Selecting the best Q Exactive Orbitrap mass spectrometer scan mode for your application

Význam tématu

Výběr optimálního režimu měření hmotnostních spektrometrů série Q Exactive je klíčový pro dosažení požadované citlivosti, selektivity a rychlosti analýzy v různých aplikacích od screeningových metod až po kvantifikaci komplexních vzorků.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bílého papíru je popsat dostupné scan módy na přístrojích Q Exactive (Full MS, AIF, SIM, PRM, dd-MS2, DIA, multiplexing), vysvětlit jejich technické principy, porovnat je s konvenčními QQQ a Q-TOF technologiemi a nabídnout doporučení pro vývoj metod.

Použitá metodika a instrumentace

Popis přístroje:

• Izolační kvadrupól: ostré oddělení uživatelsky definovaných m/z rozsahů.
• C-Trap: akumulace a řízení náboje (AGC), usměrnění iontů k fragmentaci nebo detekci.
• HCD článek: vysokoenergetická kolizní dissociace fragmentů, možnost spektrální multiplexace až do 10 injekcí.
• Orbitrapový analyzátor: zachycuje ionty jako oscilace, generuje časově proměnný signál, ovlivňuje rozlišení (délka transi­entu) bez snížení citlivosti.

Hlavní výsledky a diskuse

Popis scan módů a jejich charakteristik:

• Full MS: celoplošný m/z sběr, univerzální profilování i kvantifikace.
• Full MS/AIF: následná všesměrová fragmentace, vhodné pro malé molekuly.
• t-SIM: uživatelsky definované úzké pásmo (0,4–2 Da), maximální citlivost.
• PRM (t-MS2): cílené MS/MS, vysoká selektivita i citlivost, vhodné pro sledované sloučeniny v komplexních matricích.
• Full MS/dd-MS2 (Top N): datově závislé MS/MS spouštění na základě překročení prahu, populární v proteomice.
• DIA: sekvenční fragmentace definovaných oken, globální pohled na MS2 data.
• Spektrální multiplexing (MSX): paralelní sběr fragmentů vícero prekurzorů pro zvýšení průchodnosti.

Dále je diskutován kompromis citlivosti, selektivity a rychlosti ("magický trojúhelník"), optimalizace délky injekčního času, nastavení rozlišení a využití kontinuálního přepínání polarity.

Přínosy a praktické využití metody

Praktické zásady pro vývoj metod:

1. Startovací režim: Full MS pro screening a kvantifikaci.
2. Citlivost: užít SIM pro nízké koncentrace.
3. Selektivita: PRM pro jednoznačné potvrzení analyzátů.
4. Komplexní matrix: kombinace Full MS a datově závislých módů nebo DIA.
5. Úspora času: multiplexing k paralelní fragmentaci vícero prekurzorů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Vývoj vysokofrekvenčních Orbitrap analyzátorů (HF, HF-X) pro rychlejší skeny, integrace umělé inteligence a strojového učení pro automatickou optimalizaci parametrů, rozšíření databází a softwarových nástrojů pro zpracování DIA dat a multi-omics aplikací.

Závěr

Série Q Exactive nabízí široké spektrum scan módů, které umožňují převést konvenční QQQ metody do prostředí Orbitrap analyzátorů a často je překonat co do rozlišení, citlivosti i selektivity. Klíčem k úspěchu je volba vhodného scan módu podle stanovených analytických cílů a optimalizace parametrů ACE (AGC, Collision Energy, rozlišení).

Reference

1. Bromirski M. First choice in high resolution mass spectrometry with Orbitrap mass analyzer technology for screening, confirmation and quantitative analyses; Thermo Fisher Scientific White Paper 65146, 2018.
2. Makarov A., Denisov E., Kholomeev A., Balschun W., Lange O., Strupat K., Horning S. Performance evaluation of a hybrid linear ion trap/Orbitrap mass spectrometer; Anal. Chem. 2006, 78, 2113.
3. Hu Q., Noll R.J., Li H., Makarov A., Hardman M., Cooks R.G. The Orbitrap: a new mass spectrometer; J. Mass Spectrom. 2005, 40, 430.
4. Perry R.H., Cooks R.G., Noll R.J. Orbitrap mass spectrometry: Instrumentation, ion motion and applications; Mass Spectrom. Rev. 2008, 27, 661.
5. Hu Q., Cooks R.G., Noll R.J. Phase-enhanced selective ion ejection in an Orbitrap mass spectrometer; J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2007, 18, 980.
6. Zubarev R., Makarov A. Orbitrap mass spectrometry; Anal. Chem. 2013, 85, 5288.
7. Strupat K., Scheibner O., Bromirski M. High-Resolution, Accurate-Mass Orbitrap Mass Spectrometry – Definitions, Opportunities, and Advantages; Thermo Fisher Scientific Technical Note 64287, 2016.
8. Kaufmann A., Butcher P., Maden K., Walker S., Widmer M. Reliability of veterinary drug residue confirmation: High resolution mass spectrometry versus tandem mass spectrometry; Anal. Chim. Acta 2015, 856, 54.
9. Thermo Fisher Scientific. AI65645. Orbitrap quantitation: lab of the future; Thermo Fisher Scientific, 2018.