Gecodeerde apertuur verbetert de prestaties van een massaspectrometer en maakt het mogelijk ze handzamer te maken voor mobiel gebruik (af: Jeff Glass)

Massaspectrometers zijn handzame apparaten om achter de moleculaire samenstelling van mengsels te komen. Ze schiften simpelweg op molecuulmassa. Die dingen zouden handig zijn bij, bijvoorbeeld, het vinden van aardgaslekken of het ontdekken van springstoffen, maar het probleem was altijd het apparaat in handzaam formaat te maken. Op basis van een artikel uit 1970 zijn onderzoekers van de Amerikaanse Duke-universiteit er in geslaagd met behulp van informatica de massaspectrometer te verkleinen, zonder dat de ten koste gaat van zijn prestaties.

In een massaspectrometer krijgen de moleculen een elektrische lading en passeren vervolgens een elektrisch en/of magneetveld. Daardoor komen de moleculen in een cirkelbaan terecht: hoe lichter het molecuul, hoe kleiner de straal (e.o.). Zo kan je een mengsel ‘ontbinden’ in zijn samenstellende delen. Dat is handzaam voor van alles en nog wat.
Massaspectrometers zijn bedacht in de jaren 30, maar hebben nog steeds ongeveer de grootte van een oven of koelkast. Dat heeft met de breedte van de spleet (apertuur) te maken waardoor de moleculen worden gestuurd. “Die spleet bepaalt je oplossend vermogen”, zegt onderzoeker Jeff Glass. “Als je het apparaat kleiner maakt moet die spleet ook kleiner worden. Dat betekent dat het aantal ionen dat die spleet kan passeren ook kleiner wordt waardoor je uiteindelijke signaal zwakker wordt. We hebben dat probleem opgelost door verschillende spleten te maken.”
Glass vergelijkt het met een zonsverduistering. Als je in een stuk karton een gaatje maakt waardoor je het zonlicht laat vallen, dan krijg je een prima beeld van het verloop van die zonsverduistering; hoe kleiner het gaatje hoe scherper het beeld, maar ook hoe vager. Dat is precies wat er gebeurt bij het verkleinen van een massaspectrometer.

Meer spleten

Je lost dat probleem op door meer kleine gaatjes te maken en, met behulp van een algoritme, die gaatjes over elkaar te projecteren. Dat is niet zo ingewikkeld omdat je het patroon van die gaatjes kent. “Het idee werd eigenlijk al gelanceerd in 1970, maar niemand heeft ooit de stukken bij elkaar gepast”, zegt medeonderzoeker Jason Amsden.
Met behulp van wat de onderzoekers gecodeerde apertuur hebben genoemd, kunnen kleinere massaspectrometers gemaakt worden, maar niet zo klein en nauwkeurig als die techniek ze in theorie zou kunnen maken. Waarom dat zo is wordt in het persbericht verder niet uitgelegd. Wel wordt gesteld dat de techniek de prestaties van de oudste ontwerpen van eenvoudige massaspectrometers kan verbeteren. De onderzoekers kijken nu naar de toepassing van gecodeerde apertuur in verschillende types massaspectrometer om te bepalen welk type het best kan ‘krimpen’ tot een ‘veldapparaat’. Ook onderzoeken ze of die minimassaspectrometers zijn te gebruiken voor het detecteren van sporen aardgas (in verband met gaslekken) of het detecteren van explosieven (een heet onderwerp heden ten dage), maar de veldtoepassingen zouden breder zijn dat. Amsden: “De techniek kan de prestatie van klassieke massaspectrometers die al een hogere resolutie hebben verder verbeteren. Daar zijn er veel van.” Zijn eigen universiteit zou alleen al vijftig massaspectrometers hebben voor medisch gebruik. “Ik hoop dat dit grote gevolgen heeft voor de nabije toekomst.”

Bron: Science Daily