1984 년, 1988 년에 출시 된 LAMS-50K 레이저 온라인 바카라 시간-비행 시간 질량 분석기는 현재 전기 및 전자 장치 분야의 국제 회의 인 IEEE (전기 및 전자 엔지니어 연구소)에 의해 "IEEE Milestone"으로 인증되었습니다. IEEE Milestone은 출시 이후 25 년 넘게 주변의 중요한 기술 성과를 축하합니다. LAMS-50K는 소프트 레이저 탈착 및 온라인 바카라 기술을 적용한 세계 최초의 제품이며 분자 생물학 및 의학과 같은 연구 분야에 기여한 것으로 인정 받았습니다.
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처음 부터이 개발에 깊이 관여 한 Tanaka Koichi는 LAMS-50K의 다양한 원소 기술을 설명합니다.
Tanaka Koichi
IEEE Milestone에 의해 인증 된 Lams-50K (1988 년에 출시)는 2002 년 노벨 화학상뿐만 아니라 당시의 많은 최첨단 기술을 수상한 소프트 온라인 바카라 탈착 방법을 결합했습니다. 이러한 기술과 기본 아이디어는 전 세계의 연구원과 엔지니어들에 의해 계속 반복되어 현재 비행 시간 질량 분석 기술의 성능을 향상 시켰습니다.
이 인증을 사용하여 LAMS-50K 상용화 시점에 개별 기술에 대한 설명을 제공하여 그 중요성을 되돌아 볼 것온라인 바카라.
강의지 수여 (노벨 강의)
https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/tanaka-lecture.pdf
LAMS-50K의 회로도 (1988 년에 생성 된 다이어그램에 대한 추가 수정)
1. 소프트 온라인 바카라 탈착 방법 SLD
2. 온라인 바카라 지연 철수 방법은 무엇입니까
3. 기울어 진 전기장 유형 반사 란 무엇온라인 바카라까?
4. 이후 단계 가속기는 무엇온라인 바카라까
5. 아날로그-디지털 컨버터 (ADC) 회로
6. 일정한 분수 판별 기 (CFD)
7. TDC (Time-to Digital Converter) 회로
8. 실제 측정 단백질 데이터는
9. Shimadzu Group이 상업화 한 레이저 온라인 바카라 MS
2002 년 노벨 화학상을 수상한 Tanaka Koichi는 Tohoku University의 Antenna Engineering의 Adachi Saburo Laboratory의 전 회원입니다.Yagi and Uda 안테나 (1924 년에 발명 된 IEEE Milestone) 및 Mushiaki 안테나 (1948 년에 발명 된 IEEE Milestone)의 추세를 따릅니다.
1. 소프트 온라인 바카라 탈착 방법 SLD
온라인 바카라 분석법 (MS)은 "요소와 화합물 분자를 측정하는 분석 방법"의 문자 적 변환입니다. 그러나 MS는 계량 스케일과 같은 방법과 달리 현미경으로도 보이지 않는 나노 크기의 원소 및 화합물 분자를 계량하는 방법이며,이를 달성하기 위해 전기장, 자기장 및 전자기 파를 사용하여 크기로 나뉩니다.
요소와 화합물 분자가 전하없이 중립적 인 상태로 유지되면 전기 또는 자기장에 반응하지 않으므로 결과적으로 다른 가중치를 구별 할 수 없으므로 일부 온라인 바카라을 사용하여 중량 분리 온라인 바카라 앞에서 전하를 적용하도록 강제로 적용됩니다. 그들 중 하나는소프트 온라인 바카라 탈착 (SLD).
화합물이 온라인 바카라 조명으로 조사 될 때, 내부 에너지의 증가로 인해 빛을 직접 흡수 할 수있는 화합물이 증가 할 가능성이 있으며 반대로, 흡수 될 수없는 경우 고체 나 액체로 유지되며 개별 분자가 자유롭게 움직일 수있는 상태로 만들 수 없습니다 (가스). "소프트 온라인 바카라 탈착 방법"은 분해없이 화합물을 기체상으로 탈링하는 방법입니다 (2002 노벨 화학상). 이 경우, 배지를 혼합 할 필요가 있었다 : 매트릭스를 혼합하여 분해없이 가능한 한 레이저 빛을 흡수하고 측정하기 위해 화합물을 온라인 바카라하기 위해 매트릭스를 혼합해야했다. 이 발명이 1980 년대에 처음으로 만들어 졌을 때, 레이저 광을 효율적으로 흡수하는 울트라 미세 금속 분말 및 가스 상을 부드럽게 탈착시키는 혼합 글리세린 상태 인 초 미세 금속 분말 (UFMP). 최근에, "매트릭스 보조 레이저 탈착 온라인 바카라 방법"이 방출되었다.＊주류온라인 바카라.
이 방법의 발달은 이전에 불가능한 것으로 간주되었던 단백질과 같은 거대 분자의 온라인 바카라를 허용합니다.
UFMP Metal Ultrafine Powder는 당시 일본온라인 바카라만 생산할 수있는 매우 미세한 나노 크기의 분말이므로 일본 분말 (Vacuum Metallurgy Co., Ltd.Made)라고합니다. 이것은 SLD가 일본온라인 바카라 처음으로 발명 한 이유 중 하나 인 것으로 생각됩니다.
소프트 온라인 바카라 탈착 방법을위한 간단한 다이어그램
*Maldi와 SLD의 관계는 무엇온라인 바카라까
Maldi는 1985 년 Drs Hillenkamp와 독일의 Karas에 의해 발명되었습니다. 말 그대로, 그것은 첨가 된 (유기) 화합물의 도움으로 온라인 바카라를 포함하는 기술입니다. 본 발명이 처음 확립되었을 때, 펩티드와 같은 저 및 중간 분자의 온라인 바카라 촉진 효과가 확인되었다. 대조적으로, SLD는 문자 그대로 레이저광을 사용하여 온화한 탈착 (온라인 바카라)의 개념과 방법에 대한 일반적인 용어로 간주됩니다. 다시 말해, 그것은 Maldi, Seldi, Dios 등을 포함하여 해석 될 수 있습니다.
2. ION 지연 철수 방법은 무엇입니까
비행 시간의 시간 원리를 설명하는 가장 간단한 방정식 (TOFM)은 에너지 보존 법칙에서 도출 될 수 있습니다. 다시 말해,이 방정식은 "온라인 바카라이 생성 될 때 보류되고 가속 후 운동 에너지가 동일하게 완료 될 때 전기 전위 에너지"를 나타냅니다. 이 방정식은 가속 후 속도 V가있는 온라인 바카라이 공간 L에서 일정한 속도로 비행하는 시간 TOF를 도출하도록 변환 될 수 있습니다 (가속 중 비행 시간 무시).
레이저 조사 후 생성 된 온라인 바카라은 초기 속도가 크거나 작습니다. 즉, 가속 전압 V06860_6881 | 이외의 다른 에너지를 포함하는 온라인 바카라 (다섯0→ V0+ε), 결과m/z＊아래 그림의 오른쪽 상단과 같이, 리드 동위 원소 206, 207, 208.
대조적으로, 위의 다이어그램의 왼쪽 하단에 표시된 것처럼 T는 온라인 바카라 생성 이후 전달 된 시간입니다D전압 인출 V0초기 속도로 이미 비행하기 시작한 온라인 바카라은 V0잠재적 에너지가 적고 반대로 초기 속도가없는 온라인 바카라이 V0가속, 동일m/z온라인 바카라이 동시에 탐지기에 도달 할 수 있습니다D질량 해결을 증가시킬 수 있습니다. 이 방법은 일반적으로 "지연 철수 방법"시간 지연 온라인 바카라 추출이라고합니다.
이 기술은 1985 년 Shimadzu Corporation Central Research Institute온라인 바카라 연구 및 개발되었습니다특허로 적용**Lams-50K에는 사용되지 않았습니다. 그러나 1990 년대 이래로, 특히 유럽과 미국에서 해상도와 정확성을 더욱 향상시킬 수있는 다양한 온라인 바카라이 개발되었으며 현재 M/⊿m : 수천에서 수만에서 수만 건의 온라인 바카라이 주류가되었습니다.
* 온라인 바카라 대 하전 비율 : 1 온라인 바카라 단위는 탄소 12의 1/12이고, 1 개의 전하 단위는 하나의 전자의 전하 금액입니다
** 일본의 검토되지 않은 출판소 SHO 61-195554 일본 특허청에서 출원 함 [S60035097] 1985 년
3. 기울어 진 전기장 유형 리플렉스 론 TOFMS
"지연 철수 방법"에서 온라인 바카라 철수의 타이밍이 동일하도록 조정됩니다m/z이것은 온라인 바카라이 검출기에 도달 할 수있는 동일한 비행 시간을 허용하여 질량 해상도가 증가하는 방법입니다. 대조적으로, 초기 에너지 ε가 분포 된 경우에도 "진자의 등방성"의 적용은 동일하게 만드는 데 사용된다.m/z온라인 바카라 순환을 동일하게 만드는 방법이 있습니다. 이 경우, 진폭의 중심에서 멀리 떨어진 거리 (에너지)에 비례하는 당기 힘이 필요합니다. 온라인 바카라에 에너지가 다른 경우에도 비행 시간 유형에 적용될 때m/z동일합니다. 탐지기는 같은 기간에 도달합니다.
최근 몇 년 동안, 비행 시간 MSS는 종종 위에서 언급 한 물리적 현상, "진자의 위조주의"를 사용하는 반사를 사용해 왔습니다. 초기 에너지 분포는 약 100 eV이며, 약 20kV의 가속 전압이 TOF에 적용되므로 에너지 수렴이 필요한 범위는 "온라인 바카라이 접힌 근처"이며, "근처만이 등방성을 달성해야합니다.
Shimadzu Corporation Central Research Institute는 경사 전기장 반사를 개발하여 LAMS-50K에 채택했습니다. 리플렉트론에 들어가기 전에 분해하여 상당한 양의 에너지를 잃은 온라인 바카라 (Post Source Decay)도 어느 정도의 "진자의 허용 성"을 유지할 수있는 메커니즘입니다. 따라서, 예를 들어, 전체 길이에 대한 반사 전압 V는 반 25cm로 감소되며, 이는 정상 총 길이가 50cm입니다.R적용되면, 에너지 수렴은 어느 정도 달성 될 수 있습니다.
"8. 실제로 측정 된 단백질 데이터"참조
US 특허 US4625112
기울어 진 전기장 유형 반사 및 응용 전압 다이어그램의 도식 다이어그램
미국 특허 4625112온라인 바카라 발췌
4. 이후 단계 가속 감지기
많은 전류 질량 분석기는 온라인 바카라 감지기를 비행 시간 유형에 의해 분리 된 장치로 사용하여 전자를 생성하여 감지기 내부의 표면과 더 충돌하고, 2x4x8x만큼 수를 늘리고, 전기 회로가 전류 및 전압을 감지 할 수있게합니다.
특히 비행 시간 유형은 온라인 바카라이 높습니다 (높음m/z) 이온 속도는 감소하고 ( "2. 지연된 추출 방법은 무엇입니까?"이온 속도 v), 이온이 검출기 표면과 충돌하더라도 첫 번째 전자를 녹아웃하기가 어려워 지므로 1980 년에 약 5kv 가속도로 단백질과 유사합니다.m/z: 10,000 이상의 온라인 바카라 감지는 예상되지 않았으며 불가능한 것으로 간주되었습니다.
lams-50k는 온라인 바카라이 직선으로 날아가는 선형 TOF 유형을 포함하는 이후의 가속 메소드를 사용하거나 반사 전자를 사용하여 온라인 바카라을 다시 튕겨서 양쪽 검출기를 위해 기울어 진 전기장 반사 TOFM을 사용하여 온라인 바카라을 뒤로 튀어 나오는 리플렉트론 TOF 유형을 사용합니다. 금속 표면의 전자. 그리고 최종 단계 전자 증폭기로Hamamatsu Photonics로 만든 마이크로 채널 플온라인 바카라트를 사용했습니다. 비행 시간 탐지기는 동일합니다m/z동시에 온라인 바카라에 도달하고 증폭해야 할 필요가 있었으며 평평하고 넓은 비행기 MCP를 채택하는 것이 필요한 조건 중 하나라고 말할 수 있습니다.
LAMS-50K에 사용되는 반사 전자의 후기 단계 가속기 검출기의 단면도 (1988 년에 생성 된 다이어그램에 대한 추가 수정)
5. 아날로그-디지털 컨버터 (ADC) 회로 란 무엇입니까?
비행 시간 질량 질량 분석기 검출기의 아날로그 신호 데이터 출력은 시계 축에서 1NSEC 미만에서 몇 개의 텐스마다 수직 축을 변경합니다. 이 신호를 컴퓨터가 처리하기 쉬운 디지털 신호로 변환하는 회로를 ADC : 아날로그-디지털 변환기라고합니다. 1980 년대에는 특정 수준 (8 비트 : 0-255) 이상의 강도 해상도를 가지고 있으며 가장 높은 시간 해상도 (10NSEC)ADCは소니에 의해 만들어진 CX-20116온라인 바카라 (아래 사진의 왼쪽 상단에있는 실버 보드).
각 온라인 바카라 샷신호 s크고 작은 방식으로 많은 변형이 있습니다Noisen가 있으며 단백질 유래 스펙트럼은 특히 약하며 한 번만 사용하는 측정충분한 s/n재현 가능한 데이터 측정은 어렵습니다. LAMS-50K는 버퍼를 효과적으로 활용하여 TOFMS 스펙트럼의 고속 (1 ~ 10 NSEC)온라인 바카라 변화하는 대량의 데이터를 순차적으로 통합하는 24 비트 8K 워드 통합 회로를 설계 및 제조했습니다.
많은 흰색 동축 케이블이 사진의 왼쪽에있는 보드에 연결되어 있으며, 이는 온라인 바카라 편차가 없도록 개별 신호를 동기화하려는 노력입니다. 또한 오른쪽에는 여러 개의 얇은 녹색 배선 (점퍼 와이어)이 있지만이 보드는 프로토 타입 장치 용이며 제품 버전에서 해결되었습니다.
ADC 회로 및 24 비트, 8K 단어 축적 회로 (프로토 타입)
비행 온라인 바카라 스펙트럼에는 약하고 강력한 피크의 혼합이 포함되어 있으며 당시 8 비트의 최상의 강도 해상도는 정량적 동적 범위를 보장 할 수 없습니다.
LAMS-50K에서, 최대 8 개의 시간 창이 설정되었고, 아래 다이어그램과 같이 각 창의 비행 시간 범위 내에서 더 적절한 S/N 데이터를 얻기 위해 ADC 앞에 최대 8 배까지 설치된 회로 게인 제어가 설치되었습니다. 당시의 최대 측정 지점은 8K 단어 (8,192 포인트), 낮은 것입니다.m/z단백질 및 기타 물질을 측정m/z까지 필요한 부품 만 측정하기 위해 노력해야한다고 말할 수 있습니다.
1 온라인 바카라 윈도우 측정 예 (볼륨 1) 및 8 독립적 인 게인 및 온라인 바카라 창 사용 예 (볼륨 1)
Lams-50k 카탈로그온라인 바카라
6. 일정한 분수 판별기 (CFD)
일반적으로, 다양한 강도의 피크는 비행 유형의 시간뿐만 아니라 질량 분광법의 스펙트럼에서 감지됩니다. 어떤 시점에서 (수평 축 위치) 각 피크를 감지한다고 생각하십니까? 대조적으로, 피크 또는 무게의 중심이 종종 사용되지만 온라인 바카라이 더욱 차별적으로 도달하면 피크 상승을 사용하는 방법이 있습니다.
피크는 몇시에 상승합니까? 특정 고정 값이 1을 초과하거나 피크 정점의 고정 백분율이 특정 백분율 일 때 고정 임계 값으로 크게 나눌 수 있습니다.
고정 조건의 경우 감지 온라인 바카라은 아래 다이어그램의 상단 행에 표시된 것처럼 피크의 강도에 따라 다르지만 특정 백분율 (하단 다이어그램)의 경우에는 변화가 없습니다. 비행 온라인 바카라에 진정으로 실온라인 바카라정확도가 높은 피크 포지션 온라인 바카라이 경우, 일정한 분획 판별기를 사용하는 것이 적합하다고 말할 수 있습니다. 여기서는 제로 크로스 타이밍이 피크 감지 온라인 바카라으로 사용됩니다.
LAMS-50K는 시간-프레임 TDC 회로의 시작 신호 및 아래 설명 된 ADC 통합 회로의 사전 단계에서 사용됩니다. 필터는 샘플에 적용되는 레이저 광의 양을 조정하도록 필터를 삽입하므로 사진 다이오드 출력의 피크 값이 변경되지만 CFD 회로는 피크 값의 영향을받지 않고 ADC 및 TDC 회로에 시작 신호를 입력 할 수 있습니다.
상수 분획 판별기 원리 설명 다이어그램 (1988 년에 생성 된 다이어그램에 추가 및 수정)
7. TDC (Time-to Digital Converter) 회로는 무엇입니까?
ADC와 달리 TDC는 각 이온 피크에 대해 하나의 카운트 또는 히스토그램을 생성하므로 하나의 스펙트럼에 대한 강도 정보가 손실됩니다. 따라서 동위 원소 분포 또는 정량적 측정을 점검하는 데 적합하지는 않지만, 종종 피크 인 시간 빈의 수는 높기 때문에 특정 숫자 이상을 추정하면 풍부의 크기를 대략 알 수 있습니다.
LAMS-50K는 Laser 방출에서 시작하여 시작 신호뿐만 아니라 TOF에서 ION 감지 정지 신호의 이전 단계에서도 CFD를 가지고 있으므로 START 및 STEP의 피크 위치 및 상승 온라인 바카라을 측정 할 수 있으며, 아래 다이어그램, 온라인 바카라 기간 동안 높은 온라인 바카라 재 구체로 표시 될 수 있습니다.
TOF에서는 많은 온라인 바카라 피크가 단일 레이저 샷으로 감지되고 Lams-50K는 시작 당 최대 256 개의 정지 신호를 측정 할 수있었습니다.
아래 다이어그램은 실험 장비에 사용 된 TDC 회로 보드의 사진 예를 보여줍니다. 당시 가능한 가장 빠른 처리였습니다Hitachi ECL(이미 터 커플 링 로직)가 사용되었습니다.
TDC 회로 (프로토 타입)
전자가 회로 보드 및 배선을 통해 1 NSEC를 전달하는 거리는 약 30cm입니다. 8 개의 지연 온라인 바카라을 사용하여 1NSEC 시간 빈을 생성하기 위해 길이가 다른 7 개의 동축 케이블을 보드 뒷면 (사진에 표시된 연한 파란색 프레임 부분)에 약 30cm로 납땜했습니다. 그것의 일부는 사진 위에서 볼 수 있습니다.
현재 1 NSEC (1GHz 이상)보다 시간 해상도가 높은 ADC는 시장에서 사용할 수 있으며 질량 분석에 CFD 및 TDC를 사용하는 장치가 적습니다. 그러나 예를 들어, 의료 영상 진단 장치 양전자 방출 단층 촬영 (PET)은 빛의 속도 (300,000 km/s)에서 비행하는 γ- 레이의 위치를 정확하게 추정하는 데 사용됩니다.tof-pet많은 사람들의 탐지기로 사용됩니다.
최근 몇 년 동안, 이는 장애물로부터 거리를 측정하기위한 TOF 측정 장치로 부분적으로 사용되었습니다LIDAR、드론や휴대 전화에도 사용됩니다.
TDC를 사용한 TOF-PET 회로도
8. 실제 측정 된 단백질 데이터는
아래 다이어그램은 LAMS-50K 제품이 개발 된 1988 년에 10 만 개가 넘는 온라인 바카라을 측정하는 데 성공한 PC 화면의 하드 카피를 보여줍니다. 이 데이터는 노벨 강의에서도 사용할 수 있습니다.
첫 번째 온라인 바카라에서
8kword 만 있으므로 10NSEC가 아닌 20NSEC 해상도를 측정하고 100,000 DA 이상의 질량을 측정하고 Lysozyme M.W. : 14.3K는 측정 범위에 포함되지 않으며 클러스터 ION 2M (28.6K DA) 또는 7m 이상.
Lysozyme 클러스터 온라인 바카라의 MS Datum
단백질과 같은 거대 분자를 파괴하지 않고 온라인 바카라하는 SLD 방법은 2002 년 노벨 화학상을 수상했지만거대 분자를 포함한 온라인 바카라이 실제로 생성되며 온라인 바카라을 분리하고 감지하고 마지막으로 전기 신호로 확인하기 위해, 병렬실제 전기 신호에 대한 다양한 연구 개발 및 변환기 및 전기 회로의 설계 및 제조그랬습니다.
장치에는 포함됩니다진공 야금・Hamamatsu Photonics・소니・Hitachi, Ltd.와 같은 다양한 일본 최첨단 제품 및 부품이 매우 중요한 역할을했다고 말할 수 있습니다.
9. Shimadzu Group이 상업화 한 레이저 온라인 바카라 MS
Shimadzu Group은 1988 년 레이저 온라인 바카라 된 MS로 Lams-50K를 출시 한 이후 35 년 동안 다양한 제품을 생산해 왔습니다.
Lams-50k (1988 년 출시)
Kompact Maldi Series (1992-1999)
Axima Series (1999 ~)
IMSCOPE (2013 ~)
Maldi-7090 (2013 ~)
Maldi-8020/8030 (2020 ~)
Maldimini-1 (2019 ~)
온라인 바카라 분광법 MS는 물리학의 기본 단위 인 "화합물의 가중"방법입니다.
20 세기 초 기본 원칙의 발명 이후, 전 세계의 연구원과 엔지니어들은 민감도, 해상도 및 정확성과 같은 기본 성능을 크게 향상 시켰으며 현재 응용 프로그램 범위는 광범위하고 있으며, 다양한 분야온라인 바카라 응용 범위가 계속 확장 될 것으로 예상됩니다.