Estructuras para manipulaciones iónicas sin pérdidas

Las estructuras para manipulaciones iónicas sin pérdidas ( SLIM ) son una forma de óptica iónica a la que se pueden aplicar diversos potenciales eléctricos de radiofrecuencia y CC para permitir una amplia gama de manipulaciones iónicas, como separaciones basadas en espectrometría de movilidad iónica , reacciones (unimoleculares, ión-molécula e ión-ión) y almacenamiento (es decir, atrapamiento de iones ). ^{[ 1 ]} SLIM fue desarrollado por Richard D. Smith y colaboradores en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) y generalmente se fabrica a partir de matrices de electrodos en superficies planas espaciadas uniformemente. ^{[ 2 ]} En 2017, Erin S. Baker , Sandilya Garimella, Yehia Ibrahim, Richard D. Smith e Ian Webb del Grupo de Ómicas Interactivas del PNNL recibieron el Premio R&D 100 por el desarrollo de SLIM. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

En SLIM, los iones se mueven en el espacio entre las dos superficies, en direcciones controladas mediante campos eléctricos, y también entre diferentes niveles de SLIM, que pueden construirse a partir de una pila de placas de circuito impreso (PCB). La naturaleza sin pérdidas de SLIM se deriva del uso de campos eléctricos de radiofrecuencia (RF), y en particular del pseudopotencial derivado de los campos eléctricos no homogéneos resultantes de la RF de frecuencia apropiada aplicada a múltiples electrodos adyacentes, lo que evita que los iones se acerquen demasiado a los electrodos y la superficie, donde convencionalmente se esperaría una pérdida. Los SLIM se utilizan generalmente junto con la espectrometría de masas para aplicaciones analíticas.

Los primeros SLIM se fabricaron utilizando tecnología PCB para demostrar una serie de manipulaciones iónicas simples en gases a bajas presiones (unos pocos torr). ^{[ 5 ]} Esta tecnología SLIM tiene similitudes conceptuales con los circuitos electrónicos integrados, pero en lugar de mover electrones, se utilizaron campos eléctricos para crear vías, interruptores, etc., para manipular iones en la fase gaseosa.

Los dispositivos SLIM permiten secuencias complejas de separación, transferencia y atrapamiento de iones en el espacio entre dos superficies separadas (por ejemplo, a unos 4  mm) y recubiertas con electrodos conductores. Estos dispositivos utilizan los campos eléctricos no homogéneos generados por matrices de electrodos muy próximos entre sí, a los que se aplican voltajes de radiofrecuencia (RF) pico a pico (por ejemplo, Vp-p ~ 100 V; ~ 1  MHz) con polaridad opuesta en electrodos adyacentes para crear campos de potencial efectivos que impiden que los iones se acerquen a las superficies. Inicialmente, se informó que la presión de operación de los dispositivos SLIM se encuentra en el rango de 1 a 10 torr, lo que permite confinar eficazmente los iones mediante los potenciales de RF previamente definidos. A presiones más altas, la capacidad de confinar iones disminuye sin que se apliquen fuerzas adicionales a las poblaciones iónicas.

El confinamiento funciona en un rango de presiones (<0,1 torr a ~50 torr) y en un rango ajustable de relación masa-carga ( m/z ) (por ejemplo, m/z 200 a >2000). Este potencial efectivo funciona en conjunto con potenciales de CC aplicados a los electrodos laterales para evitar pérdidas de iones, y permite crear trampas y conductos iónicos en el espacio entre las dos superficies para el almacenamiento y movimiento prácticamente sin pérdidas de iones como resultado de cualquier gradiente en los campos de CC aplicados.

Las dos mitades simétricas de un sistema SLIM se muestran en el ejemplo de la izquierda. En comparación con los sistemas de mayor longitud de trayectoria desarrollados en PNNL, esta placa es considerablemente más corta, pero sirve como prototipo rápido. ^{[ 6 ]} Cuando se pliegan y se separan aproximadamente 3 mm, las superficies de los electrodos coplanares crean los campos necesarios para el confinamiento y la separación de iones.

• Tolmachev, Aleksey V; Webb, Ian K; Ibrahim, Yehia M.; Garimella, Sandilya VB; Zhang, Xinyu; Anderson, Gordon A; Smith, Richard D. (23 de agosto de 2014). "Caracterización de la dinámica de iones en estructuras para manipulaciones de iones sin pérdidas" . Analytical Chemistry . 86 (18): 9162–8 . doi : 10.1021/ac502054p . PMC 4175726. PMID 25152178 .