फूरियर-परिवर्तन आयन साइक्लोट्रॉन अनुनाद

फूरियर-परिवर्तन आयन साइक्लोट्रॉन प्रतिध्वनि द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री आयन साइक्लोट्रॉन प्रतिध्वनि के आधार पर आयनों के द्रव्यमान-से-चार्ज अनुपात (एम/जेड) को निर्धारित करने के लिए प्रकार का द्रव्यमान विश्लेषक (या द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर) है। इस प्रकार निश्चित चुंबकीय क्षेत्र में आयन आयन एक पेनिंग जाल  (इलेक्ट्रिक ट्रैपिंग प्लेटों वाला चुंबकीय क्षेत्र) में फंस जाते हैं, जहां वे चुंबकीय क्षेत्र के ऑर्थोगोनल दोलनशील विद्युत क्षेत्र द्वारा बड़े साइक्लोट्रॉन त्रिज्या के लिए (अपने गुंजयमान साइक्लोट्रॉन आवृत्तियों पर) उत्तेजित होते हैं। उत्तेजना क्षेत्र हटा दिए जाने के बाद, आयन चरण में अपनी साइक्लोट्रॉन आवृत्ति पर (आयनों के पैकेट के रूप में) घूम रहे हैं। जैसे ही आयनों के पैकेट उनके निकट से निकलते हैं, ये आयन इलेक्ट्रोड की जोड़ी पर चार्ज (एक इमेज धारा के रूप में पहचाना गया) उत्पन्न करते हैं। परिणामी संकेत को मुक्त प्रेरण क्षय (एफआईडी), क्षणिक या इंटरफेरोग्राम कहा जाता है जिसमें साइन तरंगों का सुपरपोजिशन होता है। मास स्पेक्ट्रम देने के लिए फूरियर रूपांतरण करके इस डेटा से उपयोगी सिग्नल निकाला जाता है।

इतिहास
एफटी-आईसीआर का आविष्कार मेल्विन बार्नेट कॉमिसारो मेल्विन बी. कॉमिसारो ने किया था और ब्रिटिश कोलंबिया विश्वविद्यालय में एलन जी. मार्शल पहला पेपर 1974 में  रासायनिक भौतिकी पत्र  में छपा था। इसकी प्रेरणा पारंपरिक आईसीआर और न्यूक्लियर मैग्नेटिक रेजोनेंस फूरियर-परिवर्तन स्पेक्ट्रोस्कोपी या फूरियर-परिवर्तन न्यूक्लियर मैग्नेटिक रेजोनेंस (एफटी-एनएमआर) स्पेक्ट्रोमेट्री में पहले का विकास था। मार्शल ने ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी और फ्लोरिडा स्टेट यूनिवर्सिटी में तकनीक विकसित करना जारी रखा है।

सिद्धांत
एफटीआईसीआर की भौतिकी कम से कम पहले सन्निकटन में साइक्लोट्रॉन के समान है।

सबसे सरल आदर्श रूप में, साइक्लोट्रॉन आवृत्ति और द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात के बीच संबंध दिया गया है


 * $$f = \frac{qB}{2\pi m},$$

जहाँ f = साइक्लोट्रॉन आवृत्ति, q = आयन आवेश, B = चुंबकीय क्षेत्र की बल और m = आयन द्रव्यमान है।

इसे अधिकांशतः कोणीय आवृत्ति में दर्शाया जाता है:


 * $$\omega_\text{c} = \frac{qB}{m},$$

जहाँ $$\omega_\text{c}$$ कोणीय आवृत्ति है, जो परिभाषा के अनुसार आवृत्ति $$f = \frac{\omega}{2\pi}$$ से संबंधित है.

आयनों को अक्षीय दिशा में फंसाने के लिए उपयोग किए जाने वाले चतुष्कोणीय विद्युत क्षेत्र के कारण, यह संबंध केवल अनुमानित है। इस प्रकार अक्षीय विद्युत ट्रैपिंग के परिणामस्वरूप (कोणीय) आवृत्ति के साथ ट्रैप के अन्दर अक्षीय दोलन होता है


 * $$\omega_\text{t} = \sqrt{\frac{q\alpha}{m}},$$

जहाँ $$\alpha$$ लयबद्ध दोलक के स्प्रिंग स्थिरांक के समान स्थिरांक है और प्रयुक्त वोल्टेज, ट्रैप आयाम और ट्रैप ज्यामिति पर निर्भर है।

विद्युत क्षेत्र और परिणामी अक्षीय हार्मोनिक गति साइक्लोट्रॉन आवृत्ति को कम कर देती है और मैग्नेट्रॉन गति नामक दूसरी रेडियल गति का परिचय देती है जो मैग्नेट्रोन आवृत्ति पर होती है। साइक्लोट्रॉन गति अभी भी उपयोग की जाने वाली आवृत्ति है, किन्तु इस घटना के कारण उपरोक्त संबंध स्पष्ट नहीं है। गति की प्राकृतिक कोणीय आवृत्तियाँ हैं


 * $$\omega_\pm = \frac{\omega_\text{c}}{2} \pm \sqrt{\left(\frac{\omega_\text{c}}{2}\right)^2 - \frac{\omega_\text{t}^2}{2}},$$

जहाँ $$\omega_\text{t}$$ अक्षीय विद्युत ट्रैपिंग के कारण अक्षीय ट्रैपिंग आवृत्ति है और $$\omega_+$$ कम साइक्लोट्रॉन (कोणीय) आवृत्ति है और $$\omega_-$$ मैग्नेट्रोन (कोणीय) आवृत्ति है। दोबारा, $$\omega_+$$ इसे सामान्यतः एफटीआईसीआर में मापा जाता है। इस समीकरण का अर्थ इस स्थिति पर विचार करके गुणात्मक रूप से समझा जा सकता है $$\omega_\text{t}$$ छोटा है, जो सामान्यतः सत्य है। उस स्थिति में रेडिकल का मान इससे थोड़ा ही कम होता है, और $$\omega_\text{c}/2$$ का मूल्य $$\omega_+$$ से थोड़ा ही कम $$\omega_\text{c}$$ है  (साइक्लोट्रॉन आवृत्ति थोड़ी कम हो गई है)। इस प्रकार $$\omega_-$$ के लिए  मूलांक का मान समान (थोड़ा सा कम)  $$\omega_\text{c}/2$$है , किन्तु इसे $$\omega_\text{c}/2$$ घटाया जा रहा है , जिसके परिणामस्वरूप छोटी संख्या $$\omega_\text{c} - \omega_+$$ सामान्य होती है  (अर्थात वह मात्रा जिससे साइक्लोट्रॉन आवृत्ति कम हो गई थी)।

उपकरण
एफटीआईसीआर-एमएस अन्य मास स्पेक्ट्रोमेट्री तकनीकों से अधिक अलग है जिसमें आयनों का पता इलेक्ट्रॉन गुणक जैसे डिटेक्टर से टकराकर नहीं लगाया जाता है, किन्तु केवल डिटेक्शन प्लेटों के पास से निकलकर लगाया जाता है। इसके अतिरिक्त द्रव्यमानों का समाधान अन्य तकनीकों की तरह अंतरिक्ष या समय में नहीं किया जाता है, किन्तु केवल आयन साइक्लोट्रॉन प्रतिध्वनि (घूर्णी) आवृत्ति द्वारा किया जाता है जो प्रत्येक आयन चुंबकीय क्षेत्र में घूमते समय उत्पन्न करता है। इस प्रकार, अलग-अलग आयनों का पता अलग-अलग स्थानों पर नहीं लगाया जाता है जैसे सेक्टर उपकरण के साथ या अलग-अलग समय पर उड़ान के समय के उपकरणों के साथ, किन्तु सभी आयनों का पता लगाने के अंतराल के समय साथ पता लगाया जाता है। यह फेलगेट के लाभ के सिद्धांतों के कारण देखे गए सिग्नल-टू-शोर अनुपात में वृद्धि प्रदान करता है। एफटीआईसीआर-एमएस में, चुंबक की बल ( टेस्ला (इकाई) में) बढ़ाकर या पता लगाने की अवधि बढ़ाकर रिज़ॉल्यूशन में सुधार किया जा सकता है।

प्रकोष्ठ
विभिन्न सेल ज्यामिति की उनके विशिष्ट इलेक्ट्रॉनिक विन्यास के साथ समीक्षा साहित्य में उपलब्ध है। चूँकि, आईसीआर प्रकोष्ठ निम्नलिखित दो श्रेणियों से संबंधित हो सकती हैं:

विभिन्न ज्यामितियों के साथ कई बंद आईसीआर सेल्स का निर्माण किया गया और उनके प्रदर्शन की विशेषता बताई गई है। आयनों को अक्षीय रूप से (चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के समानांतर) फंसाने के लिए अक्षीय विद्युत क्षेत्र को प्रयुक्त करने के लिए ग्रिड का उपयोग अंत कैप के रूप में किया गया था। इस प्रकार आयनों को या तो सेल के अंदर उत्पन्न किया जा सकता है या बाहरी आयन स्रोत से सेल में इंजेक्ट किया जा सकता है। धनात्मक और ऋणात्मक दोनों आयनों को साथ फंसाने के लिए ग्रिड की दोहरी जोड़ी के साथ नेस्टेड आईसीआर सेल्स का निर्माण भी किया गया था।

सबसे सामान्य ओपन सेल ज्यामिति सिलेंडर है, जो रिंग के आकार में इलेक्ट्रोड उत्पन्न करने के लिए अक्षीय रूप से खंडित होता है। केंद्रीय रिंग इलेक्ट्रोड का उपयोग सामान्यतः रेडियल उत्तेजना विद्युत क्षेत्र को प्रयुक्त करने और पता लगाने के लिए किया जाता है। चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के साथ आयनों को फंसाने के लिए टर्मिनल रिंग इलेक्ट्रोड पर डीसी विद्युत वोल्टेज लगाया जाता है। विभिन्न व्यास के रिंग इलेक्ट्रोड वाले विवृत बेलनाकार सेल भी डिजाइन किए गए हैं। इस प्रकार वे न केवल दोनों आयन ध्रुवों को साथ पकड़ने और उनका पता लगाने में सक्षम सिद्ध हुए, किन्तु वे रेडियल रूप से धनात्मक और ऋणात्मक आयनों को अलग करने में भी सफल रहे थे। इसने नई सेल के अंदर साथ फंसे धनात्मक और ऋणात्मक आयनों के बीच गतिज आयन त्वरण में बड़ा अंतर प्रस्तुत किया था। इस प्रकार आयन-आयन टकराव अध्ययन के लिए वर्तमान में कई आयन अक्षीय त्वरण योजनाएं लिखी गईं थी।

संग्रहीत तरंगरूप व्युत्क्रम फूरियर रूपांतरण
स्टोर्ड-वेवफॉर्म व्युत्क्रम फूरियर परिवर्तन (स्विफ्ट) एफटीएमएस के लिए उत्तेजना तरंगों के निर्माण की विधि है। टाइम-डोमेन उत्तेजना तरंग का निर्माण उपयुक्त आवृत्ति-डोमेन उत्तेजना स्पेक्ट्रम के व्युत्क्रम फूरियर रूपांतरण से होता है, जिसे चयनित आयनों की प्रतिध्वनि आवृत्तियों को उत्तेजित करने के लिए चुना जाता है। स्विफ्ट प्रक्रिया का उपयोग अग्रानुक्रम मास स्पेक्ट्रोमेट्री प्रयोगों के लिए आयनों का चयन करने के लिए किया जा सकता है।

अनुप्रयोग
फूरियर-परिवर्तन आयन साइक्लोट्रॉन रेजोनेंस (एफटीआईसीआर) मास स्पेक्ट्रोमेट्री उच्च-रिज़ॉल्यूशन तकनीक है जिसका उपयोग उच्च स्पष्टता के साथ द्रव्यमान निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। एफटीआईसीआर-एमएस के कई अनुप्रयोग स्पष्ट द्रव्यमान के आधार पर अणुओं की संरचना निर्धारित करने में सहायता के लिए इस द्रव्यमान स्पष्टता का उपयोग करते हैं। यह तत्वों के द्रव्यमान दोष के कारण संभव है। एफटीआईसीआर-एमएस मास स्पेक्ट्रोमीटर के अन्य रूपों की तुलना में बड़े माप पर स्पष्टता के उच्च स्तर को प्राप्त करने में सक्षम है, क्योंकि सुपरकंडक्टिंग चुंबक रेडियो-आवृत्ति (आरएफ) वोल्टेज की तुलना में बहुत अधिक स्थिर है।

एक अन्य स्थान जहां एफटीआईसीआर-एमएस उपयोगी है वह जटिल मिश्रणों से निपटने में है, जैसे बायोमास या अपशिष्ट द्रवीकरण उत्पाद, चूँकि रिज़ॉल्यूशन (संकीर्ण शीर्ष चौड़ाई) समान द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात (एम/जेड) वाले दो आयनों के संकेतों को अलग-अलग आयनों के रूप में पहचानने की अनुमति देता है।   यह उच्च रिज़ॉल्यूशन कई आवेशों वाले प्रोटीन जैसे बड़े मैक्रोमोलेक्यूल्स का अध्ययन करने में भी उपयोगी है, जिन्हें इलेक्ट्रोस्प्रे आयनीकरण द्वारा उत्पादित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, दो पेप्टाइड्स का पता लगाने का एटमोल स्तर बताया गया है। इन बड़े अणुओं में आइसोटोप का वितरण होता है जो आइसोटोपिक चोटियों की श्रृंखला उत्पन्न करता है। चूँकि समस्थानिक शीर्ष m/z अक्ष पर दूसरे के निकट हैं, इस प्रकार एकाधिक आवेशों के कारण, एफटीआईसीआर की उच्च विभेदन शक्ति अत्यंत उपयोगी है। एफटीआईसीआर-एमएस प्रोटिओमिक्स के अन्य अध्ययनों में भी बहुत उपयोगी है। यह टॉप-डाउन और बॉटम-अप प्रोटिओमिक्स दोनों में असाधारण रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करता है। इलेक्ट्रॉन-कैप्चर पृथक्करण (ईसीडी), टकराव-प्रेरित पृथक्करण (सीआईडी), और इन्फ्रारेड मल्टीफोटोन पृथक्करण (आईआरएमपीडी) सभी का उपयोग अग्रानुक्रम मास स्पेक्ट्रोमेट्री प्रयोगों में खंड स्पेक्ट्रा का उत्पादन करने के लिए किया जाता है। चूँकि सीआईडी ​​और आईआरएमपीडी मेरुदंड के लिंकेज को तोड़कर पेप्टाइड्स को अलग करने के लिए कंपन उत्तेजना का उपयोग करते हैं, जो सामान्यतः ऊर्जा में कम और कमजोर होते हैं, इस प्रकार सीआईडी ​​और आईआरएमपीडी अनुवाद के बाद के संशोधनों के पृथक्करण का कारण भी बन सकते हैं। दूसरी ओर, ईसीडी विशिष्ट संशोधनों को संरक्षित करने की अनुमति देता है। यह फॉस्फोराइलेशन अवस्थाओं, ओ- या एन-लिंक्ड ग्लाइकोसिलेशन और सल्फेटिंग का विश्लेषण करने में अधिक उपयोगी है।

बाहरी संबंध

 * What's in an Oil Drop? An Introduction to Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance (FT-आईसीआर) for Non-scientists National High Magnetic Field Laboratory
 * Scottish Instrumentation Resource Centre for Advanced Mass Spectrometry
 * Fourier-transform Ion Cyclotron Resonance (FT-आईसीआर) FT-आईसीआर Introduction University of Bristol