы, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Она изложена на 396 страницах и включает 172 рисунка, 15 таблиц и 309 наименований списка литературы.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении дана общая характеристика диссертационной работы, обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована ее цель и содержится описание структуры диссертации, приводятся сведения о ее апробации, перечислены выносимые на защиту положения.
Первая глава содержит историко-аналитический обзор литературы по биохимической масс-спектрометрии (БМС). Рассмотрены современные тенденции БМС, и поставлена задача диссертационного исследования.
Развитие биохимической масс-спектрометрии начиналось с создания методов мягкой ионизации, из которых выкристаллизовались два основных современных метода – “Электроспрей” (ESI) и лазерная десорбция/ионизация из матриц (MALDI), способных генерировать газофазные молекулярные ионы лабильных соединений. На второй стадии развития методы мягкой ионизации с ограниченным успехом адаптировались на готовых «химических» масс-анализаторах – магнитных секторных, квадрупольных и ловушечных масс-спектрометрах. На третьей стадии развития возникли специализированные времяпролетные масс-спектрометры MALDI–TOF и ESI-o-TOF, существенно улучшившие аналитические характеристики биохимических масс-спектрометров. С тех пор и по сегодняшний момент времяпролетная техника является наиболее перспективной для биохимической масс-спектрометрии. На четвертой стадии развития проявилась практическая потребность анализа сложных смесей. В результате существенно возросла доля тандемных (МС-МС) приборов, способных выделить минорные примеси на фоне биологических матриц и достоверно идентифицировать вещество по составу ионных фрагментов. В результате была оценена сложность анализируемых смесей – до миллиона компонент в большом динамическом диапазоне до 8 порядков.
Сегодня можно говорить о наступлении пятого периода развития БМС, когда для получения статистически достоверных биохимических ответов требуется существенное увеличение специфичности и производительности масс-спектрометрического анализа сложных смесей. Можно выделить два перспективных подхода для создания современных масс-спектрометрических приборов. Первый подход основан на анализе с использованием тандема жидкостной хроматограф (ХЖ) – масс спектрометр высокого разрешения. Компоненты сложных смесей разделяются, а также идентифицируются по приведенному времени удержания в ХЖ и по точной массе молекулярных ионов. Второй подход основан на создании тандемных масс-спектрометров с параллельным анализом, то есть записью раздельных фрагментных спектров для множества ионных компонент одновременно, на один импульс ионного источника. Оба подхода повышают производительность анализа на порядки по сравнению с существующими средствами тандемной масс-спектрометрии, где среднее время анализа составляет 1 – 3 секунды на компоненту смеси.
Для реализации обоих подходов была выбрана наиболее успешная в области БМС времяпролетная масс-спектрометрия. В отличие от конкурентных методов ион-циклотронного резонанса и электростатических ловушек типа «Орбитрэп», во времяпролетных методах достигается высокая частота повторения импульсов и регистрация единичных ионов, что принципиально позволяет расширить динамический диапазон и повысить скорость анализа на порядки величины. Одним из известных способов улучшения характеристик времяпролетных приборов является существенное увеличение длины пролета, которое физически реализуется в многоотражательные схемах. Однако до недавнего времени многоотражательные приборы не позволяли работать в полном диапазоне масс.
Для существенного улучшения параметров времяпролетных масс-спектрометров автором предложен новый тип масс анализатора – многоотражательный планарный времяпролетный масс-анализатор (МОП ВПМА), состоящий из планарных бессеточных зеркал и системы периодических электростатических линз. Такой анализатор позволяет долговременно удерживать ионные пучки на большой длине пролета, одновременно обеспечивая низкие пространственные и временные аберрации, и тем самым, достигая высокой разрешающей способности. Поскольку ионные траектории не замкнуты, то одновременно и впервые в истории многоотражательных масс-анализаторов обеспечивается и полный диапазон по массе.
На основе МОП ВПМА предложены, сконструированы и опробованы два новых типа приборов:
- высокоразрешающий многоотражательный масс спектрометр с высокой точностью измерения массы для одноступенчатого масс анализа;
- времяпролетный тандем для проведения параллельного МС-МС анализа в режиме вложенных времен, в котором МОП ВПМА используется как медленный сепаратор первичных ионов.
Во второй главе на основе теоретических моделей предложена концепция и ионно-оптическая схема МОП ВПМА, основанного на комбинации планарных зеркал и периодической системы линз. Теоретически проанализированы ионно-оптические свойства анализатора и показано, что анализатор позволяет устойчиво удерживать ионы на большой длине пролета и одновременно достигать малых времяпролетных аберраций.
Глава начинается с анализа устойчивости ионного движения в периодических полях, характерного для многократных отражений между ионными зеркалами и в периодической системе линз. Такой анализ расширяет понимание причин и условий устойчивости движения, ранее ограниченное известными условиями линейной устойчивости. В данной работе показано, что поведение частицы в периодических полях близко к гармоническому, а периодические силы аналогичны силам в радиочастотных градиентных полях. Для описания этих сил введено понятие эффективного удерживающего потенциала. Как пример, для системы периодических линз такой потенциал имеет вид = Kr2/[edf(K)], где K/e – удельная кинетическая энергия частица на единицу заряда, r – удаление от оси симметрии, d – период системы линз и f(K) – фокусное расстояние линз. 
Рис. 1 Отображение траектории заряженной частицы с энергией K в фазовом пространстве после прохождения каждой ячейки системы периодических линз в присутствие возмущающего магнитного поля В. Частица стартует с оптической оси под некоторым углом 0 к этой оси.
Наличие удерживающего потенциала объясняет эффект нелинейной устойчивости: несмотря на накопление аберраций высокого порядка, отклонение ионных траекторий от оси системы остается ограниченным на бесконечной длине пролета. Кроме того, модель удерживающего потенциала объясняет сопротивляемость ионного движения к внешним силовым воздействиям, таким, как магнитные поля и поперечные электростатические поля.
Такая устойчивость подтверждена ионно-оптическими расчетами с наложением внешних возмущений на аксиально-симметричные периодические поля (Рис. 1). Тем самым показана устойчивость периодического движения в реальных периодических системах на неограниченном числе циклов. В расчетах обнаружен ряд систем, где нелинейные эффекты приводят к устойчивости самой периодичности движения и воспроизведения точки фокуса ионного пучка в периодической системе, невзирая на наличие аберраций высокого порядка. На основании теоретического анализа был сделан вывод о перспективности применения системы периодических линз в многопроходных масс-анализаторах.
Для выбора оптимальной многопроходной схемы был проведен сравнительный анализ известных многоотражательных систем на основе ионных зеркал и многооборотных систем на основе электростатических секторов. Показано, что в зеркальных системах достигается более высокий порядок времяпролетной фокусировки и, как следствие, существенно (на порядок) больший пространственный и энергетический аксептанс анализатора. Кроме того, зеркальные системы обладают гибкостью настройки и не требуют нереально высокой точности изготовления.
Среди известных многоотражательных систем только планарная схема, образованная двумя параллельными зеркалами, обеспечивает незамкнутые ионные траектории и, как следствие, полный диапазон по массе. В данной работе предложена концепция нового планарного времяпролетного анализатора, основанного на сочетании планарных бессеточных ионных зеркал с периодической системой электростатических линз (рис. 2). Система периодических линз 3 установлена в бесполевом пространстве между зеркалами 1 и 2. Линзы удерживают ионные пакеты вдоль зигзагообразной траектории от ионного источника 4 до детектора 5. Система периодических линз является принципиально новым элементом во времяпролетной масс спектрометрии. Новый анализатор обеспечивает устойчивое удержание ионного пучка в направлении дрейфа. Не смотря на накопление аберраций высокого порядка, траектории остаются ограниченными, а периодическая фокусировка - воспроизводимой на бесконечном числе циклов. Это позволяет существенно увеличить длину пролета, не вызывая ионных потерь.
Принципиально новым в конструкции МОП ВПМА является и то, что зеркала и линзы создают такие полевые распределения (рис. 3), которые позволяют сочетать устойчивое удержание ионов в многократных отражениях с высоким порядком временной фокусировки ионов по энергии и по пространственному разбросу в ионном пакете.
Рис. 2. Схема МОП ВПМА.
Рис. 3. Электроды и эквипотенциали поля зеркала в МОП ВПМА.
В результате расчетной оптимизации геометрии и потенциалов ионных зеркал и периодических линз [2,7] достигнуто следующее качество фокусировки в анализаторе:
- пространственная фокусировка 2-го порядка в плоскости XY,
- пространственная фокусировка 1-го порядка в плоскости XZ,
- временная фокусировка по пространственному разбросу 2-го порядка в плоскости XY,
- временная фокусировка по пространственному разбросу 1-го порядка в плоскости XZ,
- временная фокусировка по энергии 3-го порядка.
Анализ остаточных (нескомпенсированных) временных аберраций зеркал и линз и дополнительных аберраций, возникающих при поворотах пучка в первой и последней линзах периодического блока, показывает, что наибольшими из них являются:
- Аберрации первого порядка, возникающие при повороте пучка в линзах,
- Аберрации второго порядка за счет пространственного разброса пучка в плоскости XZ, и
- Хроматические аберрации третьего и четвертого порядков.
Для уменьшения влияния этих аберраций необходимо удерживать ширину пучка менее 2 мм и угол поворота менее 2 градусов. На основании ионно-оптических расчетов показано, что для достижения высокой разрешающей способности более 200000 в приборе с размахом ионных траекторий в направлении X, равном 0.5 м, фазовый объем пучка в анализаторе может составлять порядка 10 мм2град2 при энергетическом разбросе до 7%. Такой значительный фазовый объем не реализуется в альтернативных многопроходных системах.
В третьей главе описаны экспериментальные исследования свойств МОП ВПМА с помощью тестового источника ионов и подтверждены основные ионно-оптические свойства анализатора – устойчивое удержание ионов на большой длине пролета и малые временные аберрации.
Был создан прототип МОП ВПМА с размахом ионных траекторий в направлении X, равном 0.5 м, и с ускоряющим напряжением 2 кэВ. Упрощенная схема прибора показана на рис. 2. В качестве импульсного тестового источника была использована цезиевая пушка с импульсной модуляцией непрерывного ионного пучка, позволяющая создавать импульсы средней длительности порядка 50 нс.
Была экспериментально исследована устойчивость движения ионов и оценены потери интенсивности пучка в зависимости от числа ионных отражений в зеркалах. Для достижения большой длины ионной траектории применялись различные импульсные схемы захвата ионных пакетов в анализаторе за счет поворота ионных пакетов в линзах. Ионные потери оказались чрезвычайно малы на большом числе отражений (тысячи), при значительной длине пролета до 104 м. В экспериментах с вариацией давления остаточного газа в камере анализатора было показано, что ионные потери прежде всего определяются рассеянием на остаточном газе (рис. 4).
Рис. 4 Падение интенсивности сигнала в зависимости от длины ионной траектории при различном давлении остаточного газа. При U=2 кВ длина 10 км соответствует 200 мс времени пролета.
Экспериментально подтверждена устойчивость удержания ионов в анализаторе по отношению к внешним возмущениям, например, к отклонению в периодических линзах (рис. 5). Видно, что диапазон допустимых отклонений в линзах практически не зависит от числа отражений, начиная с 50 отражений.
Рис. 5. Окно пропускания в зависимости от напряжения смещения в линзе для различного числа отражений: (а )– интенсивность, (б) – ширина сигнала.
В экспериментах с длительным удержанием пакетов ионов цезия была проведена оценика аберраций и предельной разрешающей способности/ достижимых в МОП ВП масс-анализаторе. Несмотря на высокую начальную длительность пакета из тестового источника (около 50 нс), благодаря длительному удержанию пучка на временах более 100 мс в эксперименте наблюдался устойчивый рост разрешающей способности с временем пролета (кривая 3 на Рис. 6).
Рис. 6. Разрешающая способность анализатора как функция времени пролета в экспериментах с Cs источником при ионной энергии 2 кэВ.
Ширина пакетов, наблюдаемых в единичных выстрелах источника, оставалась порядка 50 нс. Однако при записи усредненного сигнала при многократных стартах источника разрешающая способность оказывается ограниченной стабильностью и шумами источников напряжений на электродах. При усреднении сигнала по многим стартам источника пики «расплываются», и величина R снижается до величины порядка 200000. При снижении влияния низкочастотной компоненты шума за счет синхронизации стартов с частотой сети величина R повышается до 300000. Более высокая разрешающая способность более R > 1000000 (1 миллион) достигается либо в однократных стартах источника, либо при коррекции медленного смещения пика в целом на стадии обработки сигнала. В обоих случаях разрешающая способность не ограничена аберрациями анализатора и продолжает расти со временем сепарации. Эксперименты доказывают применимость МОА ВПМА в качестве высокоразрешающего анализатора, однако достижимая разрешающая способность в нем может оказаться ограниченной фазовым объемом ионных пакетов из «реальных» импульсных ионных источников для ионизации биополимеров.
В четвертой главе теоретически и экспериментально рассмотрено согласование МОП ВПМА с непрерывными ионными источниками биополимеров типа «Электроспрей».
Для конверсии непрерывного ионного пучка в импульсные пакеты был предложен широко распространенный метод ортогонального ускорения (рис. 7). Непрерывный ионный пучок преобразуется в импульсные пакеты в ортогональном ускорителе (ОУ). Для повышения рабочего цикла применяется промежуточное накопление пучка в ионном проводнике/накопителе.
Рис 7. Схема МОП ВПМА с источником ионов Электроспрей.
В значительной степени параметры ионных пакетов ограничены эмиттансом непрерывного ионного пучка. Наибольший вклад в уширение пучка, как правило, вносит так называемое время разворота (turn-around time)
, определяемое начальным скоростным разбросом 
ионного облака до ускорения и ускорением 
в электрическом поле напряженностью E: 
. Начальный пространственный разброс 
при этом приводит к уширению энергетического распределения после ускорения как 
. Напряженность поля выбирается так, чтобы максимально снизить время разворота и при этом не превысить энергетическую толерантность ВПМА. Оба учтенных фактора ограничивают разрешающую способность ВПМА, которую можно представить в виде
,
где 
– фазовое пространство анализатора, определяемое как произведение эффективной длины ионной траектории L и скорости пролета V в дрейфовом пространстве, связанные через время пролета как L=VT, 
– энергетическая толерантность анализатора для достижения желаемого уровня разрешения R (слабая функция от R), 
– фазовое пространство пучка. Таким образом, разрешающая способность прибора должна возрастать линейно с ростом длины пролета и как корень ускоряющего напряжения. Одновременно, максимально достижимая разрешающая способность прибора ограничена эмиттансом ионного пучка XV.
Для оценки эмиттанса пучка была проведены расчеты характеристик ионного пучка на выходе столкновительного радиочастотного ионного проводника. Для расчетов использовался пакет SIMION 7.0 в сочетании с дополнительным блоком для расчета случайных газовых столкновений. Показано, что при радиочастотном удержании ионы охлаждаются в газовых столкновениях до средней энергии 2kT. При благоприятной организации экстракции ионов из радиочастотного проводника достигается умеренный разброс продольной кинетической энергии ионного пучка порядка 0.3 – 0.5 эВ, преимущественно образующийся при ускорении ионов в присутствие газа. Поперечный разброс оказывается слабо возмущенным при экстракции, и эмиттанс непрерывного ионного пучка оценивается как 2 – 3 ммград при энергии ионов в 30 эВ.
Расчетные параметры пучков были подтверждены в экспериментальных измерениях при фокусировке пучков и отклонении пучка мимо щели в комбинации с коллекторными и масс-спектрометрическими измерениями интенсивности пучка.
Большой исходный эмиттанс ионного пучка должен привести к временному разбросу в 3 – 5нс при энергетическом разбросе менее 5% для ионов с отношением массы к заряду m/z=1000 а.е.м. Таким образом, метод ортогонального ускорения принципиально позволяет получать короткие ионные пакеты, и достигать высокой разрешающий способности порядка 50000 – 100000 в анализаторе с длиной пролета 20 м.
Была создана экспериментальная установка для стыковки МОП ВПМА с источниками ионов типа “Электроспрей” (ESI) и API (рис. 7). Исследовались два прототип МОП ВПМА. В первом прототипе полная длина траектории составляла 12 м, а ускоряющее напряжение 2 кэВ. Было показано, что в таком приборе достигается разрешающая способность R = 25000 – 30000 в полном диапазоне масс. Разрешающая способность достигает R = 100000 при зацикливании траекторий и сужении диапазона по массе. В экспериментах продемонстрирована линейность шкалы масс и точность измерения массы на уровне 1 – 2 ррm (часть на миллион). В частности, на рис. 8 представлены результаты по точности определения масс фрагментов пептида MSH.
При испытании второго прототипа МОП ВПМА с длиной траектории в 20 м и ускоряющим напряжением 4 кэВ продемонстрирована разрешающая способность более 70000 в полном диапазоне масс (рис. 9) и чувствительность на уровне 1 фмоль. При зацикливании ионных траекторий предельная разрешающая способность достигает 150000 (рис. 10). Отметим, что разрешающая способность в экспериментах с источником ионов типа “Электроспрей” ниже чем в модельных экспериментах предыдущей главы из-за большего фазового объема ионных пакетов.
Рис. 8. Точность определения масс фрагментов пептида MSH.
Рис. 9. Спектр изотопов свиного инсулина, М.В.=5733 а.е.м.
Рис. 10. Зависимость разрешающей способности масс-спектрометра с ортогональным ускорителем от числа полных проходов в МОП ВПМА.
В этом цикле экспериментов было показано, что в применении к МОП ВПМА схема стандартного ортогонального ускорения обладает низким рабочим циклом – менее 1%. В схемах с накоплением в ионном гиде рабочий цикл повышается до 100 раз, однако ценой сужения диапазона по массе. Такая схема эффективна в сочетании с зацикливанием ионных траекторий. Однако для основных биохимических приложений требуется полный диапазон по массе и, следовательно, требуются схемы с более высокой эффективностью конверсии непрерывного ионного пучка в импульсные пакеты.
В пятой главе предложен и исследован оригинальный импульсный конвертер на основе линейной ионной ловушки с продольным выводом ионов, теоретически обеспечивающий полное использование непрерывного ионного пучка. Кроме того, в главе представлен новый масс-спектрометр с ловушечным конвертером и описаны его экспериментальные исследования.
Рис. 11. Линейная ионная ловушка с аксиальным выводом ионов.
Улавливание и вывод ионов организованы на выходе радиочастотного квадрупольного ионного проводника за счет электростатических полей, провисающих между стрежнями квадруполя (рис. 11). В схеме теоретически достигается полная (100%) конверсия непрерывного ионного пучка в импульсные пакеты.
Рис. 12. Расчетные параметры ионного пакета на выходе конвертера для ионов с m/z =1000 а.е.м.
Предлагаемый конвертер был исследован и оптимизирован на основе моделирования ионного движения с использованием программного пакета SIMION и с учетом газовых столкновений. В расчетах подтверждается высокая эффективность ввода и вывода ионов, приближающие эффективность конверсии к единице. Время охлаждения Т уловленных ионов зависит от давления газа P, и их произведение РТ составляет порядка 3 – 5 мсмТорр. Уловленный пучок охлаждается до энергии 4кТ, то есть до 400° К, а диаметр ионного облака при разумных параметрах ионного проводника составляет приблизительно 1 мм. Начальные параметры ионного облака определяют временной и энергетический разброс в ионном пакете, представленные на рис. 12 для оптимальной напряженности экстрагирующего поля в 1 кВ/мм и для ионов с отношением m/z =1000 а.е.м/е. Использование высокой напряженности экстрагирующего поля позволяет достичь сравнительно малого времени разворота ионов порядка 6 нс, соизмеримого с временем в типичном ортогональном ускорителе. При этом энергетический разброс остается в пределах 6%. В соответствие с моделированием анализатора этих параметров достаточно для достижения разрешающей способности более 100000.
На основе ионной ловушки с аксиальным выводом создан масс-спектрометр с МОП ВПМА (рис. 13,а), имеющим полную длину траектории около 20 м и работающим на ускоряющем напряжении 2 кэВ. Проведено экспериментальное исследование основных характеристик прибора.
В экспериментах подтверждена высокая эффективность конверсии в ловушке, близкая к единице. Однако эмиттанс ионных пакетов заметно превышает аксептанс используемого МОП ВПМА (3 мм 1 град). В результате возникают ионные потери при проходе через анализатор, и суммарная эффективность конверсии падает до 10%. Частично потери объясняются и рассеянием ионов биополимеров на остаточном газе при давлении порядка 10-7 Торр. Как видно из рис. 13,б, при организации многопроходных режимов логарифм интенсивности ионов пептида грамицидина С падает линейно с числом полных проходов, каждый из которых имеет длину 20 м.
а) б)
Рис. 13. а) - Схема МОП ВПМА с ионной ловушкой, б) - число ионов на выстрел с увеличением числа оборотов в анализаторе.
Высокая эффективность конверсии приводит к образованию беспрецедентно интенсивных ионных пакетов, достигающих до 106 ионов на выстрел. При этом на детекторе МОП ВПМА сигнал приближается к 105 ионов на пик на выстрел. Большое число ионов приводит к проявлению разнообразных эффектов объемного заряда, прежде всего искажающих точность измерения массы, что требует активной регулировки сигнала, например, за счет регулировки времени инжекции ионов в ловушку.
Наряду с высокой чувствительностью в приборе достигается высокая разрешающая способность на уровне 50000 в полном диапазоне масс. Анализ ограничивающих факторов показывает, что исходный пучок (6 нс) на выходе ловушки уширяется до 10 нс при прохождении через анализатор и через краевые поля у торца ионного зеркала. Эффект источника и краевых полей устраняется при переходе в многопроходный режим анализатора. В этом случае достигается предельная разрешающая способность прибора порядка 100000, которая ограничена аберрациями самого анализатора и фазовым размером ионных пакетов.
Аналитическое приложение прибора в значительной степени ограничено его неожиданно низкой точностью измерения массы. В экспериментах обнаружены взаимные влияния радиочастотных и импульсных напряжений и, как следствие, существенное искажение линейности шкалы масс на уровне 10 – 20 ppm. Кроме того, точность измерения массы существенно искажается кулоновскими эффектами в присутствие интенсивных ионных пакетов – более 10000 ионов на выстрел, достигаемых и при умеренной концентрации анализируемых биополимеров менее 10-5 М. Как следствие, работа с ионной ловушкой требует или предварительной сепарации ионов, или введения автоматически регулируемого времени инжекции ионов в ловушку.
В целом, в обоих типах конверторов – с ортогональным ускорением (глава 4) и с линейной ионной ловушкой (глава 5) продемонстрирована успешное согласование «реальных» ионных источников с оригинальными МОП ВП масс-анализаторами. Достигнута исключительно высокая по меркам современной времяпролетной техники разрешающая способность от 50000 до 70000 в полном диапазоне масс и до 150000 при сужении диапазона по массе. В приборе с ортогональным ускорителем показана высокая точность измерения массы в МОП ВПМА – лучше, чем 1 ррm (часть на миллион). Тем самым достигается поставленная цель существенного улучшения основных аналитических характеристик времяпролетных приборов. В главе 7 представлена экспериментальная оценка производительности анализа и возможной сложности анализируемых смесей в разработанных приборах.
В шестой главе предложен принцип параллельного тандемного времяпролетного анализа в режиме вложенных времен, позволяющий существенно повысить производительность тандемного анализа. Экспериментально проанализированы ключевые компоненты тандема.
Принцип параллельного МС-МС анализа основан на использовании в ступенях тандема двух времяпролетных приборов с существенно различными (на 2 – 3 порядка) временными масштабами разделения ионов. Благодаря этому возникает возможность параллельного анализа, то есть запись раздельных фрагментных спектров для множества ионных компонент одновременно, за один импульс ионного источника. Реализация принципа стала возможной с созданием медленного сепаратора на основе многоотражательного планарного анализатора. В таком анализаторе впервые возникает возможность устойчивого удержания ионов на больших длинах и временах пролета без сужения диапазона по массе.
В диссертации предложена конкретная схема и параметры тандемного масс-спектрометра с параллельным анализом (рис. 14). Ионный источник с накопителем в промежуточной линейной ионной ловушке формирует ионные пакеты с периодом в десятки миллисекунд. В пакете находится смесь исходных – «родительских» ионов с различным отношением массы к заряду. Родительские ионы разделяются по времени в медленном сепараторе ВПМА1, построенном на основе МОП ВПМА. За счет большой длины пролета (30 – 100 м) и низкой ионной энергии (100 – 300 эВ) разделение происходит на протяжении десятка миллисекунд. Разделенные по времени ионы последовательно поступают в скоростную ячейку столкновительно индуцированной диссоциации (СИД) и распадаются на ионные фрагменты. Поскольку фрагментация и масс анализ фрагментов во втором масс анализаторе ВПМА2 производятся за десятки микросекунд (то есть на три порядка быстрее), то удается записать не перемешанные фрагментные спектры для всех родительских ионов. Тем самым повышается производительность МС-МС анализа.
Рис. 14. Схема времяпролетного тандема с параллельным анализом.
Для подтверждения возможности параллельного МС-МС анализа была экспериментально проверена достижимость желаемых временных масштабов – медленного разделения в МОП ВПМА на протяжении десятков миллисекунд и скоростной фрагментации и охлаждения ионов в СИД ячейке за десятки микросекунд. Эксперименты проводились на ранее описанной установке с тестовым источником ионов (см. рис. 2). Для увеличения времени пролета желательно использовать сепарацию на исключительно низких ионных энергиях – менее 100 эВ.
Используемая установка не обладала достаточной длиной траектории, и для увеличения длины пролета ионные траектории были зациклены в анализаторе за счет импульсного отклонения в линзах. Данные по ионной трансмиссии представлены на рис рис. 15,а. Видно, что при малой энергии ионов 100 эВ ионные потери остаются низкими. Удается долговременно удерживать ионы (до 70 мс) на большой длине пролета (до 700 м) при сохранении более трети исходного ионного пучка. Как показывают эксперименты с переменным давлением газа, основные ионные потери вызваны рассеянием ионов на остаточном газе. Для уменьшения влияния этого эффекта в эксперименте использовались ионы цезия с существенно меньшим сечением столкновения по сравнению с биополимерами.
Для оценки качества времяпролетной фокусировки была экспериментально измерена зависимость времени пролета от энергии (рис. 15,б). Зависимость близка к расчетной, полученной с помощью пакета SIMION 7.0. Обе кривые демонстрируют диапазон фокусировки времени пролета по энергии порядка 20%. Форма полученной зависимости позволяет говорить о достижении 3-го порядка фокусировки времени пролета по энергии, впервые полученного экспериментально. Одновременно достижимое долговременное удержание ионов и высокий порядок времяпролетной фокусировки доказывают применимость МОП ВПМА в качестве “медленного” анализатора, работающего в первой ступени тандемного масс-спектрометра с параллельным анализом.
Рис. 15. а) Трансмиссия при больших временах пролета ионов цезия на низкой энергии 100эВ и б) зависимость времени пролета ионов 133Cs+ от энергии.
Второй ключевой и нетрадиционной компонентой тандема является скоростная ячейка фрагментации. Проверка основных принципов работы проводилась на специально созданном экспериментальном макете. Макет (рис. 16) включает источник ионов (1), линейную ионную ловушку (2) для создания ионных импульсов, короткий линейный времяпролетный сепаратор для выделения родительского иона и скоростную ячейку фрагментации (3), сетку для коллекторных измерений (4), вторичный электронный умножитель (5) и времяпролетный анализатор (7) с ортогональным ускорением (6) для анализа фрагментных ионов.
Рис. 16. Макет для исследования свойств скороcтной ячейки фрагментации.
Разработанная скоростная ячейка фрагментации наполнена газом до давления 50 – 100 мторр, на порядок более высокого по сравнению со стандартными фрагментными ячейками. Радиальное удержание ионов осуществляется радиочастотными полями в коротком ионном проводнике. Ионная трансмиссия ускорена за счет продольного электростатического поля в проводнике, создаваемого дополнительными электродами клиновидной формы. Ячейка снабжена системой линз для высокого пропускания ионов через дифференциальные апертуры диаметрами 1 мм.
Рис. 17. Результаты экспериментального испытания скоростной ячейки фрагментации.
На рис. 17 приведены результаты испытания установки. При низкой энергии инжекции ионов во фрагментную ячейку сохраняются молекулярные ионы, как видно из спектра на рис. 17,а. С увеличением энергии формируются ионные фрагменты (рис. 17,б), несущие информацию о структуре родительских ионов. По мере пропускания временные профили ионных пакетов уширяются, однако при оптимальном давлении около 50 мТорр временное уширение ограничено временем 30 – 40 мкс (рис. 16 в).
Демонстрация скоростной фрагментации и охлаждения ионов на временной шкале в десятки микросекунд в сочетании с ранее продемонстрированной возможностью «медленного» разделения ионов в МОП ВПМА на временной шкале в десятки миллисекунд экспериментально доказывает возможность параллельного анализа во времяпролетных тандемах. Учитывая, что различие во временах разделения достигает трех порядков (T/T ~ 103), можно оценить разрешающую способность по массам (M/M = 0.5*T/T) в первой ступени тандема на уровне 500, что дает возможность разделять изотопные кластеры биополимеров. Это позволяет оценить максимальное число различимых типов родительских ионов в единичном МС-МС эксперименте, как несколько сотен на спектр. Тем самым введение параллельного МС-МС повышает производительность анализа на два порядка величины.
В седьмой главе проведена экспериментальная и теоретическая оценка возможности анализа сложных смесей при использовании нового высокоразрешающих масс-спектрометров на основе МОП ВПМА в комбинации с различными ионными источниками.
С использованием источника ионов с атмосферной ионизацией (API) проведен анализ смеси полярных органических молекул в воздухе. Продемонстрировано надежное определение элементного состава ионов коронного разряда для всех 400 компонент, содержащихся в спектре. Показано, что с увеличением разрешающей способности возрастает точность измерения масс (рис. 18) до уровня 0.1 – 0.2 ppm, так как уменьшается наложение пиков различных компонент. В таком анализе достигается точность измерения масс порядка 0.0001 а.е.м. и полная идентификация элементного состава для всех ионных компонент, за исключением минорных пиков с содержанием минорных изотопов 13С, накладывающихся на пики других компонент. Идентифицированы десятки гомологических серий различных классов летучих органических соединений. Показано образование радикалов ионов в методе API, до сих пор считавшимся мягким методом ионизации.
Показано, что МОП ВП масс-спектрометр с источником API обладает уникальной комбинацией высоких аналитических параметров – разрешающей способности порядка 50000, точностью измерения масс порядка 1 ррm и динамическим диапазоном около 6 порядков, что пока не достигнуто в альтернативных высокоразрешающих методах FTMS и Orbitrap.
Рис. 18. Сегмент масс-спектра в окрестности m = 61 а.е.м. при разрешающей способности R=20000 (А) и R=56000 (Б).
Экспериментально и теоретически исследована возможность анализа сложных смесей пептидов с применением источника ионов типа «Электроспрей». На примере анализа гидролизатов простых смесей протеинов продемонстрирована емкость спектров, существенно превышающая несколько сот компонент в тестовой смеси. Экспериментально показано, что в масс-спектрах с высокой разрешающей способностью возможна идентификация простых смесей протеинов по методу пептидных карт, что, как правило, недостижимо в рамках стандартной масс-спектрометрии со средней разрешающей способностью.
Рис. 19. Расчет числа идентифицированных пептидов как функция разрешающей способности прибора.
В модельных расчетах показано, что в единичных спектрах с разрешающей способностью порядка 100000 возможна одновременная идентификация около 1500 пептидных компонент (рис. 19). В сочетании с хроматографией ультравысокого давления с емкостью пиков от 300 до 1000 становится возможным анализ полных гидролизатов клеток, содержащих по разным оценкам от 200000 до 1000000 пептидов. Таким образом, экспериментальные исследования прибора и расчетные примеры показывают повышение специфичности и производительности высокоразрешающей многоотражательной масс-спектрометрии не менее чем на один порядок по сравнению с существующими времяпролетными масс-спектрометрами.
На основе высокой точности масс и высокой разрешающей способности в новых приборах появляются новые аналитические возможности, такие, как восстановление структуры пептидов по фрагментным спектрам, восстановление элементного состава анализируемых веществ, анализ микропримесей в присутствии доминирующего по амплитуде химического фона.
В заключении диссертационной работы сформулированы основные полученные в диссертации результаты и сделаны выводы о дальнейших перспективах и направлениях развития МОП ВПМА.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
- Показан эффект устойчивого удержания широких пучков ионов в периодических системах электростатических полей на больших длинах пролета.
- Предложена концепция многоотражательного анализатора с высокой трансмиссией, основанного на сочетании планарных бессеточных ионных зеркал с периодической системой электростатических линз.
- Предложена ионно-оптическая схема МОП ВПМА, обеспечивающая малые временные аберрации и высокую разрешающую способность анализатора.
- Создан прототип МОП ВПМА с тестовым ионным источником ионов на основе цезиевой пушки, на котором подтверждены расчетные ионно-оптические характеристики анализатора.
- В экспериментальных исследованиях прототипа продемонстрирована высокая разрешающая способность анализатора, превышающая 200000 и достигающая в отдельных экспериментах величины 1000000.
- Охарактеризован эмиттанс непрерывного источника типа «Электроспрей» и показана пригодность метода ортогонального ускорения для согласования такого источника с МОП ВПМА.
- Создан времяпролетный масс-спектрометр на основе сочетания МОП ВПМА с источником ионов “Электроспрей” и ортогональным ускорителем.
- Экспериментально продемонстрирована комбинация рекордных аналитических параметров многоотражательного анализатора с источником ионов «Электроспрей»: разрешающей способности порядка 70000 в полном диапазоне масс при точности измерения масс и линейности шкалы масс порядка 1–2 ррm.
- Показано увеличение рабочего цикла разработанного масс-спектрометра с ортогональным ускорителем в режиме накопления и синхронной эжекции ионов из ионного проводника.
- Для дальнейшего улучшения чувствительности масс-спектрометра предложен импульсный конвертер на основе линейной ловушки с продольным выводом ионов, обеспечивающий полное использование ионов из непрерывного источника.
- Проведено теоретическое исследование импульсного конвертера на основе линейной ионной ловушки, показавшее достижимость в таком конвертере эмиттанса ионных пакетов, согласующегося с аксептансом МОП ВПМА, при длительности пакетов в единицы наносекунд.
- Создан времяпролетный масс-спектрометр на основе сочетания МОП ВПМА с источником ионов “Электроспрей” и линейной ловушки с продольным выводом ионов.
- Проведено экспериментальное исследование МОП ВПМА с импульсным конвертером на основе линейной ловушки, подтвердившее высокую эффективность конверсии в сочетании с разрешающей способностью до 50000 в полном диапазоне по массе.
- Предложен принцип параллельного тандемного времяпролетного анализа в режиме «вложенных времен», позволяющий существенно повысить производительность анализа сложных смесей биополимеров.
- Экспериментально продемонстрирована возможность использования предложенного МОП ВПМА в качестве первой ступени параллельного тандема, в котором одновременно достигаются высокая трансмиссия и большие времена разделения порядка 10 мс при низких энергиях ионов порядка 10 – 100 эВ.
- Предложена, сконструирована и исследована СИД ячейка для быстрой фрагментации в параллельном времяпролетном тандеме, в которой достигаются высокая трансмиссия и малые уширения ионных пакетов порядка 30 – 40 мкс.
- Проведена оценка возможностей анализа сложных смесей в МОП ВПМА с высокой разрешающей способностью. В единичном спектре идентифицированы сотни компонент в воздухе методом API и при анализе гидролизатов смеси протеинов методом ESI.
ПУБЛИКАЦИИ, ОТРАЖАЮЩИЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ:
- A. Verentchikov, Tandem time of flight mass spectrometer and method of use Patent GB20020016438 (2002)
- A. Verentchikov, M. Yavor, J.C. Mitchell, V. Artaev, Multireflecting time-of-flight mass spectrometer and a method of use, Patent GB2403063 (2003)
- A.N. Verentchikov, M.I. Yavor, Dynamic well in purely electrostatic periodic systems. // Extended abstract of 51st ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics (2003), TPJ 187, www.asms.org.
- A.N. Verentchikov, Yu.I. Hasin, M.I. Yavor, Multireflecting time-of-flight mass analyzer retaining full mass range. // Extended abstract of 52nd ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics (2004), MPH 095 (www.asms.org).
- А.Н. Веренчиков, Н.В. Краснов, Л.Н. Галль, Тандемные масс-спектрометры в биохимии. // Научное приборостроение, т. 14 № 2, (2004) 4-23.
- А.Н. Веренчиков, Параллельный МС-МС анализ во времяпролетном тандеме. Постановка задачи, метод и схема прибора. // Научное приборостроение, т. 14 № 2, (2004) 24-37.
- М.И. Явор, А.Н. Веренчиков. Планарный многоотражательный времяпролетный масс-анализатор, работающий без ограничения диапазона масс. // Научное приборостроение, т. 14 № 2, (2004) 38-45.
- А.Н. Веренчиков, М.И. Явор. Устойчивость ионного движения в периодических электростатических полях. // Научное приборостроение, т. 14 № 2, (2004) 46-58.
- Ю.И. Хасин, А.Н. Веренчиков, М.А. Гаврик, М.И. Явор. Первые экспериментальные исследования планарного многоотражательного ВПМС. // Научное приборостроение, т. 14 № 2 (2004) 59-71.
- Я.И. Лютвинский, Д.М. Петров, А.Н. Веренчиков, Ю.И. Хасин, М.А.Гаврик, Система регистрации для параллельного анализа в ВПМС-тандемах. // Научное приборостроение, т. 14, №2, (2004) 80-91.
- А.В. Новиков, И.В. Назимов, В.А. Русанов, А.Н. Веренчиков, Н.В. Краснов. Контроль производства генно-инжинерного инсулина человека с помощью тандема «микроколоночный жидкостной хроматограф – масс-спектрометр» в режиме прямого ввода образца. // Научное приборостроение, т. 14, №2 (2004) 109-115.
- А.Н. Веренчиков, Ю.И. Хасин, М.И. Явор, Б.Н. Козлов, Н.В. Краснов, Многоотражательные времяпролетные масс-спектрометрические приборы // Тезисы докладов 2-й Всероссийской конференции “Аналитические приборы”, июль, 2005, СПб, Россия, с. 236.
- B.N. Kozlov; A. Trufanov; M.Z. Muradumov; M.I. Yavor; D. Nikitina; A.N. Verentchikov, Linear Ion Trap with Axial Ejection as a Source for a TOF MS. // Abstract of extended Abstract on 53rd ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics, 2005 TOD 4:20pm (www.asms.org)
- А.Н. Веренчиков, М.И. Явор, Ю.И. Хасин, М.А. Гаврик. Многоотражательный планарный времяпролетный масс-анализатор. I. Анализатор для параллельного тандемного анализа. // ЖТФ, т. 75 № 1 (2005) 74-83.
- А.Н. Веренчиков, М.И. Явор, Ю.И. Хасин, М.А. Гаврик. Многоотражательный планарный времяпролетный масс-анализатор. II. Режим высокого разрешения. // ЖТФ, т. 75 № 1 (2005) 84-88.
- A.N. Verentchikov, M.I. Yavor, Y.I. Hasin, M.A. Gavrik. Multi-reflecting TOF analyzer for high resolution MS and parallel MS-MS. // Mass Spectrometry, v.2 (2005) 11-20.
- М.И. Явор, Д.В. Никитина, А.Н. Веренчиков, А.П. Щербаков, Б.Н. Козлов. Расчет параметров ионного пучка, выходящего из газонаполненного радиочастотного квадруполя. // Научное приборостроение, т.15 № 3 (2005) 40-53.
- А.Н. Веренчиков, Б.Н. Козлов, М.И. Явор, А.С. Труфанов, Д.В. Никитина. Газонаполненная линейная квадрупольная ловушка с аксиальным выбросом как источник для многоотражательного свремяпролетного масс-спектрометра. // Научное приборостроение, т. 15 № 2 (2005) 95-111.
- Ю.И. Хасин, А.Н. Веренчиков, М.А. Гаврик, М.И. Явор. Планарный времяпролетный анализатор в режиме многократных отражений и высокого разрешения. // Научное приборостроение, т. 15 № 2 (2005) 112-120.
- М.И. Явор, Д.В. Никитина, А.Н. Веренчиков, Б.Н. Козлов. Ионно-оптические свойства импульсного источника ионов на основе линейной газонаполненной ловушки. // Научное приборостроение, т. 15 № 4 (2005) 27-41.
- А.Н. Веренчиков. Концепция многоотражательного масс-спектрометра с непрерывным источником ионов. // Научное приборостроение, т. 16 № 3 (2006) 3-20.
- М.И. Явор, А.Н. Веренчиков. Сравнительный анализ многопроходных времяпролетных масс-анализаторов на основе зеркал и секторных полей. // Научное приборостроение, т. 16 № 3 (2006) 21-29
- Ю.И. Хасин, М.А. Гаврик, М.И. Явор, Д.В. Алексеев, В.Н. Демидов, С.В. Максимов, М.З. Мурадымов, А.Н. Веренчиков. Планарный времяпролетный многоотражательный масс-спектрометр с ортогональным вводом из непрерывных источников ионов. // Научное приборостроение, т. 16 № 3 (2006) 30-39
- Б.Н. Козлов, А.С. Труфанов, М.И. Явор, С.Н. Кириллов, Д.В. Алексеев, В.Н. Демидов, С.В. Максимов, М.З. Мурадымов, А.Н. Веренчиков, Многоотражательный времяпролетный масс спектрометр с ионной ловушкой на входе. // Научное приборостроение, т. 16 № 3 (2006) 40-48.
- Б.Н. Козлов, Ю.И. Хасин, С.Н. Кириллов, А.С. Труфанов, М.А. Гаврик, А.Н. Веренчиков. Экспериментальное исследование эффектов объемного заряда в многоотражательном времяпролетном анализаторе. // Научное приборостроение, т. 16 № 3 (2006) 49-58.
- М.З. Мурадымов, С.Н. Кириллов, И.В. Курнин, К.А. Беляев, С.В. Максимов, А.Д. Андреева, А.Н.Веренчиков. Измерение характеристик ионного пучка на выходе из газонаполненного квадруполя. // Научное приборостроение, т. 16 № 3 (2006) 59-66.
- С.Н.Кириллов, А.В.Замятин, Д.В.Алексеев, В.Н.Демидов, С.В.Максимов, М.З.Мурадымов, А.Н.Веренчиков. Исследование ячейки для быстрой фрагментации и столкновительного охлаждения. // Научное приборостроение, т. 16 № 3 (2006) 67-79.
- А.Н. Веренчиков, М.В. Апацкая, Я.И. Лютвинский, В.В. Макаров, Е.П. Подольская, Ю.И. Хасин, Интерпретация спектров атмосферной ионизации с высокой точностью измерения масс. // Научное приборостроение, т. 16 № 3 (2006) 88-102.
- В.В. Макаров, Я.И. Лютвинский, А.Н. Веренчиков. Алгоритм IPEX-2D для извлечения информации о компонентах пробы из массивов данных ВЭЖХ-МС экспериментов протеомики. // Научное приборостроение, т. 16 № 3 (2006) 107-112.
- Я.И. Лютвинский, В.В. Макаров, Б.Н. Козлов, Е.П. Подольская, А.С. Труфанов, М.В. Апацкая, И.А. Краснов, Н.В. Краснов, А.Н. Веренчиков, Оценка емкости масс-спектров высокого разрешения при анализе сложных смесей. // Научное приборостроение, т. 16 № 3 (2006) 113-121
- Я.И. Лютвинский, В.В. Макаров, Н.В. Краснов, Е.П. Подольская, А.Н. Веренчиков. Частичная расшифровка аминокислотной последовательности пептида по его фрагментному масс-спектру: Алгоритм и результаты применения. // Научное приборостроение, т. 16 № 3 (2006) 122-131.
- A.N.Verentchikov, Yu.I.Hasin, M.A.Gavrik, B.N.Kozlov, M.Z.Muradumov, A.Trufanov, M.I.Yavor, V.Artaev, Multireflecting TOF MS with ESI ion source. // Abstract of International Conference of Mass Spectrometry, Prague, 2006, August.
- B.N. Kozlov, G. Galeev, M. Gavrik, Yu.Hasin, S. Kirillov, A. Monakhov, A. Trufanov, M. Yavor, A. Verentchikov, Spase Charge Effects in Multireflecting Time-of-Flight Mass Spectrometer. // Abstract of extended Abstract on 54rd ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics, (2006), MOC pm 3:40 (www.asms.org).
- M. Yavor, A. Verentchikov, Yu. Hasin, B. Kozlov, M. Gavrik, A. Trufanov. Planar multi-reflecing mass analyzer with a jig-saw ion path. // 7th International Conference on Charged Particle Optics, Cambridge, 2006.
- A. Verentchikov, A. Berdnikov, M. Yavor. Stable ion beam transportantion through periodic electrostatic structures: linear and non-linear effects. // 7th International Conference on Charged Particle Optics, Cambridge, 2006.
