Kütle spektrometrisi - Mass spectrometry

Kütle spektrometrisi ( MS ) ölçmek için kullanılan bir analiz tekniğidir kütle-yük oranı arasında iyonları . Sonuçlar bir kütle spektrumu , kütle-yük oranının bir fonksiyonu olarak bir yoğunluk grafiği olarak sunulur . Kütle spektrometrisi birçok farklı alanda kullanılmaktadır ve karmaşık karışımların yanı sıra saf numunelere de uygulanmaktadır.

Bir kütle spektrumu, kütle-yük oranının bir fonksiyonu olarak iyon sinyalinin bir grafiğidir. Bu spektrumlar, bir numunenin elementel veya izotopik imzasını , partiküllerin ve moleküllerin kütlelerini belirlemek ve moleküllerin ve diğer kimyasal bileşiklerin kimyasal kimliğini veya yapısını aydınlatmak için kullanılır .

Tipik bir MS prosedüründe, katı, sıvı veya gaz halinde olabilen bir numune, örneğin bir elektron demeti ile bombardıman edilerek iyonize edilir . Bu, numunenin bazı moleküllerinin pozitif yüklü parçalara ayrılmasına veya parçalanmadan sadece pozitif yüklü hale gelmesine neden olabilir. Bu iyonlar (parçalar) daha sonra kütle/yük oranlarına göre, örneğin hızlandırılarak ve bir elektrik veya manyetik alana tabi tutularak ayrılırlar: aynı kütle/yük oranına sahip iyonlar aynı miktarda sapmaya uğrayacaktır. . İyonlar, bir elektron çoğaltıcı gibi yüklü parçacıkları tespit edebilen bir mekanizma tarafından tespit edilir . Sonuçlar, kütle/yük oranının bir fonksiyonu olarak tespit edilen iyonların sinyal yoğunluğunun spektrumları olarak görüntülenir. Numunedeki atomlar veya moleküller, bilinen kütleler (örneğin tüm bir molekül) ile tanımlanan kütleler arasında ilişki kurularak veya karakteristik bir parçalanma modeli yoluyla tanımlanabilir.

Kütle spektrometresinin tarihi

1886'da Eugen Goldstein , negatif yüklü katot ışınlarının (katottan anoda hareket eden) yönünün tersine, delikli bir katottaki kanallardan ve anottan uzaklaşan düşük basınç altında gaz deşarjlarında ışınları gözlemledi . Goldstein bu pozitif yüklü anot ışınlarını "Kanalstrahlen" olarak adlandırdı; Bu terimin İngilizce'ye standart çevirisi " kanal ışınları " dır . Wilhelm Wien , güçlü elektrik veya manyetik alanların kanal ışınlarını saptırdığını buldu ve 1899'da, pozitif ışınları yük-kütle oranlarına ( Q/m ) göre ayıran dik elektrik ve manyetik alanlara sahip bir cihaz yaptı . Wien, şarj/kütle oranının, boşaltma tüpündeki gazın doğasına bağlı olduğunu buldu. İngiliz bilim adamı JJ Thomson daha sonra kütle spektrografını yaratma baskısını azaltarak Wien'in çalışmalarını geliştirdi.

Spektrograf kelimesi 1884 yılına kadar uluslararası bilimsel sözlüğün bir parçası haline gelmişti . İyonların kütle -yük oranını ölçen erken spektrometri cihazlarına , bir fotoğraf plakası üzerinde bir kütle değerleri spektrumu kaydeden aletlerden oluşan kütle spektrografları adı verildi . Bir kütle spektroskopu , iyon demetinin bir fosfor ekranına yönlendirilmesi dışında bir kütle spektrografına benzer . Ayarlamaların etkilerinin hızlı bir şekilde gözlemlenmesi istendiğinde, erken cihazlarda bir kütle spektroskop konfigürasyonu kullanıldı. Enstrüman uygun şekilde ayarlandıktan sonra, bir fotoğraf plakası yerleştirildi ve açığa çıkarıldı. Kütle spektroskopu terimi, bir fosfor ekranının doğrudan aydınlatılmasının yerini bir osiloskop ile dolaylı ölçümlerin almasına rağmen kullanılmaya devam etti . Işık spektroskopisi ile karıştırılma olasılığı nedeniyle kütle spektroskopisi teriminin kullanımı artık önerilmemektedir . Kütle spektrometrisi genellikle kütle-spesifik veya basitçe MS olarak kısaltılır .

Modern kütle spektrometrisi teknikleri sırasıyla 1918 ve 1919'da Arthur Jeffrey Dempster ve FW Aston tarafından geliştirildi .

Kalutron olarak bilinen sektör kütle spektrometreleri Ernest O. Lawrence tarafından geliştirildi ve Manhattan Projesi sırasında uranyum izotoplarını ayırmak için kullanıldı . Calutron kütle spektrometre kullanıldı uranyum zenginleştirme de Oak Ridge, Tennessee Y-12 bitki Dünya Savaşı sırasında kurdu.

1989'da Nobel Fizik Ödülü'nün yarısı , 1950'ler ve 1960'larda iyon tuzağı tekniğini geliştirdikleri için Hans Dehmelt ve Wolfgang Paul'a verildi .

2002 yılında Nobel Kimya Ödülü verildi John Bennett Fenn gelişimi için elektrosprey iyonizasyon (ESI) ve Koichi Tanaka gelişimi için yumuşak lazer dezorpsiyon (SLD) ve biyolojik makromoleküllerin, özellikle proteinlerin iyonlaşma uygulanmaları.

Kütle spektrometresinin parçaları

Bir kütle spektrometresi üç bileşenden oluşur: bir iyon kaynağı, bir kütle analizörü ve bir detektör. İyonlaştırıcı iyonlarına numunenin bir kısmı dönüştürür. Numunenin fazına (katı, sıvı, gaz) ve bilinmeyen türler için çeşitli iyonizasyon mekanizmalarının verimliliğine bağlı olarak çok çeşitli iyonizasyon teknikleri vardır. Bir ekstraksiyon sistemi, numuneden iyonları uzaklaştırır ve bu iyonlar daha sonra kütle analizörü aracılığıyla dedektöre hedeflenir . Parçaların kütlelerindeki farklılıklar, kütle analizörünün iyonları kütle-yük oranlarına göre ayırmasına olanak tanır. Dedektör, bir gösterge miktarının değerini ölçer ve böylece mevcut her iyonun bolluğunu hesaplamak için veri sağlar. Bazı dedektörler, örneğin çok kanallı bir plaka gibi uzamsal bilgi de verir.

teorik örnek

Aşağıdaki örnek, sektör tipinde olan bir spektrometre kütle analizörünün çalışmasını açıklamaktadır . (Diğer analizör tipleri aşağıda ele alınmaktadır.) Bir sodyum klorür (sofra tuzu) numunesi düşünün . İyon kaynağında numune buharlaştırılır ( gaz haline getirilir ) ve iyonize edilir (elektrik yüklü parçacıklara dönüştürülür) sodyum (Na ⁺ ) ve klorür (Cl ^- ) iyonlarına dönüştürülür. Sodyum atomları ve iyonları, yaklaşık 23 u'luk bir kütleye sahip monoizotopiktir . Klorür atomları ve iyonları, yaklaşık 35 u (yaklaşık yüzde 75 doğal bollukta) ve yaklaşık 37 u (yaklaşık yüzde 25 doğal bollukta) kütleli iki izotop halinde gelir. Spektrometrenin analizör kısmı, bu alanlarda hareket eden iyonlara kuvvet uygulayan elektrik ve manyetik alanlar içerir . Yüklü bir parçacığın hızı, elektrik alanından geçerken artırılabilir veya azaltılabilir ve yönü manyetik alan tarafından değiştirilebilir. Hareket eden iyonun yörüngesindeki sapmanın büyüklüğü, onun kütle/yük oranına bağlıdır. Daha hafif iyonlar, manyetik kuvvet tarafından daha ağır iyonlardan daha fazla sapar ( Newton'un ikinci hareket yasasına göre , F = ma ). Ayrıştırılan iyonların akışları, analiz cihazından her bir iyon tipinin göreli bolluğunu kaydeden dedektöre geçer. Bu bilgi, orijinal numunenin kimyasal element bileşimini (yani numunede hem sodyum hem de klorun mevcut olduğu) ve bileşenlerinin izotopik bileşimini ( ³⁵ Cl ila ³⁷ Cl oranı ) belirlemek için kullanılır.

iyon oluşturma

İyon kaynağı , analiz edilmekte olan malzeme (analit) iyonize kütle spektrometresi bir parçasıdır. İyonlar daha sonra manyetik veya elektrik alanlarla kütle analiz cihazına taşınır .

İyonizasyon teknikleri, kütle spektrometrisi ile ne tür numunelerin analiz edilebileceğini belirlemede anahtar olmuştur. Gazlar ve buharlar için elektron iyonizasyon ve kimyasal iyonizasyon kullanılır . Kimyasal iyonizasyon kaynaklarında analit, kaynaktaki çarpışmalar sırasında kimyasal iyon-molekül reaksiyonları ile iyonize edilir. Sıvı ve katı biyolojik numunelerle sıklıkla kullanılan iki teknik arasında elektrosprey iyonizasyon ( John Fenn tarafından icat edilmiştir ) ve matris destekli lazer desorpsiyon/iyonizasyon (MALDI, başlangıçta K. Tanaka tarafından benzer bir teknik "Yumuşak Lazer Desorpsiyon (SLD)" olarak geliştirilmiştir) bulunmaktadır. M. Karas ve F. Hillenkamp tarafından MALDI olarak Nobel Ödülü'ne layık görüldü.

Sert iyonizasyon ve yumuşak iyonizasyon

Kütle spektrometrisinde iyonizasyon, kütle analiz cihazında veya kütle filtresinde çözülmeye uygun gaz fazı iyonlarının üretimini ifade eder. İyon kaynağında iyonlaşma meydana gelir . Birkaç iyon kaynağı mevcuttur; her birinin belirli uygulamalar için avantajları ve dezavantajları vardır. Örneğin, elektron iyonizasyonu (EI) yüksek derecede parçalanma sağlar ve ustaca analiz edildiğinde yapısal açıklama/karakterizasyon için önemli bilgiler sağlayabilen ve aynı çalışma koşulları altında elde edilen kütle spektral kitaplıklarına kıyasla bilinmeyen bileşiklerin tanımlanmasını kolaylaştırabilen oldukça ayrıntılı kütle spektrumları verir. . Bununla birlikte, EI, HPLC'ye , yani LC-MS'ye bağlanmak için uygun değildir , çünkü atmosfer basıncında elektron üretmek için kullanılan filamentler hızla yanar. Böylece EI, ağırlıklı olarak tüm sistemin yüksek vakum altında olduğu GC , yani GC-MS ile birleştirilir .

Sert iyonizasyon teknikleri, büyük derecelerde parçalanma başlatan söz konusu moleküle yüksek miktarlarda artık enerji veren işlemlerdir (yani, bağların sistematik olarak parçalanması, fazla enerjiyi ortadan kaldırmak, sonuçtaki iyona stabiliteyi geri kazandırmak için hareket eder). Ortaya çıkan iyonlar , moleküler kütleden daha düşük m/z'ye sahip olma eğilimindedir (proton transferi durumu dışında ve izotop tepeleri hariç). Sert iyonizasyonun en yaygın örneği elektron iyonizasyonudur (EI).

Yumuşak iyonizasyon, söz konusu moleküle çok az artık enerji veren ve bu nedenle küçük parçalanma ile sonuçlanan süreçleri ifade eder. Örnekler arasında hızlı atom bombardımanı (FAB), kimyasal iyonizasyon (CI), atmosferik basınçlı kimyasal iyonizasyon (APCI), atmosferik basınçlı fotoiyonizasyon (APPI), elektrosprey iyonizasyonu (ESI), desorpsiyon elektrosprey iyonizasyonu (DESI) ve matris destekli lazer bulunur. desorpsiyon/iyonizasyon (MALDI).

İndüktif eşleşmiş plazma

Endüktif olarak eşleştirilmiş plazma (ICP) kaynakları öncelikle çok çeşitli numune türlerinin katyon analizi için kullanılır. Bu kaynakta, genel olarak elektriksel olarak nötr olan, ancak atomlarının önemli bir bölümünün yüksek sıcaklıkla iyonize edildiği bir plazma, sokulan numune moleküllerini atomize etmek ve bu atomlardan dış elektronları daha fazla soymak için kullanılır. Plazma genellikle argon gazından üretilir, çünkü argon atomlarının ilk iyonlaşma enerjisi He, F ve Ne hariç diğer elementlerin birincisinden daha yüksek, ancak en elektropozitif metaller hariç tüm ikinci iyonlaşma enerjisinden daha düşüktür. Isıtma, plazmayı çevreleyen bir bobinden geçen bir radyo frekansı akımı ile sağlanır.

Fotoiyonizasyon kütle spektrometrisi

Fotoiyonizasyon , kimyasal kinetik mekanizmaları ve izomerik ürün dallanmasını çözmenin bir yolu olarak kütle spektrometrisini kullanmayı amaçlayan deneylerde kullanılabilir. Bu gibi durumlarda, He veya Ar taşıyıcı gazındaki kararlı gaz halindeki molekülleri ayırmak için X-ışını veya uv gibi yüksek enerjili bir foton kullanılır. Bir senkrotron ışık kaynağının kullanıldığı durumlarda, m/z'den parmak izi moleküler ve iyonik türlere şarj oranı ile birlikte kullanılabilen bir fotoiyonizasyon verimlilik eğrisi elde etmek için ayarlanabilir bir foton enerjisi kullanılabilir. Daha yakın zamanlarda atmosferik basınç fotoiyonizasyonu (APPI), molekülleri çoğunlukla LC-MS sistemlerinin atık suları olarak iyonize etmek için geliştirilmiştir.

ortam iyonizasyonu

Ortam iyonizasyonuna yönelik bazı uygulamalar , klinik uygulamaların yanı sıra çevresel uygulamaları da içerir. Bu tekniklerde iyonlar, kütle spektrometresinin dışında bir iyon kaynağında oluşur. Numunelerin önceden ayrılması veya hazırlanması gerekmediğinden numune alma kolaylaşır. Ortam iyonizasyon tekniklerinin bazı örnekleri, diğerleri arasında DESI , SESI , LAESI , desorpsiyon atmosferik basınçlı kimyasal iyonizasyon (DAPCI) ve desorpsiyon atmosferik basınçlı fotoiyonizasyon DAPPI'dir .

Diğer iyonizasyon teknikleri

Diğerleri arasında ışıma deşarjı , alan desorpsiyonu (FD), hızlı atom bombardımanı (FAB), termosprey , silikon üzerinde desorpsiyon/iyonizasyon (DIOS), Gerçek Zamanlı Doğrudan Analiz (DART), atmosferik basınçlı kimyasal iyonizasyon (APCI), ikincil iyon kütle spektrometrisi yer alır. (SIMS), kıvılcım iyonizasyonu ve termal iyonizasyon (TIMS).

kitle seçimi

Kütle analizörleri, iyonları kütle-yük oranlarına göre ayırır . Aşağıdaki iki yasa, vakumda elektrik ve manyetik alanlarda yüklü parçacıkların dinamiklerini yönetir:

${\displaystyle \mathbf {F} =Q(\mathbf {E} +\mathbf {v} \times \mathbf {B} )}$( Lorentz kuvvet yasası );

${\displaystyle \mathbf {F} =m\mathbf {a} }$( Göreceli olmayan durumda Newton'un ikinci hareket yasası , yani yalnızca ışık hızından çok daha düşük iyon hızında geçerlidir).

Burada F kuvveti iyonuna uygulanan, m iyonunun kütlesidir, bir ivmesi Q, iyon ücreti, E elektrik alanı ve V x B olan vektör çapraz ürün iyon velositesine ve manyetik alan

İyon verimlerine uygulanan kuvvet için yukarıdaki ifadeleri eşitlemek:

${\displaystyle (m/Q)\mathbf {a} =\mathbf {E} +\mathbf {v} \times \mathbf {B} .}$

Bu diferansiyel denklem , yüklü parçacıklar için klasik hareket denklemidir . Parçacığın başlangıç ​​koşulları ile birlikte, parçacığın uzay ve zaman içindeki hareketini tamamen m/Q cinsinden belirler . Bu nedenle kütle spektrometreleri "kütleden yüke spektrometreler" olarak düşünülebilir. Veriler sunulurken, (resmi olarak) boyutsuz m/z'nin kullanılması yaygındır ; burada z, iyon üzerindeki temel yüklerin ( e ) sayısıdır (z=Q/e). Bu miktar, gayri resmi olarak kütle-yük oranı olarak adlandırılsa da, daha doğru bir ifadeyle, kütle numarası ile yük sayısının, z oranını temsil eder .

Statik veya dinamik alanlar ve manyetik veya elektrik alanlar kullanan birçok kütle analiz cihazı türü vardır, ancak tümü yukarıdaki diferansiyel denkleme göre çalışır. Her analizör tipinin güçlü ve zayıf yönleri vardır. Birçok kütle spektrometresi, tandem kütle spektrometrisi (MS/MS) için iki veya daha fazla kütle analizörü kullanır . Aşağıda listelenen daha yaygın kütle analizörlerine ek olarak, özel durumlar için tasarlanmış başkaları da vardır.

Birkaç önemli analizör özelliği vardır. Kütle çözme gücü biraz farklı iki tepe ayırt edebilme yeteneğinin bir ölçüsüdür , m / z . Kütle doğruluğu, m/z ölçüm hatasının gerçek m/z'ye oranıdır . Kütle doğruluğu genellikle ppm veya mili kütle birimleriyle ölçülür . Kütle aralığı, belirli bir analizör tarafından analiz edilebilecek m/z aralığıdır . Doğrusal dinamik aralık, iyon sinyalinin analit konsantrasyonu ile doğrusal olduğu aralıktır. Hız, deneyin zaman çerçevesini ifade eder ve nihai olarak, üretilebilecek birim zaman başına spektrum sayısını belirlemek için kullanılır.

Sektör enstrümanları

Bir sektör alan kütle analizörü , yüklü parçacıkların yolunu ve/veya hızını bir şekilde etkilemek için statik bir elektrik ve/veya manyetik alan kullanır . Yukarıda gösterildiği gibi, sektör enstrümanları , kütle analizöründen geçerken kütle-yük oranlarına göre iyonların yörüngelerini bükerek, daha yüklü ve daha hızlı hareket eden, daha hafif iyonları daha fazla saptırır. Analizör, dar bir m/z aralığı seçmek veya mevcut iyonları kataloglamak için bir m/z aralığını taramak için kullanılabilir.

Uçuş süresi

Time-of-flight (TOF) cihazı bir kullanan elektrik alanı aynı yoluyla iyonları hızlandırmak için potansiyeli , ve daha sonra detektör ulaşmak için gereken zamanı ölçer. Parçacıkların hepsi aynı varsa ücret , onların kinetik enerjileri aynı olur ve onların hızları onların sadece bağlı olacaktır kitleler . Kütlesi daha düşük olan iyonlar dedektöre önce ulaşacaktır. Ancak gerçekte, aynı m/z'ye sahip parçacıklar bile farklı başlangıç ​​hızlarına sahip oldukları için dedektöre farklı zamanlarda ulaşabilirler. Başlangıç ​​hızı genellikle TOF-MS iyonunun kütlesine bağlı değildir ve son hızda bir farka dönüşecektir. Bu nedenle, aynı m/z oranına sahip iyonlar dedektöre çeşitli zamanlarda ulaşacak ve bu da sayım vs m/z grafiğinde gösterilen pikleri genişletecek, ancak genellikle piklerin merkezi konumunu değiştirmeyecektir. analiz edilen diğer iyonlara göre iyonların ortalama başlangıç ​​hızı genellikle sıfırda ortalanır. Bu sorunu çözmek için gecikmeli odaklama/ gecikmeli çıkarma TOF-MS ile birleştirilmiştir.

Dört kutuplu kütle filtresi

Dört kutuplu kütle analizörleri , dört paralel çubuk arasında oluşturulan bir radyo frekansı (RF) dört kutuplu alandan geçen iyonların yollarını seçici olarak stabilize etmek veya kararsız hale getirmek için salınan elektrik alanlarını kullanır . Herhangi bir zamanda sistemden yalnızca belirli bir kütle/yük oranındaki iyonlar geçirilir, ancak çubuklardaki potansiyellerdeki değişiklikler, geniş bir m/z değerleri aralığının ya sürekli olarak ya da art arda hızla süpürülmesine izin verir. ayrık şerbetçiotu. Bir dört kutuplu kütle analizörü, kütle seçici bir filtre görevi görür ve dört kutuplu iyon tuzağıyla , özellikle lineer dört kutuplu iyon tuzağıyla yakından ilişkilidir , ancak bunun dışında, tuzaklanmış iyonları toplamak yerine yakalanmamış iyonları geçirmek üzere tasarlanmıştır ve bu nedenle atıfta bulunulur. bir iletim dört kutuplu olarak. Manyetik olarak geliştirilmiş bir dört kutuplu kütle analizörü, eksenel veya çapraz olarak uygulanan bir manyetik alanın eklenmesini içerir. Bu yeni cihaz türü, uygulanan manyetik alanın büyüklüğüne ve yönüne bağlı olarak çözünürlük ve/veya hassasiyet açısından ek bir performans artışı sağlar. İletim dört kutuplunun yaygın bir varyasyonu, üçlü dört kutuplu kütle spektrometresidir. "Üçlü dörtlü" ardışık üç dört kutuplu aşamaya sahiptir, birincisi belirli bir gelen iyonu ikinci dört kutupluya iletmek için bir kütle filtresi görevi görür, bu iyonun parçalara ayrılabileceği bir çarpışma odası. Üçüncü dört kutuplu ayrıca belirli bir parça iyonu dedektöre iletmek için bir kütle filtresi görevi görür. Bir dizi kütle filtresi ayarı arasında hızlı ve tekrar tekrar döngü yapmak için bir dört kutuplu yapılırsa, tam spektrum raporlanabilir. Benzer şekilde, tandem kütle spektrometrisinin karakteristik özelliği olan çeşitli tarama tiplerini gerçekleştirmek için üçlü bir dörtlü yapılabilir .

iyon tuzakları

Üç boyutlu dört kutuplu iyon tuzağı

Dört kutuplu iyon tuzağı , dört kutuplu kütle analizörü ile aynı fiziksel ilkeler üzerinde çalışır, ancak iyonlar yakalanır ve sırayla çıkarılır. İyonlar, iki uç elektrot (tipik olarak DC veya yardımcı AC potansiyellerine bağlı) arasında bir halka elektrot (genellikle ana RF potansiyeline bağlı) ile tanımlanan bir alanda, esas olarak dört kutuplu bir RF alanında tutulur. Numune ya dahili olarak (örneğin bir elektron veya lazer ışını ile) veya harici olarak iyonize edilir, bu durumda iyonlar genellikle bir uç kapak elektrotundaki bir açıklıktan verilir.

Birçok kütle/yük ayırma ve izolasyon yöntemi vardır, ancak en yaygın olarak kullanılanı, RF potansiyelinin arttığı, böylece kütle a > b olan iyonların yörüngesinin kararlı, b kütleli iyonların kararsız hale geldiği ve hareketsiz kaldığı kütle kararsızlığı modudur. z ekseninde bir dedektöre fırlatılır . Tahribatsız analiz yöntemleri de vardır.

İyonlar ayrıca, uç kapak elektrotlarına ek bir salınımlı uyarma voltajının uygulandığı ve iyonları kütle/ şarj oranı.

Silindirik iyon kapanı

Silindirik iyon tuzağı kütle spektrometresi (CIT), elektrotlar düz halkalar yerine hiperbolik şekilli elektrotlardan oluşan dört kutuplu iyon tuzağı bir türevidir. Mimari minyatürleştirmeye uygundur, çünkü bir tuzağın boyutu küçüldükçe, iyonların tutulduğu bölge olan tuzağın merkezine yakın elektrik alanının şekli, hiperbolik bir tuzağa benzer bir şekil oluşturur.

Doğrusal dört kutuplu iyon tuzağı

Bir doğrusal dört kutuplu iyon tuzağı dört kutuplu bir iyon tuzağı benzer, ancak bir 3D dört kutuplu iyon tuzağı olarak yerine üç boyutlu bir dört kutuplu alan, iki boyutlu bir dört kutuplu alanında iyonları hapseder. Thermo Fisher'ın LTQ'su ("doğrusal tuzak dört kutuplu") doğrusal iyon tuzağının bir örneğidir.

Bir toroidal iyon kapanı, uçlarından birbirine bağlanan doğrusal bir dört kutuplu olarak veya halka şeklinde bir toroid tuzağı oluşturmak için kenarda döndürülen bir 3D iyon tuzağının enine kesiti olarak görselleştirilebilir. Tuzak, büyük hacimli iyonları halka benzeri tuzak yapısı boyunca dağıtarak depolayabilir. Bu toroidal şekilli tuzak, bir iyon tuzağı kütle analizörünün artan minyatürleştirilmesine izin veren bir konfigürasyondur. Ek olarak, tüm iyonlar aynı yakalama alanında depolanır ve dedektör hizalamasındaki farklılıklar ve dizilerin işlenmesi nedeniyle dizi konfigürasyonları ile karmaşık olabilen algılamayı basitleştirmek için birlikte çıkarılır.

Toroidal tuzakta olduğu gibi, lineer tuzaklar ve 3D dört kutuplu iyon tuzakları, yüksek hassasiyetleri, mTorr basıncına toleransları ve tek analizör tandem kütle spektrometrisi (örn. ürün iyon taramaları) için yetenekleri nedeniyle en yaygın olarak minyatürleştirilmiş kütle analizörleridir.

yörünge kapanı

Orbitrap aletleri Fourier transform iyon siklotron rezonans kütle spektrometrelerine benzer (aşağıdaki metne bakın). İyonlar, merkezi, iğ şeklindeki bir elektrotun etrafındaki yörüngede elektrostatik olarak tutulur. Elektrot, iyonları, her ikisi de merkezi elektrotun etrafında dönecek ve merkezi elektrotun uzun ekseni boyunca ileri geri salınacak şekilde sınırlar. Bu salınım , cihaz tarafından kaydedilen dedektör plakalarında bir görüntü akımı oluşturur . Bu görüntü akımlarının frekansları, iyonların kütle/yük oranlarına bağlıdır. Kütle spektrumları , kaydedilen görüntü akımlarının Fourier dönüşümü ile elde edilir .

Orbitrapler yüksek kütle doğruluğuna, yüksek hassasiyete ve iyi bir dinamik aralığa sahiptir.

Fourier dönüşümü iyon siklotron rezonansı

Fourier transform kütle spektrometrisi (FTMS), veya daha kesin olarak Fourier transform iyon siklotron rezonans MS, bir manyetik alan varlığında iyonların siklotronlama tarafından üretilen görüntü akımını tespit ederek kütleyi ölçer . Elektron çoğaltıcı gibi bir dedektörle iyonların sapmasını ölçmek yerine, iyonlar bir devrenin etkin bir parçasını oluşturdukları bir Penning tuzağına (statik elektrik/manyetik iyon tuzağı ) enjekte edilir . Uzayda sabit konumlardaki dedektörler, zaman içinde yanlarından geçen iyonların elektrik sinyalini ölçerek periyodik bir sinyal üretir. Bir iyon en döngünün frekansı kütle-yük oranı ile belirlendiği için, bu edilebilir deconvoluted bir gerçekleştirerek Fourier dönüşümü sinyali. FTMS , yüksek hassasiyet (her iyon bir kereden fazla "sayıldığı" için) ve çok daha yüksek çözünürlük ve dolayısıyla hassasiyet avantajına sahiptir .

İyon siklotron rezonansı (ICR), iyonların geleneksel bir dedektörle saptanması dışında FTMS'ye benzer daha eski bir kütle analiz tekniğidir. Bir Penning tuzağına hapsolmuş iyonlar, dedektörün bulunduğu tuzağın duvarına çarpana kadar bir RF elektrik alanı tarafından uyarılır. Çarpma süresine göre farklı kütledeki iyonlar çözülür.

dedektörler

Kütle spektrometresinin son elemanı dedektördür. Dedektör, bir iyon bir yüzeye çarptığında veya bir yüzeye çarptığında indüklenen yükü veya üretilen akımı kaydeder. Bir tarama aletinde, aletin taramanın neresinde olduğuna (hangi m/Q'da ) karşı tarama sırasında dedektörde üretilen sinyal, bir kütle spektrumu , m/Q'nun bir fonksiyonu olarak iyonların bir kaydını üretecektir .

Tipik olarak, bir tür elektron çoğaltıcı kullanılır, ancak Faraday kapları ve iyondan foton dedektörleri de dahil olmak üzere diğer dedektörler de kullanılır. Belirli bir anda kütle analiz cihazından ayrılan iyonların sayısı tipik olarak oldukça küçük olduğundan, bir sinyal almak için genellikle önemli ölçüde amplifikasyon gereklidir. Mikrokanal plaka dedektörleri , modern ticari cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Gelen FTMS ve Orbitraps , detektör iyonları yalnızca salınım olarak yakın geçen kütle analizörü / iyon kapanı bölgesi içinde, metal bir çift yüzey oluşur. Doğru akım üretilmez, elektrotlar arasındaki bir devrede yalnızca zayıf bir AC görüntü akımı üretilir. Diğer endüktif dedektörler de kullanılmıştır.

Tandem kütle spektrometrisi

Bir tandem kütle spektrometresi , genellikle bir tür molekül parçalanmasıyla ayrılan çok sayıda kütle spektrometrisi turu yapabilen biridir. Örneğin, bir kütle analizörü, bir kütle spektrometresine giren birçok peptidden bir peptidi izole edebilir . İkinci bir kütle analizörü daha sonra peptit iyonlarını bir gazla çarpışırken stabilize eder ve çarpışma kaynaklı ayrışma (CID) ile parçalanmalarına neden olur . Üçüncü bir kütle analizörü daha sonra peptitlerden üretilen parçaları sıralar. Tandem MS, bir dört kutuplu iyon tuzağında olduğu gibi zaman içinde tek bir kütle analizöründe de yapılabilir . Tandem MS için molekülleri parçalamak için çarpışma kaynaklı ayrışma (CID), elektron yakalama ayrışması (ECD), elektron transfer ayrışması (ETD), kızılötesi multifoton ayrışması (IRMPD), kara cisim kızılötesi ışınımlı ayrışma (BIRD), elektron dahil olmak üzere çeşitli yöntemler vardır. -dekolman ayrışması (EDD) ve yüzey kaynaklı ayrışma (SID). Tandem kütle spektrometrisinin kullanıldığı önemli bir uygulama, protein tanımlamasındadır .

Tandem kütle spektrometrisi, çeşitli deneysel dizileri mümkün kılar. Birçok ticari kütle spektrometresi, seçilmiş reaksiyon izleme (SRM) ve öncü iyon taraması gibi rutin dizilerin yürütülmesini hızlandırmak için tasarlanmıştır . SRM'de, birinci analizör yalnızca tek bir kütle geçişine izin verir ve ikinci analizör, birden fazla kullanıcı tanımlı parça iyonunu izler. SRM, çoğunlukla ikinci kütle analizi olayının görev döngüsü sınırlı olduğu tarama cihazlarıyla kullanılır . Bu deneyler, özellikle farmakokinetik çalışmalarda, bilinen moleküllerin saptanmasının özgüllüğünü artırmak için kullanılır. Öncü iyon taraması, öncü iyondan belirli bir kaybın izlenmesi anlamına gelir. Birinci ve ikinci kütle analizörleri, kullanıcı tanımlı bir m/z değeri ile bölümlenmiş olarak spektrum boyunca tarama yapar . Bu deney, bilinmeyen moleküller içindeki belirli motifleri tespit etmek için kullanılır.

İçin kullanılan tandem kütle spektrometresi, başka tür radyokarbon olan gaz kütle spektrometrisi , tandem kütle spektrometresi, bir tür içine negatif iyonlar hızlandırmak için, genellikle Mega volt aralığında, çok yüksek gerilimler kullanır (AMS),.

METLIN Metabolit ve etkin madde Veritabanı deneysel en büyük deposudur tandem kütle spektrometresi standartlarından elde edilen verilerin. 850.000'den fazla moleküler standarda (24 Ağustos 2020 itibariyle) ilişkin tandem kütle spektrometrisi verileri, tandem kütle spektrometrisi deneylerinden kimyasal varlıkların tanımlanmasını kolaylaştırmak için sağlanmıştır. Bilinen moleküllerin tanımlanmasına ek olarak, benzerlik araştırması/analizini kullanarak bilinmeyenleri belirlemek için de yararlıdır. Tüm tandem kütle spektrometrisi verileri, çoklu çarpışma enerjilerinde ve hem pozitif hem de negatif iyonizasyon modlarında standartların deneysel analizinden gelir.

Ortak kütle spektrometresi konfigürasyonları ve teknikleri

Belirli bir kaynak, analizör ve dedektör kombinasyonu pratikte geleneksel hale geldiğinde, onu kısaca belirtmek için bir bileşik kısaltma ortaya çıkabilir. Bir örnek, matris destekli bir lazer desorpsiyon/iyonizasyon kaynağının uçuş süresi kütle analizörü ile bir kombinasyonunu ifade eden MALDI-TOF'dur . Diğer örnekler arasında endüktif olarak eşleştirilmiş plazma kütle spektrometrisi (ICP-MS) , hızlandırıcı kütle spektrometrisi (AMS) , termal iyonizasyon kütle spektrometrisi (TIMS) ve kıvılcım kaynağı kütle spektrometrisi (SSMS) yer alır .

Kütle spektrometrisinin belirli uygulamaları, tam anlamıyla geniş bir uygulamaya işaret ediyor gibi görünse de, pratikte bunun yerine belirli veya sınırlı sayıda cihaz konfigürasyonunu çağrıştıran takma adlar geliştirmiştir. Bunun bir örneği, uygulamada sınırlı sayıda sektör tabanlı kütle analizörünün kullanımına atıfta bulunan izotop oranlı kütle spektrometrisidir (IRMS); bu isim hem uygulamaya hem de uygulama için kullanılan alete atıfta bulunmak için kullanılır.

Kütle spektrometrisi ile birleştirilmiş ayırma teknikleri

Kütle spektrometrisinin kütle çözme ve kütle belirleme yeteneklerinde önemli bir gelişme, onu kromatografik ve diğer ayırma teknikleriyle birlikte kullanmaktır.

gaz kromatografisi

Yaygın bir kombinasyon, gaz kromatografisi-kütle spektrometrisidir (GC/MS veya GC-MS). Bu teknikte, farklı bileşikleri ayırmak için bir gaz kromatografı kullanılır. Ayrılmış bileşiklerin bu akımın, çevrimiçi beslenir iyon kaynağı, bir metal filaman olduğu gerilim uygulanır. Bu filament, bileşikleri iyonize eden elektronlar yayar. İyonlar daha sonra daha fazla parçalanarak öngörülebilir desenler verebilir. Sağlam iyonlar ve parçalar kütle spektrometresinin analizörüne geçer ve sonunda tespit edilir. Bununla birlikte, GC-MS enjeksiyon portunda (ve fırında) kullanılan yüksek sıcaklıklar (300°C), enjekte edilen moleküllerin termal bozunmasıyla sonuçlanabilir, bu da ilgili gerçek molekül(ler) yerine bozunma ürünlerinin ölçülmesine neden olabilir.

Sıvı kromatografisi

Gaz kromatografisi MS'ye (GC-MS) benzer şekilde, sıvı kromatografi-kütle spektrometrisi (LC/MS veya LC-MS), bileşikleri iyon kaynağına ve kütle spektrometresine verilmeden önce kromatografik olarak ayırır. GC-MS'den farklıdır, çünkü mobil faz sıvıdır, genellikle gaz yerine su ve organik çözücülerin bir karışımıdır . En yaygın olarak, LC-MS'de bir elektrosprey iyonizasyon kaynağı kullanılır. Diğer popüler ve ticari olarak temin edilebilen LC-MS iyon kaynakları, atmosferik basınçlı kimyasal iyonizasyon ve atmosferik basınçta fotoiyonizasyondur . Lazer sprey gibi bazı yeni geliştirilmiş iyonizasyon teknikleri de vardır .

Kapiler elektroforez-kütle spektrometrisi

Kapiler elektroforez-kütle spektrometrisi (CE-MS), kapiler elektroforezin sıvı ayırma işlemini kütle spektrometrisi ile birleştiren bir tekniktir . CE-MS tipik olarak elektrosprey iyonizasyonuna bağlanır.

iyon hareketliliği

İyon hareketlilik spektrometrisi-kütle spektrometrisi (IMS/MS veya IMMS), iyonların bir kütle spektrometresine dahil edilmeden önce uygulanan bir elektriksel potansiyel gradyanı altında bazı nötr gazlarda sürüklenme süresi ile ilk olarak ayrıldığı bir tekniktir. Sürüklenme süresi, iyonun yüküne göre yarıçapın bir ölçüsüdür. Görev çevrimi IMS (deney gerçekleştiği fazla zaman) kütle spektrometresi IMS ayırma seyri boyunca örnek öyle ki daha çok kütle spektrometrik teknikleri, daha. Bu, LC-MS'ye benzer bir şekilde IMS ayrımı ve iyonların kütle-yük oranı hakkında veri üretir .

IMS'nin görev döngüsü, sıvı kromatografisi veya gaz kromatografisi ayırmalarına göre kısadır ve bu nedenle, LC/IMS/MS gibi üçlü modaliteler üreterek bu tür tekniklerle birleştirilebilir.

Veri ve analiz

Veri temsilleri

Kütle spektrometrisi çeşitli veri türleri üretir. En yaygın veri gösterimi kütle spektrumudur .

Belirli türdeki kütle spektrometrisi verileri, en iyi şekilde bir kütle kromatogramı olarak temsil edilir . Kromatogram türleri, diğerleri arasında seçilen iyon izlemeyi (SIM), toplam iyon akımını (TIC) ve seçilen reaksiyon izlemeyi (SRM) içerir.

Diğer kütle spektrometri verileri türleri, üç boyutlu bir çevre haritası olarak iyi bir şekilde temsil edilir . Bu formda, kütle-yük, m / z olduğunu X -Axis, yoğunluk y -Axis ve ek bir deney parametresi, bu zamana kadar, kaydedilir z -Axis.

Veri analizi

Kütle spektrometrisi veri analizi, verileri üreten deney tipine özeldir. Verilerin genel alt bölümleri, herhangi bir veriyi anlamak için esastır.

Birçok kütle spektrometresi, negatif iyon modunda veya pozitif iyon modunda çalışır . Gözlenen iyonların negatif veya pozitif yüklü olup olmadığını bilmek çok önemlidir. Bu genellikle nötr kütlenin belirlenmesinde önemlidir, ancak aynı zamanda moleküllerin doğası hakkında da bir şeyler gösterir.

Farklı iyon kaynağı türleri, orijinal moleküllerden üretilen farklı fragman dizileriyle sonuçlanır. Bir elektron iyonizasyon kaynağı birçok parça ve çoğunlukla tek yüklü (1-) radikaller (tek sayıda elektron) üretirken, bir elektrosprey kaynağı genellikle sıklıkla çoklu yüklü radikal olmayan yarı moleküler iyonlar üretir. Tandem kütle spektrometrisi kasıtlı olarak kaynak sonrası parça iyonları üretir ve bir deneyle elde edilen veri türünü büyük ölçüde değiştirebilir.

Bir numunenin kökeni bilgisi, numunenin bileşen molekülleri ve bunların parçalanmaları hakkında fikir verebilir. Bir sentez/üretim sürecinden alınan bir numune muhtemelen hedef bileşenle kimyasal olarak ilgili safsızlıklar içerecektir. Kabaca hazırlanmış bir biyolojik numune, muhtemelen belirli analizlerde analit molekülleri ile eklentiler oluşturabilen belirli bir miktarda tuz içerecektir .

Sonuçlar ayrıca büyük ölçüde numune hazırlamaya ve nasıl çalıştırıldığına/tanıtıldığına da bağlı olabilir. Önemli bir örnek, desorpsiyon/iyonizasyon olayının enerjisinin çoğu lazer gücünden ziyade matris tarafından kontrol edildiğinden, MALDI lekelemesi için hangi matrisin kullanıldığı meselesidir. Bazen numuneler, protonlanmış bir tür yerine adükt üretmek için sodyum veya başka bir iyon taşıyan tür ile eklenir.

Kütle spektrometrisi, molar kütleyi, moleküler yapıyı ve numune saflığını ölçebilir. Bu soruların her biri farklı bir deneysel prosedür gerektirir; bu nedenle, deneysel hedefin yeterli tanımı, uygun verilerin toplanması ve başarılı bir şekilde yorumlanması için bir ön koşuldur.

Kütle spektrumlarının yorumlanması

Bir molekülün kesin yapısı veya peptit dizisi , parça kütleleri seti aracılığıyla deşifre edildiğinden, kütle spektrumlarının yorumlanması , çeşitli tekniklerin birlikte kullanılmasını gerektirir. Genellikle bilinmeyen bir bileşiği tanımlamanın ilk stratejisi, deneysel kütle spektrumunu bir kütle spektrumları kitaplığıyla karşılaştırmaktır. Aramadan herhangi bir eşleşme sonuçlanmazsa , kütle spektrumlarının manuel yorumlaması veya yazılım destekli yorumu yapılmalıdır. Kütle spektrometresinde meydana gelen iyonizasyon ve parçalanma işlemlerinin bilgisayar simülasyonu, bir moleküle yapı veya peptit dizisi atamak için birincil araçtır. Bir önsel yapısal bilgi parçalanmış silico ve ortaya çıkan model, gözlemlenen spektrumu ile karşılaştırılır. Bu tür simülasyon genellikle, bilinen ayrışma reaksiyonlarının yayınlanmış modellerini içeren bir parçalanma kitaplığı tarafından desteklenir. Bu fikirden yararlanan yazılımlar hem küçük moleküller hem de proteinler için geliştirilmiştir .

Kütle spektrumlarının analizi, doğru kütleli spektrumlar da olabilir . Yalnızca tamsayı kesinliği olan bir kütle-yük oranı değeri ( m/z ), teorik olarak çok sayıda olası iyon yapısını temsil edebilir; bununla birlikte, daha kesin kütle rakamları, aday moleküler formüllerin sayısını önemli ölçüde azaltır . Formül üreteci adı verilen bir bilgisayar algoritması, teorik olarak belirli bir kütleye belirtilen toleransla uyan tüm moleküler formülleri hesaplar .

Kütle spektrometrisinde yapı aydınlatması için öncü iyon parmak izi adı verilen yeni bir teknik , yapısal olarak karakterize edilen öncü iyonların üretim iyon spektrumlarının bir kitaplığına karşı araştırılan molekülün tandem spektrumlarında bir arama yaparak yapısal bilginin tek tek parçalarını tanımlar .

Uygulamalar

Kütle spektrometrisi hem de sahiptir nitel ve nicel kullanım. Bunlar, bilinmeyen bileşiklerin tanımlanmasını, bir moleküldeki elementlerin izotopik kompozisyonunun belirlenmesini ve bir bileşiğin fragmantasyonunu gözlemleyerek yapısının belirlenmesini içerir. Diğer kullanımlar, bir numunedeki bir bileşiğin miktarının ölçülmesini veya gaz fazı iyon kimyasının (vakumda iyonların ve nötrlerin kimyası) temellerinin incelenmesini içerir . MS artık çok çeşitli bileşiklerin fiziksel, kimyasal veya biyolojik özelliklerini inceleyen analitik laboratuvarlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Analitik bir teknik olarak, aşağıdakiler gibi belirgin avantajlara sahiptir: Bir kütle yük filtresi olarak analizör arka plan girişimini azalttığı için diğer analitik tekniklerin çoğuna göre artan hassasiyet, Bilinmeyenleri tanımlamak veya şüpheli bileşiklerin varlığını doğrulamak için karakteristik parçalanma modellerinden mükemmel özgüllük, Moleküler ağırlık hakkında bilgi, Elementlerin izotopik bolluğu hakkında bilgi, Geçici olarak çözümlenmiş kimyasal veriler.

Yöntemin birkaç dezavantajı, optik ve geometrik izomerler ile aromatik bir halkada o-, m- ve p- pozisyonlarındaki ikame edicinin pozisyonları arasında ayrım yapamamasıdır. Ayrıca, benzer parçalanmış iyonlar üreten hidrokarbonları tanımlamada kapsamı sınırlıdır.

İzotop oranı MS: izotop tarihleme ve izleme

Kütle spektrometrisi, bir numune içindeki elementlerin izotopik bileşimini belirlemek için de kullanılır . Bir elementin izotopları arasındaki kütle farklılıkları çok küçüktür ve bir elementin daha az bulunan izotopları tipik olarak çok nadirdir, bu nedenle çok hassas bir alet gereklidir. Bazen izotop oranı kütle spektrometreleri (IR-MS) olarak adlandırılan bu aletler, iyonize parçacıklardan oluşan bir demeti, parçacık etkilerini elektrik akımına dönüştüren bir dizi Faraday kabına doğru bükmek için genellikle tek bir mıknatıs kullanır . Suyun döteryum içeriğinin hızlı bir çevrimiçi analizi, akan kıvılcım sonrası kütle spektrometrisi , FA-MS kullanılarak yapılabilir. Muhtemelen bu amaç için en hassas ve doğru kütle spektrometresi, hızlandırıcı kütle spektrometresidir (AMS). Bunun nedeni , ana kararlı izotopa göre ~10 ¹⁵ dinamik aralığı ile tek tek atomları ve nüklidleri ölçebilen nihai hassasiyet sağlamasıdır. İzotop oranları, çeşitli süreçlerin önemli belirteçleridir. Bazı izotop oranları, örneğin karbon tarihlemesinde olduğu gibi, malzemelerin yaşını belirlemek için kullanılır . Protein miktar tayini için stabil izotoplarla etiketleme de kullanılır. (aşağıdaki protein karakterizasyonuna bakınız)

Membran girişli kütle spektrometrisi: çözeltideki gazların ölçülmesi

Membran giriş kütle spektrometrisi , MS izotop oranını gaz geçirgen bir zarla ayrılmış bir reaksiyon odası/hücresi ile birleştirir. Bu yöntem, çözeltide geliştikçe gazların çalışılmasına izin verir. Bu yöntem, Photosystem II tarafından oksijen üretiminin incelenmesi için yaygın olarak kullanılmıştır .

İz gazı analizi

Birkaç teknik, bir akış tüpüne veya bir sürüklenme tüpüne enjekte edilen özel bir iyon kaynağında oluşturulan iyonları kullanır: seçilen iyon akış tüpü (SIFT-MS) ve proton transfer reaksiyonu (PTR-MS), eser gaz analizi için ayrılmış kimyasal iyonizasyon çeşitleridir. Dahili standart veya kalibrasyona ihtiyaç duymadan bilinen reaksiyon kinetiklerinden analit konsantrasyonlarının hesaplanmasına izin veren iyi tanımlanmış reaksiyon süresi kullanılarak hava, nefes veya sıvı üst boşluğunun hesaplanması.

İz gazı analizi alanındaki uygulamalar ile bir başka tekniktir ikincil elektrosprey iyonizasyon bir varyantı (Sesi-MS), elektrosprey iyonizasyon . SESI, nötr buharlarla etkileşime giren saf asitleştirilmiş solventin elektrosprey bulutundan oluşur. Elektrospreyde oluşan iyonlardan moleküllere yük aktarıldığında, buhar molekülleri atmosferik basınçta iyonize olur. Bu yaklaşımın bir avantajı, çoğu ESI-MS sistemiyle uyumlu olmasıdır.

atom sondası

Bir atom probu , tek tek atomların konumunu haritalamak için uçuş süresi kütle spektrometrisi ve alan buharlaşma mikroskopisini birleştiren bir araçtır .

farmakokinetik

Farmakokinetik, matrisin karmaşık yapısı (çoğunlukla kan veya idrar) ve düşük doz ve uzun zaman noktası verilerini gözlemlemek için yüksek hassasiyet ihtiyacı nedeniyle genellikle kütle spektrometrisi kullanılarak incelenir. Bu uygulamada kullanılan en yaygın enstrümantasyon, üçlü dört kutuplu kütle spektrometresine sahip LC- MS'dir . Tandem kütle spektrometrisi genellikle ilave özgüllük için kullanılır. Numunelerde genellikle tek bir farmasötik maddenin miktar tayini için standart eğriler ve dahili standartlar kullanılır. Örnekler, bir farmasötik uygulandığında ve daha sonra metabolize edildiğinde veya vücuttan atıldığında farklı zaman noktalarını temsil eder. Uygulamadan önce alınan boş veya t=0 numuneler, arka planın belirlenmesi ve bu tür karmaşık numune matrisleri ile veri bütünlüğünün sağlanması açısından önemlidir. Standart eğrinin doğrusallığına çok dikkat edilir; bununla birlikte , çoğu kütle spektrometresinin tepkisi geniş konsantrasyon aralıklarında doğrusaldan daha az olduğundan, kuadratikler gibi daha karmaşık fonksiyonlarla eğri uydurmanın kullanılması nadir değildir .

Şu anda , hayvan deneylerine umut verici bir alternatif olarak görülen mikrodoz çalışmaları için çok yüksek hassasiyetli kütle spektrometrisinin kullanımına büyük ilgi var .

Son çalışmalar, ikincil elektrosprey iyonizasyonunun (SESI), nefes analizi yoluyla ilaç kinetiğini izlemek için güçlü bir teknik olduğunu göstermektedir. Nefes doğal olarak üretildiğinden, birçok veri noktası kolaylıkla toplanabilir. Bu, toplanan veri noktalarının sayısının büyük ölçüde artmasına izin verir. Hayvan çalışmalarında, bu yaklaşım SESI hayvan kurbanını azaltabilir. İnsanlarda, SESI-MS invaziv olmayan nefes analizi, ilaçların kinetiklerini kişiselleştirilmiş bir düzeyde incelemeye yardımcı olabilir.

protein karakterizasyonu

Kütle spektrometrisi, proteinlerin karakterizasyonu ve dizilenmesi için önemli bir yöntemdir . Bütün proteinlerin iyonizasyonu için iki ana yöntem, elektrosprey iyonizasyon (ESI) ve matris destekli lazer desorpsiyon/iyonizasyondur (MALDI). Mevcut kütle spektrometrelerinin performans ve kütle aralığına uygun olarak, proteinleri karakterize etmek için iki yaklaşım kullanılır. İlkinde, bozulmamış proteinler yukarıda açıklanan iki teknikten biri ile iyonize edilir ve daha sonra bir kütle analiz cihazına verilir. Bu yaklaşım, protein analizinin " yukarıdan aşağıya " stratejisi olarak adlandırılır . Ancak yukarıdan aşağıya yaklaşım, büyük ölçüde düşük verimli tek proteinli çalışmalarla sınırlıdır. İkincisinde, proteinler, elektroforetik ayırmadan sonra ya solüsyonda ya da jelde tripsin veya pepsin gibi proteazlar kullanılarak daha küçük peptitlere enzimatik olarak sindirilir . Diğer proteolitik ajanlar da kullanılır. Peptit ürünlerinin toplanması, kütle analiz cihazına verilmeden önce genellikle kromatografi ile ayrılır. Proteinin tanımlanması için peptitlerin karakteristik modeli kullanıldığında, yönteme peptit kütle parmak izi (PMF) adı verilir , tanımlama tandem MS analizinde belirlenen dizi verileri kullanılarak gerçekleştirilirse buna de novo peptit dizilimi denir . Bu protein analizi prosedürlerine " aşağıdan yukarıya " yaklaşım da denir ve ayrıca proteinler üzerindeki fosforilasyon gibi translasyon sonrası modifikasyonların dağılımını ve konumunu analiz etmek için kullanılmıştır. Üçüncü bir yaklaşım da kullanılmaya başlanmaktadır, bu ara "ortadan-aşağıya" yaklaşım, tipik triptik peptitten daha büyük olan proteolitik peptitlerin analiz edilmesini içerir.

Uzay araştırması

Standart bir analiz yöntemi olarak kütle spektrometreleri diğer gezegenlere ve aylara ulaşmıştır. İki tanesi Viking programı tarafından Mars'a götürüldü . 2005 yılının başlarında Cassini-Huygens görevi , Satürn gezegeninin en büyük ayı olan Titan'ın atmosferi aracılığıyla Huygens sondasına özel bir GC-MS cihazı teslim etti . Bu alet, iniş yörüngesi boyunca atmosferik numuneleri analiz etti ve sonda yere indiğinde Titan'ın donmuş, hidrokarbon kaplı yüzeyinden numuneleri buharlaştırıp analiz edebildi. Bu ölçümler, her parçacığın izotop(lar)ının bolluğunu dünyanın doğal bolluğu ile karşılaştırmalı olarak karşılaştırır. Ayrıca gemide Cassini-Huygens uzay aracı, Titan'ın atmosferik bileşiminin yanı sıra Enceladus'un tüylerinin bileşiminin ölçümlerini alan bir iyon ve nötr kütle spektrometresiydi . 2007'de fırlatılan Mars Phoenix Lander tarafından bir Termal ve Evrimleşmiş Gaz Analizörü kütle spektrometresi taşındı .

Kütle spektrometreleri ayrıca uzay görevlerinde plazmaların bileşimini ölçmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin, Cassini uzay aracı, Satürn'ün manyetosferindeki iyonların kütlesini ölçen Cassini Plazma Spektrometresini (CAPS) taşıyordu .

Solunan gaz monitörü

Kütle spektrometreleri, hastanelerde 1975'ten başlayarak yüzyılın sonuna kadar solunum gazı analizi için kullanıldı. Bazıları muhtemelen hala kullanılmaktadır, ancak hiçbiri şu anda üretilmemektedir.

Çoğunlukla ameliyathanede bulunan bunlar, anestezi uygulanan hastalardan alınan solunan gaz örneklerinin , kütle spektrometresine ardışık olarak 32 odayı bağlamak üzere tasarlanmış bir valf mekanizması aracılığıyla alete çekildiği karmaşık bir sistemin parçasıydı . Sistemin tüm işlemlerini bir bilgisayar yönetiyordu. Kütle spektrometresinden toplanan veriler, anestezistin kullanması için ayrı odalara iletildi.

Bu manyetik sektör kütle spektrometresinin benzersizliği, her biri numunelerde olması beklenen tüm iyon türlerini toplamak üzere özel olarak konumlandırılmış bir dedektör düzleminin, cihazın hasta tarafından solunan tüm gazları aynı anda raporlamasına izin vermesi gerçeği olabilir. . Kütle aralığı 120 u'nin biraz üzerinde sınırlı olmasına rağmen, daha ağır moleküllerin bazılarının parçalanması, daha yüksek bir tespit limiti ihtiyacını ortadan kaldırdı.

Hazırlayıcı kütle spektrometrisi

Kütle spektrometrisinin birincil işlevi, iyonların kütle/yük oranlarına göre saptanması ve nicelenmesine dayalı kimyasal analizler için bir araç olmasıdır. Bununla birlikte, kütle spektrometrisi de malzeme sentezi için umut vaat ediyor. İyon yumuşak iniş, gelen türlerin parçalanmasını engelleyen düşük kinetik enerjilerde yüzeyler üzerinde bozulmamış türlerin birikmesi ile karakterize edilir. Yumuşak iniş tekniği ilk olarak 1977'de düşük enerjili kükürt içeren iyonların kurşun yüzeyindeki reaksiyonu için rapor edilmiştir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

bibliyografya

Dış bağlantılar

Kütle spektrometrisi hakkında kütüphane kaynakları

Kitaplığınızdaki kaynaklar Diğer kütüphanelerdeki kaynaklar

• Kütle Spektrometresi at Curlie
• Kütle spektrumları hakkında etkileşimli eğitim Ulusal Yüksek Manyetik Alan Laboratuvarı
• Kütle spektrometresi simülasyonu Kütle spektrometresinin konsolunu simüle eden etkileşimli bir uygulama
• Tarayıcıda kütle spektrumlarını simüle etmek için Gerçek Zamanlı Kütle Spektrumu simülasyonu Aracı