A espectrometria de massa

Espectrometria de massa (MS) é a ciência de exibir o Os espectros (espectro singular) das massas das moléculas compreendendo uma amostra de material. É usado para determinar a composição elementar de uma amostra, as massas de partículas e de moléculas , e para elucidar as estruturas químicas de moléculas, tais como péptidos e outros compostos químicos . A espectrometria de massa por ionização funciona compostos químicos para gerar moléculas carregadas ou fragmentos de moléculas e medição da sua massa-para-carga rácios. Num procedimento típico MS:

1. Uma amostra (o qual pode ser sólido, líquido, ou gás) é ionizado.
2. Os iões são separados de acordo com os seus proporo de massa-para-carga. Este é o passo chave.
3. Os iões são dinamicamente detectada por algum mecanismo capaz de detectar partículas energéticas carregadas.
4. O sinal é processado no Os espectros (espectro singular) das massas das partículas de que a amostra.

Os elementos ou moléculas são identificadas pela correlação massas conhecidas pelas massas identificadas.

Um instrumento espectrômetro de massa será composto de quatro módulos:

1. Um ionizador converte uma parte da amostra em íons. Há uma grande variedade de técnicas para isso, dependendo da fase (sólido, líquido, gasoso) da amostra, e a eficiência de vários mecanismos de ionização para a espécie-alvo em questão. Espectrômetros de massa são geralmente nomeado após a fonte de iões utilizado. Alguns exemplos são os seguintes:

• Electron ionização
• Fulgor espectrometria de massa de descarga (GDMS)
• ICPMS
• Espectrometria de massa por ionização por ressonância (RIMS)
• SIMS
• TIMS

2. Um sistema de extracção, que remove os iões da amostra e dá-lhes uma trajectória que permite que o analisador de massa para transmiti-los.

3. Um analisador de massa classifica os íons em massa. Os métodos utilizados incluem:

• Sector magnético
• Quadrupolo
• Tempo de voo

4. Um detector, que mede o valor de uma quantidade de indicador e, assim, fornece dados para calcular a abundância de cada ião presente. Alguns detectores também dar informação espacial, por exemplo uma placa de multi-canal. A técnica tem tanto e qualitativa usos quantitativos. Estes incluem a identificação de compostos desconhecidos, a determinação do isotópica composição de elementos numa molécula, e a determinação do estrutura de um composto, observando sua fragmentação. Outros usos incluem a quantificar a quantidade de um composto ou de uma amostra a estudar os fundamentos de química de iões em fase gasosa (a química de iões e neutros no vácuo). MS está agora em uso muito comum em laboratórios de análises que estudam as propriedades biológicas de uma grande variedade de compostos físicos, químicos, ou.

Etimologia

A palavra espectrógrafo havia se tornado parte do vocabulário científico internacional por 1884. O raízes linguísticas são uma combinação e remoção de morfemas encadernados e morfemas livres que se relacionam com os termos Spectr OGRAFIA placa -ic -um e phot-. Dispositivos de espectrometria de início que mediram a relação massa-carga de íons foram chamados espectrógrafos de massa que consistiu de instrumentos que registraram um espectro de valores de massa em chapa fotográfica. Um espectroscópio de massa é semelhante a um espectrógrafo de massa a não ser que o feixe de iões é dirigido para uma tela de fósforo. Uma configuração espectroscópio de massa foi utilizado em instrumentos iniciais, quando se desejasse que os efeitos de ajustamentos de ser rapidamente observada. Uma vez que o instrumento foi ajustado adequadamente, uma chapa fotográfica foi inserido e exposta. O espectroscópio massa prazo continuou a ser usado mesmo que a iluminação direta de uma tela de fósforo foi substituída por medições indiretas com um osciloscópio. O uso da espectroscopia de massa termo agora é desencorajado devido à possibilidade de confusão com luz espectroscopia . A espectrometria de massa é muitas vezes abreviado como massa-spec ou simplesmente como MS.

História

Réplica de um espectrômetro de massa precoce

Em 1886, Eugen Goldstein observou raios em descargas de gás sob baixa pressão que viajou para longe do ânodo e através de canais em um perfurada cátodo, oposta à direcção de carga negativa raios catódicos (que viajam do cátodo para o ânodo). Goldstein chamado estes carregado positivamente raios ânodo "Kanalstrahlen"; a tradução padrão deste termo em Inglês é " raios canal ". Wilhelm Wien constatou que fortes campos elétricos ou magnéticos desvia os raios canal e, em 1899, construiu um dispositivo com campos elétricos e magnéticos paralelas que separavam os raios positivos de acordo com sua carga-a-massa de razão (Q / m). Wien descobriu que a relação carga-massa depende da natureza do gás no tubo de descarga. Cientista Inglês JJ Thomson melhorado mais tarde no trabalho de Wien, reduzindo a pressão para criar o espectrógrafo de massa.

A primeira aplicação de espectrometria de massa para a análise de aminoácidos e peptídeos foi relatada em 1958. Carl-Ove Andersson em destaque as principais observados iões fragmento na ionização de ésteres metílicos.

Algumas das modernas técnicas de espectrometria de massa foram idealizadas por Arthur Jeffrey Dempster e FW Aston em 1918 e 1919 respectivamente. Em 1989, metade do Prêmio Nobel de Física foi concedido a Hans e Dehmelt Wolfgang Paul para o desenvolvimento da técnica de ion trap na década de 1950 e 1960. Em 2002, o Prêmio Nobel de Química foi atribuído a John Bennett Fenn para o desenvolvimento de ionização por electrospray (ESI) e Tanaka, Koichi para o desenvolvimento de dessorção suave laser (SLD) e sua aplicação para a ionização de macromoléculas biológicas, especialmente proteínas.

Exemplo simplificado

Esquemas de um espectrômetro de massa simples com analisador de massa tipo sector. Este é para a medição do dióxido de carbono de isótopos rácios ( IRMS) como no carbono-13 teste de respiração da ureia

O exemplo seguinte descreve a operação de um analisador de massa espectrómetro, que é do Tipo de ramo. (Outros tipos de analisador são tratados abaixo.) Considere uma amostra de cloreto de sódio (sal de cozinha). Na fonte de iões, a amostra é vaporizado (transformado em gás ) e ionizado (transformada em partículas electricamente carregadas) em sódio (Na ⁺⁾ e cloreto (Cl ^-) íons. Átomos de sódio e íons são monoisotópico, com uma massa de cerca de 23 amu. Átomos de iões cloreto e vêm em dois isótopos com massas de aproximadamente 35 amu (a uma abundância natural de cerca de 75 por cento) e cerca de 37 amu (a uma abundância natural de cerca de 25 por cento). A parte analisador do espectrômetro contém elétrico e campos magnéticos, que exercem forças em íons viajam por esses campos. A velocidade de uma partícula carregada pode ser aumentada ou diminuída, enquanto que passa através do campo eléctrico, e a sua orientação pode ser alterada pelo campo magnético. A magnitude do desvio da trajectória do movimento de iões depende da sua razão de massa-para-carga. Os iões mais leves se desvia a força magnética do que os iões mais pesados (com base na segunda lei de Newton de movimento , F = ma). Os fluxos de iões ordenadas passar do analisador para o detector, que regista a abundância relativa de cada tipo de ião. Esta informação é utilizada para determinar a composição química do elemento da amostra original (ou seja, que tanto de sódio e de cloro estão presentes na amostra) e da composição isotópica dos seus constituintes (a proporção de ³⁵ para ³⁷ Cl Cl).

Criação de íons

A fonte de iões é a parte do espectrómetro de massa que ioniza o material em análise (analito). Os íons são então transportados por magnéticos ou campos elétricos para o analisador de massa.

As técnicas para a ionização têm sido fundamentais para determinar quais os tipos de amostras pode ser analisada por espectrometria de massa. Electron ionização e ionização química são usados para gases e vapores. Em fontes de ionização química, o analito é ionizada por meio de reacções químicas de moléculas de iões durante colisões na fonte. Duas técnicas muitas vezes utilizadas com líquidos e sólidos incluem amostras biológicas por ionização por electropulverização (inventado por John Fenn) e laser assistida por matriz dessorção / ionização (MALDI, inicialmente desenvolvido como uma técnica semelhante "Soft Laser dessorção (SLD)" por K. Tanaka para os quais o Prêmio Nobel foi concedido e como MALDI por M. Karas e Hillenkamp F.).

Com plasma indutivamente acoplado

Plasma indutivamente acoplado (ICP) fontes são utilizados principalmente para análises catiônica de uma grande variedade de tipos de amostras. Neste tipo de tecnologia de fonte de iões, um "chama" de plasma que é electricamente neutra no geral, mas que tinha uma fracção substancial dos seus átomos ionizados por alta temperatura, é utilizado para atomizar introduzidas moléculas da amostra e a tira ainda mais os electrões exteriores a partir de esses átomos. O plasma é usualmente gerado a partir de gás de árgon, uma vez que a primeira energia de ionização de átomos de árgon é maior do que o primeiro de todos os outros elementos, com excepção Ele, O, F e Ne, mas menor do que a segunda energia de ionização de todos excepto os metais mais electropositivos. O aquecimento é conseguido por uma corrente de rádio-frequência de passada através de uma bobina que envolve o plasma.

Outras técnicas de ionização

Outros incluem fulgor de descarga, dessorção de campo (FD), bombardeamento de átomo rápido (FAB), termopulveriza�o, dessorção / ionização em silício (DIOS), Análise direto em Tempo Real (DART), a ionização química à pressão atmosférica (APCI), espectrometria de massa de íons secundários (SIMS), faísca e ionização ionização térmica (TIMS). Ion fixação de ionização é uma técnica de ionização que permite a análise livre de fragmentação.

Seleção massal

Analisadores de massa separar os iões de acordo com a sua proporo de massa-para-carga. As duas leis a seguir regem a dinâmica das partículas carregadas em campos elétricos e magnéticos no vácuo:

( Lorentz lei de força);

( segundo a lei de Newton de movimento no caso de não relativista, isto é válido somente a uma velocidade muito mais baixa de iões do que a velocidade da luz).

Aqui F é a força aplicada para o ião, m é a massa do ião, a é a aceleração, Q é a carga do ião, E é o campo eléctrico, e v × B é o produto do vetor transversal da velocidade e o ião campo magnético

Igualando as expressões acima para a força aplicada para os rendimentos de iões:

Esta equação diferencial é a equação clássica de movimento para partículas carregadas. Juntamente com as condições iniciais da partícula, ele determina completamente o movimento da partícula no espaço e no tempo em termos de m / Q. Assim espectrômetros de massa poderia ser pensado como "espectrômetros de massa-carga". Ao apresentar dados, é comum usar o (oficialmente) adimensional m / z, onde z é o número de encargos elementares (e) sobre o íon (z = Q / e). Esta quantidade, embora seja informalmente denominada razão massa-carga, falar com mais precisão representa a relação entre o número de massa e o número de carga, z.

Há muitos tipos de analisadores de massa, usando campos estáticos ou dinâmicos, e campos elétricos ou magnéticos, mas todos operam de acordo com a equação diferencial acima. Cada tipo de analisador tem seus pontos fortes e fracos. Muitos espectrómetros de massa usam dois ou mais analisadores de massa para espectrometria de massa em tandem (MS / MS). Além dos analisadores de massa mais comuns listados abaixo, há outros projetados para situações especiais.

Existem várias características importantes do analisador. O poder de resolução de massa é a medida da capacidade de distinguir dois picos de ligeiramente diferente m / z. A precisão de massa é a relação entre o erro de medição m / z para o verdadeiro m / z. Exatidão massa geralmente é medido em ppm ou mili unidades de massa. O intervalo de massa é na gama de m / z acessíveis à análise por uma dada analisador. A faixa dinâmica linear é a faixa sobre a qual sinal de íon é linear com a concentração de analito. Velocidade refere-se ao período de tempo da experiência e, finalmente, é usado para determinar o número de espectros por unidade de tempo que pode ser gerado.

Instrumentos do setor

Um analisador de massa de sector campo usa um campo eléctrico e / ou magnético para afectar o caminho e / ou velocidade dos carregadas partículas de alguma forma. Como mostrado acima, instrumentos setor dobrar as trajectórias dos iões que passam através do analisador de massa, de acordo com os seus rácios de massa-carga, desviando os íons mais carregada e mais rápido-comoventes, mais leves mais. O analisador pode ser usado para selecionar uma faixa estreita de m / z ou fazer a varredura através de uma gama de m / z para catalogar os íons presentes.

Time-of-flight

O tempo-de-voo (TOF) utiliza um analisador de campo eléctrico para acelerar os iões através da mesma potencial, e, em seguida, mede o tempo que levam para chegar ao detector. Se as partículas têm todos a mesma carga , as energias cinéticas serão idênticos, e as suas velocidades dependerá apenas as suas massas . Íons leves vai chegar ao detector primeiro.

Filtro de massa quadrupolo

Analisadores de massa quadrupolo usar campos elétricos oscilantes para estabilizar ou desestabilizar os caminhos de íons que passam por uma seletiva de freqüência de rádio (RF) campo quadripolar criado entre quatro hastes paralelas. Apenas os iões de um determinado intervalo de razão massa / carga passam através do sistema, em qualquer momento, mas muda para os potenciais nas hastes permitem uma vasta gama de valores de m / z para ser varrido rapidamente, quer continuamente ou em uma sucessão de lúpulo discretos. Um analisador de massa de quadrupolo actua como um filtro selectivo de massas e está intimamente relacionado com o quadripolares armadilha de iões, particularmente na armadilha de iões quadrupolo linear, excepto que é concebido para passar as untrapped iões, em vez de recolher os presos, e é por esta razão referido como um quadrupolo transmissão. Uma variação comum do quadrupolo transmissão é o espectrómetro de massa triplo quadrupolo. O "quad triplo" tem três fases quadrupolo consecutivos, o primeiro actua como um filtro de massa para transmitir um ião particular, de entrada para o segundo quadrupolo, uma câmara de colisão, em que o ião pode ser quebrado em fragmentos. O terceiro quadrupolo também actua como um filtro de massa, para transmitir um ião fragmento particular para o detector. Se um quadrupolo é feito para circular rapidamente e repetitivamente através de uma variedade de configurações de filtro de massa, espectros completo pode ser relatado. Da mesma forma, um triplo quad pode ser feito para executar vários tipos de verificação de característica espectrometria de massa em tandem.

Armadilhas de íons

Tridimensional ion trap quadrupolo

O quadripolares ião armadilha funciona com os mesmos princípios físicos como o analisador de massa de quadrupolo, mas os iões estão presos e ejectado sequencialmente. Íons estão presos em um campo RF principalmente quadrupolo, em um espaço definido por um eletrodo anel (geralmente ligado ao principal potencial RF) entre dois eletrodos endcap (normalmente ligado a DC ou potenciais AC auxiliares). A amostra é ionizado ou internamente (por exemplo, com um feixe de laser ou de electrões), ou externamente, caso em que os iões são frequentemente introduzido através de uma abertura na tampa terminal um eléctrodo.

Existem muitos métodos / carga de separação e isolamento de massa, mas o mais vulgarmente utilizado é o modo de instabilidade de massa na qual o potencial de RF é aumentada de modo que a órbita de iões com um a> b massa são estáveis enquanto iões com uma massa b tornar-se instáveis e são ejectado na z -axis, a um detector. Existem também métodos de análise não destrutivas.

Os iões podem também ser ejectada através do método de ressonância de excitação, em que uma tensão de excitação oscilante suplementar é aplicada aos eléctrodos endcap, e a amplitude da tensão de captura e / ou a frequência da tensão de excitação é variada para trazer os iões para uma condição de ressonância, a fim de a sua massa / cobrar ratio.

O cilíndrica espectrómetro de massa de armadilha de iões é um derivado do ião de quadrupolo espectrómetro de massa de armadilha.

Ion trap linear quadrupolo

A armadilha de iões quadrupolo linear é semelhante a uma armadilha de iões quadrupolo, mas retém iões num campo quadripolar bidimensional, em vez de um campo quadripolar tridimensional como em uma armadilha de iões quadrupolo 3D. LTQ da Thermo Fisher ("armadilha quadrupolo linear") é um exemplo de armadilha de iões linear.

Uma armadilha de iões de formato circular pode ser visualizado como um quadrupolo linear curvo em volta e ligado nas extremidades ou como uma secção transversal de uma armadilha de iões 3D rodado em ponta para formar o toro, em forma de anel armadilha. A armadilha pode armazenar grandes volumes de íons, distribuindo-os em toda a estrutura armadilha em forma de anel. Esta armadilha em forma toroidal é uma configuração que permite o aumento da miniaturização de um analisador de massa de armadilha de iões. Além disso todos os iões são armazenados no mesmo campo de captura e detecção em conjunto ejectado simplificação que pode ser complicado com configurações de matriz devido a variações no alinhamento e detector de usinagem das matrizes.

Orbitrap

Estes são semelhantes aos Transformada de Fourier íon ciclotron espectrômetros de massa de ressonância (ver texto abaixo). Os íons são electroestaticamente preso em uma órbita em torno de um eletrodo central, fusiformes. O eletrodo limita os íons de modo que ambos órbita em torno do eletrodo central e oscilar para trás e para frente ao longo eixo longo do eletrodo central. Isto gera uma oscilação imagem corrente nas placas de detectores que são gravados pelo instrumento. As freqüências dessas correntes de imagem depende da massa de cobrar rácios dos íons. Os espectros de massa são obtidos pela Transformação de Fourier das correntes de imagem gravados.

Orbitraps ter uma precisão de massa de alta, alta sensibilidade e uma boa gama dinâmica.

De iões com transformada de Fourier de ressonância de ciclotrão

Transformada de Fourier espectrometria de massa (EMTF), ou mais precisamente Transformada de Fourier MS ressonância de ciclotrão do íon, mede massa através da detecção da atual imagem produzida por iões cyclotroning na presença de um campo magnético. Em vez de medir a deflexão de iões com um detector tal como um multiplicador de electrões, os iões são injectados numa Penning trap (a eletricidade estática / magnética ion trap), onde eles efetivamente fazem parte de um circuito. Detectores em posições fixas no espaço medir o sinal elétrico de íons que passam perto deles ao longo do tempo, produzindo um sinal periódico. Uma vez que a frequência dos ciclos de um ião é determinada pela sua razão massa por carga, este pode ser deconvoluídos através da realização de um Transformada de Fourier do sinal. FTMS tem a vantagem de alta sensibilidade (uma vez que cada ião é "contado" mais do que uma vez) e muito maior resolução e, portanto, da precisão.

Ion ressonância de ciclotrão (ICR) é uma técnica de análise de massa mais velhos semelhante ao FTMS excepto que os iões são detectados com um detector tradicional. Íons presos em uma Penning trap são excitados por um campo elétrico RF até que eles afetem a parede da armadilha, onde o detector está localizado. Os iões de massa diferente são resolvidos de acordo com o tempo de impacto.

Detectores

Um detector multiplicador partícula dínodo contínua.

O elemento final do espectrómetro de massa é o detector. Os registos do detector, quer a carga ou a corrente induzida produzida quando passa por um ião ou atinge uma superfície. Em um instrumento de varrimento, o sinal produzido no detector no decurso da verificação contra onde o instrumento está na digitalização (em que m / Q) produzirá um espectro de massa, um recorde de íons em função da m / Q.

Tipicamente, algum tipo de multiplicador de electrões é usado, embora outros detectores incluindo Copos de Faraday e Os detectores de iões de fotões também são utilizados. Como o número de íons de deixar o analisador de massa em um determinado instante é normalmente muito pequeno, amplificação considerável é muitas vezes necessário para obter um sinal. Detectores de placa de microcanais são vulgarmente utilizados em instrumentos comerciais modernos. Em FTMS e Orbitraps, o detector é constituído por um par de superfícies de metal dentro da região armadilha analisador / ião de massa, que os iões só passar perto à medida que oscilam. Nenhuma corrente DC é produzido, apenas uma fraca corrente de CA é produzido em um circuito entre os eléctrodos. Outros detectores indutivos, também têm sido utilizados.

Espectrometria de massa em tandem

Um espectrómetro de massa em tandem é um capaz de múltiplas rondas de espectrometria de massa, geralmente separadas por alguma forma de fragmentação molécula. Por exemplo, um analisador de massa podem isolar um peptídeo de muitas entrando em um espectrômetro de massa. Um segundo analisador de massa, em seguida, estabiliza os iões peptídicos enquanto colidem com um gás, fazendo com que pelo fragmento induzida por colisão de dissociação (CID). Um terceiro analisador de massa, em seguida, separa os fragmentos produzidos a partir dos péptidos. MS tandem também pode ser feito num único analisador de massa ao longo do tempo, tal como em um ion trap quadrupolo. Existem vários métodos para fragmentando moléculas para MS em tandem, incluindo induzida por colisão de dissociação (CID), a captura eletrônica de dissociação (ECD), elétron dissociação de transferência (ETD), dissociação multiphoton infravermelho (IRMPD), corpo negro dissociação radiativa infravermelho (BIRD), dissociação elétron-descolamento (EDD) e dissociação induzida por superfície (SID). Uma importante aplicação utilizando espectrometria de massa em tandem está em identificação de proteínas .

Espectrometria de massa em tandem permitem uma variedade de sequências experimentais. Muitos espectrômetros de massa comerciais são projetados para acelerar a execução de tais sequências de rotina como monitoramento selecionado reação (SRM) e digitalização de iões precursor. Em SRM, o primeiro analisador permite apenas uma única massa através de monitores eo segundo analisador para vários íons fragmento definidos pelo usuário. SRM é mais frequentemente usado com instrumentos de digitalização onde o evento segundo análise de massa é ciclo de trabalho limitado. Estas experiências são usadas para aumentar a especificidade de detecção de moléculas conhecidas, nomeadamente, em estudos f armacocinéticos. Digitalização de iões precursor refere-se a monitorização para uma perda específica do íon precursor. Os primeiro e segundo analisadores de massa digitalizar em todo o espectro conforme particionado por uma m valor definido pelo utilizador / z. Esta experiência é utilizado para detectar motivos específicos dentro das moléculas desconhecidas.

Outro tipo de espectrometria de massa em tandem usado para datação por radiocarbono é acelerador de espectrometria de massa (AMS), que utiliza tensões muito elevadas, normalmente na gama de mega-volt, para acelerar os iões negativos em um tipo de espectrómetro de massa em tandem.

Configurações espectrômetro de massa comuns e técnicas

Quando uma configuração específica de fonte, analisador e detector torna-se convencional na prática, muitas vezes um composto acrônimo surge para designá-lo, ea sigla composto pode ser melhor conhecido entre nonspectrometrists do que as siglas dos componentes. O epítome disto é MALDI-TOF, que refere-se simplesmente a combinação de uma fonte de laser de dessorção / ionização assistida por matriz com um analisador de massa de tempo de voo. O apelido MALDI-TOF é mais amplamente reconhecido pelos espectrometristas não-massa do que MALDI TOF ou individualmente. Outros exemplos incluem espectrometria de massa de plasma (ICP-MS), espectrometria de massa acelerador (AMS), espectrometria de ionização-massa térmica (TIMS) e espectrometria de massas com fonte de ignição (SSMS). Às vezes o uso do genérico "MS", na verdade, conota um analisador de massa muito específica e um sistema de detecção, como é o caso com AMS, o que é sempre o sector com base.

Certas aplicações de espectrometria de massa desenvolveu identificadores de origem que, embora estritamente falando, parece referir-se a uma ampla aplicação, na prática não têm vindo a conotar um específico ou de um número limitado de configurações do instrumento. Um exemplo disto é espectrometria de massa com proporção isótopo (IRMS), refere-se que, na prática, a utilização de um número limitado de analisadores de massa de sector com base; esse nome é usado para se referir a ambos, a aplicação e o instrumento utilizado para a aplicação.

Técnicas cromatográficas combinadas com espectrometria de massa

Um acessório importante para a massa de resolução e determinação de massa capacidades de espectrometria de massa é usá-lo em conjunto com cromatográficas técnicas de separação.

Cromatografia em fase gasosa

Um cromatógrafo a gás (à direita) directamente acoplado a um espectrômetro de massa (à esquerda)

Uma combinação comum é gás cromatografia em espectrometria de massa (GC / MS ou GC-MS). Nesta técnica, uma cromatógrafo de gás é usado para separar os compostos diferentes. Este fluxo de compostos separado é alimentado para a linha de iões de fonte, um metálico filamento a qual a tensão é aplicada. Este filamento emite electrões que ionizam os compostos. Os iões podem, em seguida, outro fragmento, originando padrões previsíveis. Íons intactas e fragmentos passam para o analisador do espectrómetro de massa e são eventualmente detectados.

A cromatografia líquida

Semelhante a cromatografia em fase gasosa MS (GC / MS), espectrometria de massa de cromatografia líquida (LC / MS ou LC-MS) separa compostos cromatograficamente antes de serem introduzidas para a fonte de iões e espectrómetro de massa. Difere de GC / MS em que a fase móvel é um líquido, geralmente uma mistura de água e orgânicos solventes , em vez de gás e os fragmentos de iões não pode produzir padrões previsíveis. Mais comumente, uma fonte de ionização por electrospray é usado em LC / MS. Há também algumas técnicas de ionização recém-desenvolvidos, como pulverização de laser.

Mobilidade Ion

Ion mobilidade espectrometria / espectrometria de massa (IMS / MS ou IMMS) é uma técnica onde os íons são primeiro separados por tempo deriva através de algum gás neutro sob um gradiente de potencial elétrico aplicado antes de ser introduzida em um espectrômetro de massa. Deriva tempo é uma medida do raio em relação à carga do ião. O ciclo de serviço de IMS (o tempo durante o qual tem lugar o experimento) é mais longo do que a maioria das técnicas de espectrometria de massa, de modo a que o espectrómetro de massa poderá provar ao longo do curso da separação IMS. Isto produz dados sobre a separação IMS e a relação de massa-para-carga dos iões de um modo semelhante ao LC / MS.

O ciclo de serviço do IMS é curto em relação a cromatografia ou a cromatografia gasosa separações de líquidos e, assim, pode ser acoplado a tais técnicas, produzindo modalidades triplas, tais como LC / IMS / MS.

E análise de dados

Espectro de massa de um péptido que mostra a distribuição isotópica

Representações de dados

A espectrometria de massa produz vários tipos de dados. A representação mais comum de dados é o espectro de massa.

Certos tipos de dados de espectrometria de massa são melhor representados como um cromatograma de massa. Tipos de cromatogramas incluem selecionado monitoramento de íons (SIM), corrente de íons total (TIC), e monitoramento de reação cromatograma (SRM) selecionado, entre muitos outros.

Outros tipos de dados de espectrometria de massa são bem representada como uma imagem tridimensional mapa de contorno. Nesta forma, a massa-para-carga, m / z é no eixo x, a intensidade do eixo y, e um parâmetro experimental adicional, tais como o tempo, está registada na z -axis.

Análise de dados

Basics

A análise de dados de espectrometria de massa é um assunto complexo que é muito específica para o tipo de produzir os dados da experiência. Há subdivisões gerais de dados que são fundamentais para a compreensão de quaisquer dados.

Muitos espectrômetros de massa trabalhar no modo de iões negativos ou modo de íon positivo. É muito importante saber se os iões observados são negativamente ou positivamente carregada. Este é frequentemente importante na determinação da massa neutro mas também indica algo sobre a natureza das moléculas.

Diferentes tipos de fonte de iões resultar em diferentes matrizes de fragmentos produzidos a partir das moléculas originais. Uma fonte de ionização de elétrons produz muitos fragmentos e principalmente com (1-) radicais single-cobrado (número ímpar de elétrons), enquanto uma fonte electrospray geralmente produz íons quasimolecular não radicais que são frequentemente de cargas múltiplas. Espectrometria de massa em tandem produz propositadamente iões de fragmento do pós-source e pode mudar drasticamente o tipo de dados obtidos por um experimento.

Ao compreender a origem de uma amostra, certas expectativas pode ser assumida como para as moléculas componentes da amostra e as suas fragmentações. Uma amostra a partir de um processo de fabricação / síntese provavelmente irá conter impurezas quimicamente relacionadas com o componente alvo. Uma amostra biológica relativamente crua preparada provavelmente irá conter uma certa quantidade de sal, o qual pode formar adutos com as moléculas de analito em determinadas análises.

Os resultados também pode depender muito de como a amostra foi preparada e como ele foi executado / introduzido. Um exemplo importante é a questão da matriz que é usada para MALDI manchas, uma vez que grande parte da energética do evento dessorção / ionização é controlada pela matriz, em vez de a energia laser. Às vezes, as amostras são incrementadas com sódio ou de outra espécie para produzir adutos em vez de uma espécie protonados levando-ion.

A maior fonte de problemas quando espectrometristas não-massa tentar realizar a espectrometria de massa por conta própria ou colaborar com um spectrometrist massa é insuficiente definição da meta pesquisa do experimento. Definição adequada do objetivo experimental é um pré-requisito para a coleta de dados apropriados e com sucesso interpretando-a. Entre as determinações que podem ser alcançados com a espectrometria de massa são de massa molecular, estrutura molecular e pureza da amostra. Cada uma destas questões requer um procedimento experimental diferente. Basta pedir um "espectro de massa" muito provavelmente não irá responder a pergunta real na mão.

A interpretação dos espectros de massa

Uma vez que a precisão estrutura ou sequência do péptido de uma molécula é decifrado pelo conjunto de massas de fragmentos, a interpretação de espectros de massa exige o uso combinado de várias técnicas. Normalmente, a primeira estratégia para a identificação de um composto desconhecido é para comparar o seu espectro de massa experimental contra uma biblioteca de espectros de massa. Se a pesquisa trata-se vazia, então a interpretação manual ou software de interpretação assistida de espectros de massa são executadas. A simulação por computador de ionização e processos de fragmentação que ocorre no espectrómetro de massa é a ferramenta principal para a atribuição de estrutura ou a sequência do péptido de uma molécula. Um uma informação estrutural priori é fragmentado in silico e o padrão resultante é comparado com o espectro observado. Essa simulação é muitas vezes apoiados por uma biblioteca de fragmentação que contém padrões publicados de reações de decomposição conhecidos. Software aproveitando esta ideia foi desenvolvido para ambas as moléculas pequenas e proteínas.

Outra maneira de interpretar espectros de massa envolve espectros com massa exata. Um valor de massa-para-carga razão (m / z) apenas com precisão inteiro pode representar um número imenso de estruturas de iões teoricamente possíveis. Números de massa mais precisos reduzir significativamente o número de candidatos fórmulas moleculares , embora cada um pode representar ainda um grande número de compostos estruturalmente diversos. Um algoritmo de computador chamado gerador de fórmula calcula todas as fórmulas moleculares que, teoricamente, se encaixam um dado massa com a tolerância especificada.

Uma técnica recente para a elucidação da estrutura em espectrometria de massa, chamada fingerprinting íon precursor identifica peças individuais de informação estrutural através da realização de uma pesquisa da espectros em tandem da molécula sob investigação contra uma biblioteca do espectros de produtos de iões de lítio de íons precursores estruturalmente caracterizados.

Aplicações

Razão isotópica MS: isótopo namoro e rastreamento

Espectrómetro de massa para determinar a razão isotópica ¹⁶ O / ¹⁸ O e ¹² C / ¹³ C em carbonato de origem biogênica

A espectrometria de massa é também utilizado para determinar a isotópica composição de elementos dentro de uma amostra. As diferenças de massa entre os isótopos de um elemento são muito pequenos, e os isótopos menos abundantes de um elemento são tipicamente muito rara, portanto, um instrumento muito sensível é necessária. Esses instrumentos, por vezes referido como espectrômetros de massa de razão isotópica (IR-MS), costumo usar um único ímã para dobrar um feixe de partículas ionizadas em direção a uma série de Copos de Faraday que convertem a impactos de partículas corrente elétrica. Uma análise rápida on-line de teor de deutério de água pode ser feito usando Fluir espectrometria de massa arrebol, FA-MS. Provavelmente, o espectrómetro de massa mais sensível e preciso para este fim é a espectrômetro de massa acelerador (AMS). Proporções de isótopos são marcadores importantes de uma variedade de processos. Algumas razões isotópicas são utilizados para determinar a idade de materiais, por exemplo, como em datação por carbono. A marcação com isótopos estáveis também é usado para a quantificação de proteína.(Vercaracterização da proteínaabaixo)

Análise do gás traçador

Várias técnicas utilizam iões criados em uma fonte de iões dedicado injectado para um tubo de fluxo, ou um tubo de deriva:seleccionado tubo de fluxo de iões (SIFT-MS), ereacção de transferência de protões (PTR-MS), são variantes deionização química dedicada para análise de gás de rastreio de ar, ar ou espaço de topo líquida usando tempo de reacção bem definidas, permitindo cálculos de concentrações de analito a partir da cinética de reacção conhecidas, sem a necessidade de calibração ou como padrão interno.

Sonda Atom

Um sonda átomo é um instrumento que combinaespectrometria de tempo-de-voo de massa emicroscopia de campo de iões (FIM) para mapear a localização de átomos individuais.

Farmacocinética

Farmacocinética é muitas vezes estudados utilizando espectrometria de massa, devido à natureza complexa da matriz (frequentemente sangue ou urina) e a necessidade de alta sensibilidade para observar dose baixa e os dados de ponto de tempo. A instrumentação mais comum usado na presente aplicação é de LC-MS com um espectrómetro de massa de triplo quadrupolo. Espectrometria de massa em tandem é geralmente empregue para a especificidade adicionado. As curvas padrão e os padrões internos são utilizados para a quantificação de uma única farmacêutica geralmente nas amostras. As amostras representam diferentes pontos de tempo como um produto farmacêutico é administrado e, em seguida, metabolizados ou apuradas a partir do corpo. Vazios ou t = 0 amostras colhidas antes da administração são importantes na determinação do fundo e garantir a integridade dos dados com tais amostras de matrizes complexas. É dada muita atenção à linearidade da curva padrão; no entanto, não é incomum para usar o ajuste de curva com funções mais complexas tais como quadráticas vez que a resposta da maior parte dos espectrómetros de massa é inferior linear em grandes intervalos de concentração.

Existe actualmente considerável interesse no uso de espectrometria de massa muito elevada sensibilidade paraestudos de microdosagem, que são vistos como uma alternativa promissora aexperimentação animal.

Caracterização de proteínas

A espectrometria de massa é um importante método emergente para a caracterização e sequenciamento de proteínas. Os dois métodos principais para a ionização das proteínas inteiras estão ionização por electrospray (ESI) e laser assistida por matriz dessorção / ionização (MALDI). De acordo com o desempenho e de massa gama de espectrómetros de massa disponíveis, são utilizadas duas abordagens para a caracterização de proteínas. No primeiro, as proteínas intactas são ionizados por qualquer uma das duas técnicas descritas acima, e, em seguida, introduzida a um analisador de massa. Esta abordagem é designada como " estratégia de cima para baixo "de análise de proteínas. Na segunda, as proteínas são enzimaticamente digeridos em pequenos péptidos usando proteases tais como tripsina ou pepsina, quer em solução ou em gel após separação electroforética. Outros agentes proteolíticas também são utilizados. A coleção de produtos de peptídeos são então introduzidos no analisador de massa. Quando o padrão característico dos péptidos é utilizado para a identificação da proteína, o método é chamado de impressões digitais da massa dos péptidos (FMP), se a identificação é realizada usando os dados das sequências determinadas na análise por MS em tandem que é chamada de novo a sequenciação. Estes procedimentos de análise de proteínas também são referidos como a " abordagem bottom-up ".

Análise Glycan

Espectrometria de massa (MS), com a sua baixa exigência de amostra e de alta sensibilidade, foi usado predominantemente na glicobiologia para caracterização e elucidação de estruturas de glicano. A espectrometria de massa proporciona um método complementar de HPLC para a análise de glicanos. Glicanos intactas podem ser detectadas directamente, como iões de carga única por assistida por matriz com dessorção por laser / espectrometria de massa de ionização (MALDI-MS) ou, seguindo permetilação peracetylation, ou por bombardeamento com átomos rápidos de espectrometria de massa (FAB-MS). A espectrometria de massa de ionização por electropulverização (ESI -MS) também dá bons sinais para os glicanos menores. Vário software livre e comercial estão agora disponíveis que interpretar dados de MS e ajuda na caracterização da estrutura Glycan.

Exploração espacial

Como um método padrão para análise, espectrômetros de massa atingiram outros planetas e luas. Dois foram levados para Marte pela Viking programa. No início de 2005, a missão Cassini-Huygens entregou um especializado instrumento GC-MS, a bordo do sonda Huygens através da atmosfera de Titã, a maior lua do planeta Saturno . Este instrumento analisou amostras atmosféricas ao longo de sua trajetória de descida e foi capaz de vaporizar e analisar amostras de hidrocarbonetos coberto superfície de Titã congelado, uma vez que a sonda tinha aterrado. Estas medições comparar a abundância do isótopo (s) de cada partícula relativamente à abundância natural da terra. Também a bordo da nave espacial Cassini-Huygens é um espectrómetro de massa de íons e neutro, que tem vindo a tomar medidas da composição atmosférica de Titã, bem como a composição das plumas de Encelado. A térmica e espectrômetro de massa Evolved Gas Analyzer foi realizado pela Mars Phoenix Lander lançado em 2007.

Os espectrómetros de massa também são amplamente utilizados em missões espaciais para medir a composição do plasma. Por exemplo, a sonda Cassini carrega o Espectrômetro de Plasma da Cassini (CAPS), que mede a massa de íons em Saturno magnetosfera.

Monitor de gás respirado

Os espectrómetros de massa foram utilizados em hospitais para análise de gás respiratório com início por volta de 1975 até o final do século. Alguns são, provavelmente, ainda em uso, mas nenhum deles está actualmente a ser fabricado.

Encontrado principalmente na sala de cirurgia, eles eram parte de um sistema complexo, no qual amostras de gás respirado de pacientes submetidos à anestesia foram atraídos para o instrumento através de um mecanismo de válvula projetado para conectar sequencialmente até 32 quartos para o espectrómetro de massa. Um computador dirige todas as operações do sistema. Os dados coletados a partir do espectrômetro de massa foi entregue aos quartos individuais para o anestesiologista de usar.

A singularidade desta espectrómetro de massa de sector magnético pode ter sido o facto de que um plano de detectores, cada propositadamente posicionada para recolher todas as espécies de iões que se espera estarem nas amostras, permitiu que o instrumento para comunicar simultaneamente todos os gases respirada pelo paciente . Embora a gama de massa foi limitado a pouco mais de 120 u, fragmentação de algumas das moléculas mais pesadas negada a necessidade de um maior limite de detecção.