imported>Virginias Zimmer: /* growthexperiments-addlink-summary-summary:1|0|0 */

2026-03-15T13:54:55Z

growthexperiments-addlink-summary-summary:1|0|0

Neue Seite

[[Datei:Reflectron.jpg|mini|Elektrodenstapel eines Reflektrons (rechts) am Anschlussrohr zum Massenspektrometer (links)]]
Ein '''Reflektron''' ist ein Bestandteil mancher [[Flugzeitmassenspektrometer]]. Indem die Flugrichtung der [[Ion]]en umgekehrt wird, wird der Einfluss ihrer [[Kinetische Energie|kinetischen Energieverteilung]] auf die Flugzeit verringert. Dadurch wird das Auflösungsvermögen des Massenspektrometers verbessert.

== Prinzip ==

Durch eine Reihe von Elektroden mit unterschiedlichen [[Elektrische Spannung|Spannungen]] wird ein [[elektrisches Feld]] mit einem [[Gradient (Mathematik)|Gradienten]] erzeugt, das die Ionen abbremst und anschließend wieder in die Gegenrichtung beschleunigt. Treten nun zwei Ionen mit gleicher [[Masse (Physik)|Masse]] aber unterschiedlicher kinetischer Energie in das Feld ein, so legt das Ion mit der höheren kinetischen Energie einen weiteren Weg zurück, bis es vollständig abgebremst ist, als dasjenige mit der geringeren kinetischen Energie. Durch diese zusätzliche Wegstrecke treffen beide Ionen dann zum selben Zeitpunkt auf dem Detektor auf. Das verwendete elektrische Feld kann statisch oder zeitabhängig sein. Das Reflektron ist aus einer gepulsten [[Ionenquelle]], einem feldfreien Bereich im Anschlussrohr, einem [[Ionenspiegel]] und dem Detektor aufgebaut.

== Anwendungsgebiete ==
Das Reflektron wird bei manchen Massenspektrometern verwendet, um einzelne Ionen, z. B. von [[Peptid]]fragmenten, nach einer zweiten Fragmentierung genauer in ihrer [[Molmasse]] und teilweise dadurch erst eindeutig bestimmen zu können.<ref>A. Staub, J. Schappler, S. Rudaz, J. L. Veuthey: ''CE-TOF/MS: fundamental concepts, instrumental considerations and applications.'' In: ''Electrophoresis.'' Band 30, Nummer 10, Mai 2009, S. 1610–1623, {{ISSN|1522-2683}}. [[doi:10.1002/elps.200800782]]. PMID 19441039.</ref><ref>R. J. Cotter, W. Griffith, C. Jelinek: ''Tandem time-of-flight (TOF/TOF) mass spectrometry and the curved-field reflectron.'' In: ''Journal of chromatography. B, Analytical technologies in the biomedical and life sciences.'' Band 855, Nummer 1, August 2007, S. 2–13, {{ISSN|1570-0232}}. [[doi:10.1016/j.jchromb.2007.01.009]]. PMID 17258517.</ref> Durch die Angleichung der unterschiedlichen kinetischen Energien der Ionen ergibt sich in einer Verbesserung der Messgenauigkeit des [[Masse-zu-Ladung-Verhältnis]]ses bis auf wenige Dalton pro Elektron.<ref>E. Pittenauer, G. Allmaier: ''High-energy collision induced dissociation of biomolecules: MALDI-TOF/RTOF mass spectrometry in comparison to tandem sector mass spectrometry.'' In: ''[[Combinatorial Chemistry & High Throughput Screening]].'' Band 12, Nummer 2, Februar 2009, S. 137–155, {{ISSN|1875-5402}}. PMID 19199883.</ref> In Kombination mit einer zweiten Fragmentierung der Peptidfragmente in Aminosäurefragmente kann so nicht nur eine eindeutige Identifizierung, sondern im Zuge einer [[De-Novo-Peptidsequenzierung]] die [[Aminosäuresequenz]] eines Peptids bestimmt werden.

== Reflektron mit ''einem'' Feld ==
[[Datei:reflectron ss.gif|mini|hochkant=0.5|Schema eines Reflektrons mit ''einem'' elektrischen Feldbereich]]
Ein Reflektron mit einem elektrischen Feldbereich ({{enS|''single-stage reflectron''}}) erzeugt im Ionenspiegel ein homogenes elektrisches Feld. Die Verteilung des Potentials entlang der zentralen Achse kann linear oder nichtlinear sein. Das elektrische Feld kann konstant oder zeitabhängig sein. Bei einem homogenen Feld werden die Bereiche ohne Feld ({{enS|''zero field''}}) und die im Ionenspiegel liegenden Bereiche mit Feld durch ein durchlässiges Metallgitter (95 % durchlässig) getrennt. Das Reflektron mit einem elektrischen Feld erlaubt eine vergleichsweise höhere Auflösung bei Ionen, deren kinetische Energie relativ geringe Unterschiede (von wenigen Prozent) zueinander aufweisen.

Die [[Flugzeit]] ''t'' der Ionen mit der Masse ''m'', der [[Elektrische Ladung|Ladung]] ''q'', der Beschleunigungsspannung U ist in einem homogenen Feld
:<math>t(U) = \frac{L}{\sqrt{2U}} \sqrt{\frac{m}{q}}\ + \frac{2 L_{m}\sqrt{2U}}{U_{m}} \sqrt{\frac{m}{q}}\ </math>

mit der Wegstrecke der Ionen im feldfreien Bereich ''L'', der Länge des Ionenspiegels ''Lm'', der Spannung über den Ionenspiegel ''Um''.
Für eine Kompensationsbedingung erster Ordnung der Flugzeit ''t'' bei der Streubreite ''dU'' der kinetischen Energie ''U'' sollte folgende Bedingung erfüllt sein:
:<math>\frac{dt}{dU} = 0</math>

Unter der Annahme, dass die kinetische Energie der Ionen im feldfreien Bereich gleich der potentiellen Energie der Ionen nahe dem Umkehrpunkt im Ionenspiegel ist, und dass der Umkehrpunkt nahe an der hinteren Elektrode im Ionenspiegel liegt (Um = U), folgt
:<math>L_{m} = \frac{L}{4}</math>

In der Praxis sollte die Länge des Ionenspiegels 10–20 % größer sein, um auch alle Ionen mit gestreuter kinetischer Energie zu messen.

Das elektrische Feld ''Em'' im Ionenspiegel eines Reflektrons mit einem elektrischen Feld sollte sein:
:<math>E_{m} = \frac{4U}{L}</math>

In Fällen größerer Streubreite ''dU'' wird die relative Breite des Signals ({{enS|''peak''}}) ''dt/t'' in einem Reflektron mit einem Feld durch den unkompensierten Anteil der Flugzeit ''t(U)'' bestimmt, proportional zu
:<math>\frac{dt}{t} = k \frac{d^2t}{dU^2}</math>
mit k als Konstante der Parameter des Reflektrons mit einem Feld.

== Reflektron mit zwei Feldern ==
[[Datei:reflectron ds.gif|mini|hochkant=0.5|Schema eines Reflektrons mit zwei Feldbereichen]]
Der Ionenspiegel in diesem Reflektrontyp besitzt zwei Bereiche mit unterschiedlichen elektrischen Feldern. Dies erlaubt es, beide Ableitungen von ''t(U)'' in Bezug auf ''U'' auf null zu stellen. Dadurch können, im Vergleich zu Reflektrons mit einem Feld, größere Streubreiten kinetischer Energie kompensiert werden. Üblicherweise werden Reflektrons mit zwei Feldern bei der ''orthogonal acceleration time-of-flight mass spectrometry'' (oa-TOF-MS, Flugzeitmassenspektrometrie mit orthogonaler Beschleunigung) verwendet. Der Aufbau nach Mamyrin beinhaltet zwei hochdurchlässige leitfähige Gitter zur Trennung der beiden Feldbereiche. Die Auflösung in einem Reflektron mit zwei Feldern wird hauptsächlich durch die Streuung der Ionen durch die Gitter,<ref>{{Literatur | Autor = T. Bergmann, T. P. Martin, H. Schaber | Jahr = 1989 | Titel = High‐resolution time‐of‐flight mass spectrometers: Part I. Effects of field distortions in the vicinity of wire meshes | Sammelwerk = Rev. Sci. Instrum | Band = 60 | Seiten = 347 | DOI=10.1063/1.1140436}}</ref> die Streubreite der kinetischen Energie der Ionen nach der pulsierten Ionisierungsquelle und der Genauigkeit des Aufbaus festgelegt. Zur Minderung der Streuung sollte der Bereich der ersten Entschleunigung relativ groß sein. Der Effekt der Streuung der Ionen auf die Auflösung kann durch einen geeigneten Gitteraufbau gemindert werden.<ref>D. S. Selby, V. Mlynski, M. Guilhaus: ''Demonstrating the effect of the ‘polarised grid geometry’ for orthogonal acceleration time-of-flight mass spectrometers.'' In: ''Rapid Communications in Mass Spectrometry.'' Band 14, Ausgabe 7, 2000, S. 616.</ref>

== Gitterloses Reflektron ==
Ein Typ des gitterlosen Reflektrons verwendet ein gekrümmtes elektrisches Feld im Ionenspiegel, bei dem das Potential entlang der Achse nichtlinear von der Entfernung <math>x</math> zum Eingang des Ionenspiegels abhängt. Die Kompensation der Flugzeit für Ionen unterschiedlicher kinetischer Energie kann durch Anpassung der Spannung erreicht werden.

Das elektrische Potential im Ionenspiegel eines Reflektrons mit quadratischem Feld ist proportional zum Quadrat der Entfernung zum Eingang des Ionenspiegels:

:<math>V(x) = kx^2</math>

was den Fall eines eindimensionalen harmonischen Feldes darstellt. Wenn sowohl die Ionisierungsquelle als auch der Detektor am Eingang des Ionenspiegels angebracht sind und wenn die Ionen nahe der Achse des Ionenspiegels liegen, ist die Flugzeit der Ionen im Reflektron mit quadratischem Feld beinahe unabhängig von der kinetischen Energie der Ionen.<ref name="Flensburg2004">J. Flensburg, D. Haid, J. Blomberg, J. Bielawski, D. Ivansson: ''Applications and performance of a MALDI-ToF mass spectrometer with quadratic field reflectron technology.'' In: ''Journal of biochemical and biophysical methods.'' Band 60, Nummer 3, September 2004, S. 319–334, {{ISSN|0165-022X}}. [[doi:10.1016/j.jbbm.2004.01.010]]. PMID 15345299.</ref>

Ein gitterloser Ionenspiegel mit nichtlinearem Feld mit vereinfachtem Aufbau aus drei Bestandteilen wurde beschrieben.<ref>J. Zhang, C. G. Enke: ''Simple cylindrical ion mirror with three elements.'' In: ''[[Journal of the American Society for Mass Spectrometry]].'' Band 11, Nummer 9, September 2000, S. 759–764, {{ISSN|1044-0305}}. [[doi:10.1016/S1044-0305(00)00145-8]]. PMID 10976882.</ref><ref>T. Bergmann, T. P. Martin, H. Schaber: ''High resolution time‐of‐flight mass spectrometers.'' Part III: ''Reflector design.'' In: ''Rev. Sci. Instrum.'' 61, 1990, S. 2592.</ref>

== Post-source Decay ==
Bei einem Reflektron mit [[Matrix-unterstützte Laser-Desorption/Ionisation|MALDI]] als Ionenquelle kann im Vakuum eine weitere Fragmentierung der Molekülionen der ersten Fragmentierung nach der Ionisierungsquelle ({{enS|''post-source decay''}}‚ PSD, Zerfall nach der Quelle) erfolgen. Das ''Post-source Decay'' wird zur Untersuchung komplexer Moleküle verwendet, unter anderem zur [[Proteinsequenzierung]] durch [[De-Novo-Peptidsequenzierung]].

Beim Post-source Decay fragmentieren die Vorläuferionen mit einer kinetischen Energie von einigen Kilo[[elektronvolt]] durch [[Laser]] oder [[Kollisionsinduzierte Dissoziation|hochenergetische Kollisionen]] ({{enS|''high-energy collision-induced dissociation''}}, HCD). Das für eine Messung geeignete Zeitintervall beginnt mit dem Austritt der Vorläuferionen aus der Ionenquelle und endet mit dem Eintreffen der Ionen am Ionenspiegel.<ref name="Kaufmann1994">R. Kaufmann, D. Kirsch, B. Spengler: ''Sequenching of peptides in a time-of-flight mass spectrometer: evaluation of postsource decay following matrix-assisted laser desorption ionisation (MALDI).'' In: ''International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes.'' 131, 1994, S. 355–385, [[doi:10.1016/0168-1176(93)03876-N]].</ref> Die kinetische Energie der entstehenden Fragmente (PSD-Ionen) mit der Masse ''m'' unterscheidet sich deutlich von der der Vorläuferionen mit der Masse ''M'' und ist proportional zu ''m/M''. Dadurch ist zwar die Verteilung der kinetischen Energien vergleichsweise groß, aber E/m und damit die Geschwindigkeitsverteilung ist klein. Daher werden anschließend die Ionen auf vergleichsweise hohe kinetische Energien beschleunigt (Faktor 4 zu den Vorläuferionen), um eine ausreichende Auflösung für die PSD zu erzielen.<ref>S. Kurnosenko, E. Moskovets: ''On the high-resolution mass analysis of the product ions in tandem time-of-flight (TOF/TOF) mass spectrometers using a time-dependent re-acceleration technique.'' In: ''Rapid Commun Mass Spectrom.'' 24(1), 2010, S. 63–74.</ref> Eine Verwendung von gitterlosen Reflektrons mit Ionenspiegel mit gekrümmtem Feld oder mit zeitabhängigem Feld kann ebenso die Auflösung verbessern.

== Geschichte ==
Die Idee für ein Reflektron wurde erstmals 1956 von S. G. Alichanow entwickelt.<ref>S. G. Alikhanov: ''A new impulse technique for ion mass measurements.'' In: ''Soviet J Exptl Theoret Phys.'' Band 31, 1956, S. 517f.</ref><ref>S. G. Alikhanov: ''A new impulse technique for ion mass measurement.'' In: ''Sov. Phys. JETP.'' Band 4, 1957, S. 452f.</ref> Im Jahr 1973 wurde es im Labor von [[Boris Alexandrowitsch Mamyrin]] umgesetzt.<ref>B. A. Mamyrin, V. I. Karataev, D. V. Shmikk, V. A. Zagulin: ''The mass-reflectron, a new nonmagnetic time-of-flight mass spectrometer with high resolution.'' In: ''Sov. Phys. JETP.'' Band 37, 1973, S. 45.</ref><ref name="DOI10.1016/S1387-3806(00)00392-4">B. A. Mamyrin: ''Time-of-flight mass spectrometry (concepts, achievements, and prospects).'' In: ''International Journal of Mass Spectrometry.'' 206, 2001, S. 251–266. [[doi:10.1016/S1387-3806(00)00392-4]].</ref>

== Literatur ==
* T. J. Cornish, R. J. Cotter: ''A curved-field reflectron for improved energy focusing of product ions in time-of-flight mass spectrometry.'' In: ''Rapid communications in mass spectrometry : RCM.'' Band 7, Nummer 11, November 1993, S. 1037–1040, {{ISSN|0951-4198}}. [[doi:10.1002/rcm.1290071114]]. PMID 8280914.
* Robert J. Cotter, Serguei Iltchenko, Dongxia Wang: ''The curved-field reflectron: PSD and CID without scanning, stepping or lifting.'' In: ''International Journal of Mass Spectrometry.'' 240, 2005, S. 169–182, [[doi:10.1016/j.ijms.2004.09.022]].

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Massenspektrometrie]]
[[Kategorie:Biochemische Methode]]

Reflektron - Versionsgeschichte

imported>Virginias Zimmer: /* growthexperiments-addlink-summary-summary:1|0|0 */