Massaspectrometers worden veel gebruikt om zeer complexe chemische en biologische mengsels te analyseren. Wetenschappers van Skoltech hebben een nieuwe versie van een massaspectrometer ontwikkeld die rotatiefrequenties van geïoniseerde moleculen in sterke magnetische velden gebruikt om massa's met hogere nauwkeurigheid (FT ICR) te meten. Het team heeft een ionenval ontworpen die zorgt voor het grootste oplossend vermogen in ultrasterke magnetische velden. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Analytische scheikunde .

De ionenval heeft de vorm van een cilinder die bestaat uit elektroden, met elektrische en magnetische velden die binnenin worden gegenereerd. De exacte massa's van de ionen van het testmonster kunnen worden bepaald aan de hand van hun rotatiefrequenties. De elektroden moeten een geharmoniseerd veld van een bepaalde vorm creëren, zodat de ionen voorspelbaar roteren. Een val met zo'n veld wordt een Dynamisch Geharmoniseerde Cel (DHC) genoemd.

De DHC werd in 2011 uitgevonden door Evgeny Nikolaev, een professor aan het Skoltech Center for Computational and Data-Intensive Science and Engineering (CDISE). Hoewel in werkelijkheid, het veld van de cel is van zeer complexe aard en is niet geharmoniseerd, voor snel roterende ionen in het magnetische veld lijkt het nog steeds geharmoniseerd vanwege het middelingseffect, vandaar de naam van de cel. Tot dusver, de beste valkuil in termen van nauwkeurigheid van spectrummeting, de DHC is op grote schaal gebruikt in onderzoeks- en commerciële massaspectrometers met een hoge nauwkeurigheidseisen en geïntegreerd in de sterkste magnetische veldmassaspectrometer van het National High Magnetic Field Laboratory in Tallahassee, FL.

Supersterke magneten kosten tientallen miljoenen dollars. De nauwkeurigheid van massametingen wordt verondersteld lineair toe te nemen met de magnetische veldsterkte, maar dat doet het niet:in werkelijkheid, het patroon is niet-lineair, en de toename in nauwkeurigheid is veel langzamer dan verwacht.

De wetenschappers gingen ervan uit dat niet-lineariteit optreedt omdat het vacuümniveau in de cel niet voldoende is, hoe geavanceerd de pompen ook zijn. Ze ontwikkelden een val met beide uiteinden open voor gemakkelijke evacuatie van restgassen en noemden het de "Zig-Zag Cell".

"Direct, ons lab vervaardigt de nieuwe cel die we zullen gebruiken voor experimenten om te controleren of onze aannames en theoretische voorspellingen correct zijn, en als ze dat zijn, de val zal de lineaire relatie tussen de meetnauwkeurigheid van het massaspectrum en de magnetische veldsterkte weer op zijn plaats zetten, waardoor een hogere nauwkeurigheid wordt gegarandeerd bij zeer hoge waarden van magnetische veldsterkte. Het feit dat de nauwkeurigheid toeneemt met een toename van de magnetische veldsterkte, betekent dat de val mogelijk zal helpen om de meest nauwkeurige massaspectrometer van allemaal te creëren, " zegt Anton Lioznov, een doctoraat student aan Skoltech.

Volgens de studieleider Professor Jevgeni Nikolajev, massaspectrometers met een nieuw type cel zullen zorgen voor een hogere nauwkeurigheid voor biologische monsters en complexe mengsels, zoals olie, waar zelfs bestaande massaspectrometers van dit type met de DHC tot 400 kunnen detecteren, 000 verbindingen.