2.4. Орбитальная ионная ловушка Орбитрэп

Золотов Юрий Александрович
Академик РАН

 

Получивший очень высокую оценку и широкое распространение масс-спектрометр Orbitrap был создан А.А. Макаровым, работавшем на фирме Thermo в Германии [11]. Чтобы доказать необходимость включения этого достижения в данную книгу, приведём выдержки из интервью, данного А.А. Макаровым авторам статьи [12].

Выдержка первая.

«Вопрос: Первый и основной вопрос, как Вы и Ваш коллектив подошли к созданию орбитрэпа. Особенно интересно, с чего все начиналось – постепенно или сразу, как все это родилось и развивалось далее?

Ответ: Все начиналось с того времени, когда я был студентом Московского инженерного-физического института (МИФИ) (1984-1989 гг.), где у А.А. Сысоева был аспирант Пекаль Александр Леопольдович, и он как-то сказал мне: почему бы тебе – раз ты все равно хочешь здесь работать – не придумать идеальный масс-спектрометр, который бы решал мою проблему – искровой источник ионов с гигантским угловым и энергетическим разбросом. Тогда я и начал изучать поля с квадратичной фокусировкой и нашёл работы Голикова, нашёл другие работы. В результате моя кандидатская работа была посвящена полям с идеальной фокусировкой, тема моей диссертации «Квази-изохронное движение заряженных частиц в статических электромагнитных полях».

Выдержка вторая, побольше.

«Потом, когда я защитился в 1992-м году и стал кандидатом физико-математических наук, я заказал себе поездку – своего рода цирк-шапито – по Британии, Бельгии, Германии, но далеко я не проехал. Я проехал до Манчестера и там меня буквально поймали люди из фирмы «Кратос». Там были те, которые потом организовали нашу маленькую фирму, костяк которой составляли специалисты из России Эдуард Денисов, Александр Холомеев и я.

Вопрос: Скажите, вот в этой тяжелой работе по созданию принципиально нового прибора, насколько трудны были вопросы с электроникой и «железом»?

Ответ. Да, нам пришлось по сути делать новое изобретение, чтобы достичь тех параметров, которые нам были нужны. Огромное значение имела стабильность электроники, – от нее зависела стабильность всего прибора, особенно в коммерческом варианте. Для исследований это было не так критично, для коммерческого же прибора – это принципиально. Поэтому то, что удалось быстро перейти от исследовательского варианта к коммерческому – это заслуга специалистов, и в первую очередь Александра Холомеева.

Вопрос: Сейчас эти ребята работают с Вами?

Ответ: Да...

Вопрос: Но если бы не трое русских, то вообще ничего не было?

Ответ: Да. Сам метод появился потому, что были школы из С.-Петербурга и Москвы по времяпролетной масс-спектрометрии. Это уже была стартовая позиция, с которой мы начинали. Конечно, ничего бы не появилось, не будь этой новой фирмы и её защиты от всего того, что происходило в механизме жёсткого выживания, в условиях дикого капитализма. Конечно, это было их прямой заслугой: поддержка с электроникой, механикой, обсуждениями, – все это очень важно. Костяк группы, конечно, составляли масс-спектрометристы из России.

Вопрос: Хотелось бы услышать из Ваших уст какое-нибудь утверждение, что при создании такого уникального прибора были «отечественные мозги».

Ответ: Это как раз наиболее чётко видно в этой истории: не будь вот этих трёх специалистов, хотя бы один из них отсутствовал – и прибора не было. Конечно, можно было бы что-то сделать, но это случилось бы гораздо позже».

В новом масс-спектрометре линейная ионная ловушка сочетается с масс-анализатором «Орбитрэп» через радиочастотную квадрупольную ловушку с изогнутой осью [13]. В масс-анализаторе созданном А.А. Макаровым и его группой, не используются магнитные или радиочастотные поля, анализатор базируется на принципе электростатической аксиально-гармонической орбитальной ловушки ионов.

Рис. 2.4. Масс-спектрометр Орбитрэп.

«Благодаря тому, что частота аксиальной осцилляции не зависит от кинетической энергии ионов, а электрическое поле может быть установлено с очень высокой точностью и стабильностью, по принципу своей работы орбитрэп является идеальным масс- спектрометром. Это означает, что на нем может быть достигнуто супервысокое разрешение и масса ионов может быть измерена с очень высокой точностью. Немаловажно, что в реальности для него оказалась характерна большая емкость ионов, позволяющая достигать большой точности измерения массы, более широкого динамического диапазона и диапазона отношений величин массы к заряду [13, 14]».

Специалисты сейчас с юмором вспоминают, что в своё время знатоки масс-спектрометрии сформулировали двенадцать причин, почему нельзя сделать ловушку типа Орбитреп.