stringtranslate.com

Масс-спектрометрии

Масс-спектрометрия ( МС ) — это аналитический метод, который используется для измерения отношения массы к заряду ионов . Результаты представлены в виде масс-спектра — графика зависимости интенсивности от отношения массы к заряду. Масс-спектрометрия используется во многих различных областях и применяется как к чистым образцам, так и к сложным смесям.

Масс-спектр — это тип графика ионного сигнала как функции отношения массы к заряду. Эти спектры используются для определения элементной или изотопной подписи образца, массы частиц и молекул , а также для выяснения химической идентичности или структуры молекул и других химических соединений .

Открытие изотопов неона

В типичной процедуре МС образец, который может быть твердым, жидким или газообразным, ионизируется , например, бомбардируя его пучком электронов . Это может привести к тому, что некоторые молекулы образца распадутся на положительно заряженные фрагменты или просто станут положительно заряженными без фрагментации. Эти ионы (фрагменты) затем разделяются в соответствии с их отношением массы к заряду, например, путем их ускорения и воздействия на них электрического или магнитного поля: ионы с одинаковым соотношением массы к заряду будут подвергаться одинаковому отклонению. . [1] Ионы обнаруживаются с помощью механизма, способного обнаруживать заряженные частицы, такого как электронный умножитель . Результаты отображаются в виде спектров интенсивности сигнала обнаруженных ионов в зависимости от отношения массы к заряду. Атомы или молекулы в образце можно идентифицировать путем сопоставления известных масс (например, целой молекулы) с идентифицированными массами или посредством характерного рисунка фрагментации .

История масс-спектрометра

Реплика третьего масс-спектрометра FW Aston.

В 1886 году Ойген Гольдштейн наблюдал лучи в газовых разрядах под низким давлением, которые шли от анода и через каналы в перфорированном катоде , противоположно направлению отрицательно заряженных катодных лучей (которые идут от катода к аноду). Гольдштейн назвал эти положительно заряженные анодные лучи «каналстрахленами»; стандартный перевод этого термина на английский язык — « канальные лучи ». Вильгельм Вин обнаружил, что сильные электрические или магнитные поля отклоняют лучи в канале, и в 1899 году сконструировал устройство с перпендикулярными электрическими и магнитными полями, которое разделяло положительные лучи в соответствии с их отношением заряда к массе ( К/м ). Вин обнаружил, что отношение заряда к массе зависит от природы газа в разрядной трубке. Английский ученый Дж. Дж. Томсон позже усовершенствовал работу Вина, уменьшив давление на создание масс-спектрографа.

Масс-спектрометры Calutron использовались в Манхэттенском проекте по обогащению урана.

Слово « спектрограф » стало частью международного научного словаря к 1884 году . _ фотографическая пластинка . [4] [5] Масс -спектроскоп похож на масс-спектрограф , за исключением того, что луч ионов направляется на люминофорный экран. [6] Конфигурация масс-спектроскопа использовалась в первых приборах, когда хотелось быстро наблюдать эффекты регулировок. После правильной настройки инструмента вставляли и экспонировали фотографическую пластинку. Термин масс-спектроскоп продолжал использоваться даже несмотря на то, что прямое освещение люминофорного экрана было заменено косвенными измерениями с помощью осциллографа . [7] Использование термина масс-спектроскопия в настоящее время не рекомендуется из-за возможности путаницы со световой спектроскопией . [1] [8] Масс-спектрометрию часто называют масс-спектрометрией или просто МС . [1]

Современные методы масс-спектрометрии были разработаны Артуром Джеффри Демпстером и Ф. У. Астоном в 1918 и 1919 годах соответственно.

Секторные масс-спектрометры , известные как калютроны , были разработаны Эрнестом О. Лоуренсом и использовались для разделения изотопов урана во время Манхэттенского проекта . [9] Масс-спектрометры Calutron использовались для обогащения урана на заводе Y-12 в Ок-Ридже, штат Теннесси, созданном во время Второй мировой войны.

В 1989 году половина Нобелевской премии по физике была присуждена Гансу Демельту и Вольфгангу Паулю за разработку метода ионной ловушки в 1950-х и 1960-х годах.

В 2002 году Нобелевская премия по химии была присуждена Джону Беннетту Фенну за разработку метода ионизации электрораспылением (ESI) и Коичи Танаке за разработку метода мягкой лазерной десорбции (SLD) и его применения для ионизации биологических макромолекул, особенно белков. [10]

Части масс-спектрометра

Схема простого масс-спектрометра с масс-анализатором секторного типа. Он предназначен для измерения соотношений изотопов углекислого газа ( IRMS ), как и в дыхательном тесте с мочевиной углерода-13 .

Масс-спектрометр состоит из трех компонентов: источника ионов, масс-анализатора и детектора. Ионизатор преобразует часть образца в ионы . Существует большое разнообразие методов ионизации, в зависимости от фазы (твердая, жидкая, газообразная) образца и эффективности различных механизмов ионизации неизвестных частиц. Система экстракции удаляет ионы из образца, которые затем направляются через масс-анализатор в детектор . Различия в массах фрагментов позволяют масс-анализатору сортировать ионы по соотношению массы к заряду. Детектор измеряет значение индикаторной величины и, таким образом, предоставляет данные для расчета содержания каждого присутствующего иона. Некоторые детекторы также дают пространственную информацию, например, многоканальная пластинка.

Теоретический пример

Ниже описана работа спектрометра-масс-анализатора секторного типа . (Другие типы анализаторов рассматриваются ниже.) Рассмотрим образец хлорида натрия (поваренной соли). В источнике ионов образец испаряется (превращается в газ ) и ионизируется (превращается в электрически заряженные частицы) в ионы натрия (Na + ) и хлорида (Cl - ). Атомы и ионы натрия моноизотопны , их масса составляет около 23 дальтон (символ: Da или более старый символ: u). Атомы и ионы хлоридов представлены двумя стабильными изотопами с массами примерно 35 ед. (при естественной распространенности около 75 процентов) и примерно 37 ед. (при естественной распространенности около 25 процентов). Анализаторная часть спектрометра содержит электрические и магнитные поля, которые оказывают воздействие на ионы, проходящие через эти поля. Скорость заряженной частицы может увеличиваться или уменьшаться при прохождении через электрическое поле, а ее направление может изменяться под действием магнитного поля. Величина отклонения траектории движущегося иона зависит от отношения его массы к заряду. Более легкие ионы отклоняются магнитной силой в большей степени, чем более тяжелые ионы (на основе второго закона движения Ньютона , F = ma ). Потоки магнитно-сортированных ионов проходят от анализатора к детектору, который фиксирует относительное содержание каждого типа ионов. Эта информация используется для определения химического элементного состава исходной пробы (т.е. присутствия в пробе как натрия, так и хлора) и изотопного состава ее компонентов (соотношение 35 Cl к 37 Cl).

Создание ионов

Источник поверхностной ионизации на линейном ускорителе Аргоннской национальной лаборатории.

Источник ионов — это часть масс-спектрометра, которая ионизирует анализируемый материал (аналит). Затем ионы переносятся магнитными или электрическими полями в масс-анализатор.

Методы ионизации сыграли ключевую роль в определении типов образцов, которые можно анализировать с помощью масс-спектрометрии. Электронная ионизация и химическая ионизация применяются для газов и паров . В источниках химической ионизации аналит ионизируется в результате химических ионно-молекулярных реакций во время столкновений в источнике. Два метода, часто используемые с жидкими и твердыми биологическими образцами, включают ионизацию электрораспылением (изобретенную Джоном Фенном [11] ) и матричную лазерную десорбцию/ионизацию (MALDI, первоначально разработанную как аналогичный метод «Мягкая лазерная десорбция (SLD)» К. Танака [12] , за что была присуждена Нобелевская премия, и как MALDI М. Караса и Ф. Хилленкампа [13] ).

Жесткая ионизация и мягкая ионизация

Квадрупольный масс-спектрометр и источник ионов электрораспыления, использованные в ранних работах Фенна.

В масс-спектрометрии под ионизацией понимают образование ионов газовой фазы, пригодных для разрешения в масс-анализаторе или масс-фильтре. Ионизация происходит в источнике ионов . Доступно несколько источников ионов ; каждый из них имеет преимущества и недостатки для конкретных приложений. Например, электронная ионизация (ЭИ) дает высокую степень фрагментации, давая очень подробные масс-спектры, которые при умелом анализе могут предоставить важную информацию для структурного выяснения/характеризации и облегчить идентификацию неизвестных соединений по сравнению с библиотеками масс-спектров, полученными в идентичных рабочих условиях. . Однако ЭУ не подходит для сочетания с ВЭЖХ , т.е. ЖХ-МС , поскольку при атмосферном давлении нити, используемые для генерации электронов, быстро выгорают. Таким образом, ЭУ преимущественно сочетается с ГХ , т.е. ГХ-МС , где вся система находится под высоким вакуумом.

Методы жесткой ионизации — это процессы, которые передают большое количество остаточной энергии молекуле, вызывая большую степень фрагментации (т.е. систематический разрыв связей удаляет избыточную энергию, восстанавливая стабильность образующегося иона). Образующиеся ионы имеют тенденцию иметь m/z ниже, чем молекулярный ион (кроме случая переноса протона и не включая пики изотопов). Наиболее распространенным примером жесткой ионизации является электронная ионизация (ЭИ).

Мягкая ионизация относится к процессам, которые передают небольшую остаточную энергию молекуле и, как следствие, приводят к незначительной фрагментации. Примеры включают бомбардировку быстрыми атомами (FAB), химическую ионизацию (CI), химическую ионизацию при атмосферном давлении (APCI), фотоионизацию при атмосферном давлении (APPI), ионизацию электрораспылением (ESI), десорбционную ионизацию электрораспылением (DESI) и матричный лазер. десорбция/ионизация (МАЛДИ).

Индуктивно-связанная плазма

Источник ионов с индуктивно связанной плазмой

Источники индуктивно-связанной плазмы (ИСП) используются в основном для катионного анализа широкого спектра типов проб. В этом источнике плазма, которая в целом электрически нейтральна, но значительная часть атомов которой ионизирована при высокой температуре, используется для распыления введенных молекул образца и дальнейшего отрыва внешних электронов от этих атомов. Плазма обычно генерируется из газообразного аргона, поскольку первая энергия ионизации атомов аргона выше, чем первая у любых других элементов, кроме He, F и Ne, но ниже второй энергии ионизации всех, кроме наиболее электроположительных металлов. Нагрев достигается за счет пропускания радиочастотного тока через катушку, окружающую плазму.

Фотоионизационная масс-спектрометрия

Фотоионизация может использоваться в экспериментах, которые стремятся использовать масс-спектрометрию как средство выяснения механизмов химической кинетики и разветвления изомерных продуктов. [14] В таких случаях фотон высокой энергии, рентгеновский или ультрафиолетовый, используется для диссоциации стабильных газообразных молекул в газе-носителе He или Ar. В тех случаях, когда используется источник синхротронного света, можно использовать настраиваемую энергию фотонов для получения кривой эффективности фотоионизации, которую можно использовать в сочетании с отношением зарядов m/z к молекулярным и ионным частицам отпечатков пальцев. Совсем недавно была разработана фотоионизация при атмосферном давлении (APPI) для ионизации молекул, главным образом, в виде отходов систем ЖХ-МС.

Окружающая ионизация

Некоторые применения ионизации окружающей среды включают в себя экологические, а также клинические применения. В этих методах ионы образуются в источнике ионов вне масс-спектрометра. Отбор проб становится простым, поскольку образцы не требуют предварительного разделения или подготовки. Некоторыми примерами методов ионизации окружающей среды являются прямой анализ в реальном времени (DART), DESI , SESI , LAESI , десорбционная химическая ионизация при атмосферном давлении (DAPCI) и десорбция, фотоионизация при атмосферном давлении DAPPI и другие.

Другие методы ионизации

Другие включают тлеющий разряд , полевая десорбция (FD), бомбардировка быстрыми атомами (FAB), термоспрей , десорбция/ионизация на кремнии (DIOS), химическая ионизация при атмосферном давлении (APCI), масс-спектрометрия вторичных ионов (SIMS), искровая ионизация и термическая ионизация. (ТИМС). [15]

Массовый отбор

Масс-анализаторы разделяют ионы в соответствии с их отношением массы к заряду . Следующие два закона управляют динамикой заряженных частиц в электрическом и магнитном полях в вакууме:

( закон силы Лоренца );
( Второй закон движения Ньютона в нерелятивистском случае, т.е. справедлив только при скорости ионов, много меньшей скорости света).

Здесь F — сила, приложенная к иону, m — масса иона, a — ускорение, Q — заряд иона, E — электрическое поле, а v × B — векторное векторное произведение скорости иона и магнитное поле

Приравнивая приведенные выше выражения для силы, действующей на ион, получаем:

Это дифференциальное уравнение является классическим уравнением движения заряженных частиц . Вместе с начальными условиями частицы он полностью определяет движение частицы в пространстве и времени в терминах m/Q . Таким образом, масс-спектрометры можно рассматривать как «спектрометры масс-заряда». При представлении данных принято использовать (официально) безразмерное значение m/z , где z — количество элементарных зарядов ( e ) на ионе (z=Q/e). Эта величина, хотя неофициально и называется отношением массы к заряду, точнее говоря, представляет собой отношение массового числа и числа заряда z .

Существует много типов масс-анализаторов, использующих статические или динамические поля, а также магнитные или электрические поля, но все они работают в соответствии с приведенным выше дифференциальным уравнением. Каждый тип анализатора имеет свои сильные и слабые стороны. Многие масс-спектрометры используют два или более масс-анализаторов для тандемной масс-спектрометрии (МС/МС) . Помимо наиболее распространенных масс-анализаторов, перечисленных ниже, существуют и другие, предназначенные для особых ситуаций.

Существует несколько важных характеристик анализатора. Разрешающая способность по массе является мерой способности различать два пика со слегка отличающимися m/z . Точность измерения массы представляет собой отношение ошибки измерения m/z к истинному m/z. Точность измерения массы обычно измеряется в единицах массы ppm или милли . Диапазон масс представляет собой диапазон m/z, поддающийся анализу данным анализатором. Линейный динамический диапазон — это диапазон, в котором ионный сигнал линейно зависит от концентрации аналита. Скорость относится к временным рамкам эксперимента и в конечном итоге используется для определения количества спектров, которые могут быть созданы в единицу времени.

Секторальные инструменты

Секторный масс-спектрометр ThermoQuest AvantGarde

Масс-анализатор с секторным полем использует статическое электрическое и/или магнитное поле, чтобы каким-либо образом повлиять на путь и/или скорость заряженных частиц. Как показано выше, секторные инструменты искривляют траектории ионов, проходящих через масс-анализатор, в соответствии с их отношением массы к заряду, сильнее отклоняя более заряженные и более быстродвижущиеся и более легкие ионы. Анализатор можно использовать для выбора узкого диапазона m/z или для сканирования диапазона m/z для каталогизации присутствующих ионов. [16]

Время полета

Анализатор времени пролета (TOF) использует электрическое поле для ускорения ионов до достижения того же потенциала , а затем измеряет время, необходимое им для достижения детектора. Если все частицы имеют одинаковый заряд , их кинетические энергии будут одинаковыми, а их скорости будут зависеть только от их массы . Ионы с меньшей массой первыми достигнут детектора. [17] Однако в действительности даже частицы с одинаковыми m/z могут прибыть к детектору в разное время, поскольку они имеют разные начальные скорости. Начальная скорость часто не зависит от массы иона и превращается в разность конечной скорости. Из-за этого ионы с одинаковым соотношением m/z будут достигать детектора в разное время, что уширяет пики, показанные на графике зависимости количества от m/z, но обычно не меняет центральное расположение пиков, поскольку Начальная скорость ионов обычно равна нулю. Чтобы решить эту проблему, фокусировка/ отложенное извлечение с задержкой по времени были объединены с TOF-MS. [18]

Квадрупольный массовый фильтр

Квадрупольные масс-анализаторы используют осциллирующие электрические поля для избирательной стабилизации или дестабилизации путей ионов, проходящих через радиочастотное (РЧ) квадрупольное поле, создаваемое между четырьмя параллельными стержнями. Через систему в любой момент времени проходят только ионы с определенным соотношением массы/заряда, но изменения потенциалов на стержнях позволяют быстро перемещаться в широком диапазоне значений m/z, либо непрерывно, либо последовательно. дискретные прыжки. Квадрупольный масс-анализатор действует как масс-селективный фильтр и тесно связан с квадрупольной ионной ловушкой , особенно с линейной квадрупольной ионной ловушкой, за исключением того, что он предназначен для пропускания незахваченных ионов, а не для сбора захваченных ионов, и по этой причине его называют в качестве трансмиссионного четырехполюсника. Квадрупольный масс-анализатор с магнитным усилением включает добавление магнитного поля, приложенного либо в осевом, либо в поперечном направлении. Этот новый тип прибора приводит к дополнительному повышению производительности с точки зрения разрешения и/или чувствительности в зависимости от величины и ориентации приложенного магнитного поля. [19] [20] Распространенной вариацией трансмиссионного квадруполя является тройной квадрупольный масс-спектрометр. «Тройной квад» имеет три последовательные квадрупольные ступени, первая из которых действует как массовый фильтр для передачи определенного поступающего иона во второй квадруполь, камеру столкновений, в которой этот ион может быть разбит на фрагменты. Третий квадруполь также действует как массовый фильтр для передачи определенного фрагмента иона в детектор. Если квадруполь заставить быстро и многократно циклически проходить через диапазон настроек массового фильтра, можно получить полные спектры. Аналогично, тройной четверной может быть создан для выполнения различных типов сканирования, характерных для тандемной масс-спектрометрии .

Ионные ловушки

Трехмерная квадрупольная ионная ловушка

Квадрупольная ионная ловушка работает по тем же физическим принципам, что и квадрупольный масс-анализатор, но ионы улавливаются и последовательно выбрасываются. Ионы улавливаются главным образом в квадрупольном радиочастотном поле, в пространстве, определяемом кольцевым электродом (обычно подключенным к основному радиочастотному потенциалу) между двумя торцевыми электродами (обычно подключенными к постоянному или вспомогательному переменному потенциалу). Образец ионизируется либо изнутри (например, электронным или лазерным лучом), либо снаружи, и в этом случае ионы часто вводятся через отверстие в торцевом электроде.

Существует множество методов разделения и изоляции массы/заряда, но наиболее часто используется режим нестабильности массы, в котором радиочастотный потенциал увеличивается так, что орбита ионов с массой a > b становится стабильной, в то время как ионы с массой b становятся нестабильными и становятся нестабильными. выбрасывается по оси z на детектор. Существуют также неразрушающие методы анализа.

Ионы также могут быть выброшены методом резонансного возбуждения, при котором к торцевым электродам прикладывается дополнительное колебательное напряжение возбуждения, а амплитуда захватывающего напряжения и/или частота напряжения возбуждения варьируется для приведения ионов в резонансное состояние в порядке их массы/ коэффициент заряда. [21] [22]

Цилиндрическая ионная ловушка

Масс -спектрометр с цилиндрической ионной ловушкой (CIT) представляет собой производную от квадрупольной ионной ловушки, в которой электроды образованы из плоских колец, а не из электродов гиперболической формы. Архитектура хорошо поддается миниатюризации, поскольку по мере уменьшения размера ловушки форма электрического поля вблизи центра ловушки, области, в которой захватываются ионы, принимает форму, аналогичную форме гиперболической ловушки.

Линейная квадрупольная ионная ловушка

Линейная квадрупольная ионная ловушка аналогична квадрупольной ионной ловушке, но она улавливает ионы в двумерном квадрупольном поле, а не в трехмерном квадрупольном поле, как в трехмерной квадрупольной ионной ловушке. LTQ компании Thermo Fisher («квадруполь с линейной ловушкой») является примером линейной ионной ловушки. [23]

Тороидальную ионную ловушку можно представить как линейный квадруполь, изогнутый вокруг и соединенный на концах, или как поперечное сечение трехмерной ионной ловушки, повернутой на краю, чтобы сформировать тороидальную ловушку в форме пончика. Ловушка может хранить большие объемы ионов, распределяя их по кольцеобразной структуре ловушки. Эта ловушка тороидальной формы представляет собой конфигурацию, которая позволяет увеличить миниатюризацию масс-анализатора с ионной ловушкой. Кроме того, все ионы сохраняются в одном и том же поле захвата и выбрасываются вместе, что упрощает обнаружение, которое может быть осложнено конфигурациями матриц из-за различий в выравнивании детекторов и механической обработке матриц. [24]

Как и в случае с тороидальной ловушкой, линейные ловушки и 3D-квадрупольные ионные ловушки являются наиболее часто миниатюрными масс-анализаторами из-за их высокой чувствительности, устойчивости к давлению мТорр и возможностей тандемной масс-спектрометрии с одним анализатором (например, сканирования дочерних ионов). [25]

Орбитальная ловушка

Масс-анализатор орбитрап

Приборы с орбитальной ловушкой аналогичны масс-спектрометрам ионного циклотронного резонанса с Фурье-преобразованием (см. текст ниже). Ионы электростатически захватываются на орбите вокруг центрального электрода веретенообразной формы. Электрод удерживает ионы так, что они вращаются вокруг центрального электрода и колеблются вперед и назад вдоль длинной оси центрального электрода. Это колебание генерирует ток изображения в пластинах детектора, который регистрируется прибором. Частоты этих токов изображения зависят от отношения массы к заряду ионов. Масс-спектры получены путем преобразования Фурье токов записанного изображения.

Орбитальные ловушки обладают высокой точностью определения массы, высокой чувствительностью и хорошим динамическим диапазоном. [26]

Ионный циклотронный резонанс с преобразованием Фурье

Масс-спектрометр ионно-циклотронного резонанса с Фурье-преобразованием

Масс-спектрометрия с преобразованием Фурье (FTMS), или, точнее, МС ионного циклотронного резонанса с преобразованием Фурье , измеряет массу путем обнаружения тока изображения, создаваемого циклотронным движением ионов в присутствии магнитного поля. Вместо измерения отклонения ионов с помощью такого детектора, как электронный умножитель , ионы вводятся в ловушку Пеннинга (статическую электрическую/магнитную ионную ловушку ), где они эффективно образуют часть цепи. Детекторы, расположенные в фиксированных положениях в пространстве, измеряют электрический сигнал ионов, которые проходят рядом с ними с течением времени, создавая периодический сигнал. Поскольку частота циклического движения иона определяется отношением его массы к заряду, ее можно выполнить деконволюцию , выполнив преобразование Фурье сигнала. Преимущество FTMS заключается в высокой чувствительности (поскольку каждый ион «подсчитывается» более одного раза) и гораздо более высоком разрешении и, следовательно, точности. [27] [28]

Ионный циклотронный резонанс (ИКР) — это более старый метод масс-анализа, аналогичный FTMS, за исключением того, что ионы обнаруживаются с помощью традиционного детектора. Ионы, попавшие в ловушку Пеннинга, возбуждаются радиочастотным электрическим полем до тех пор, пока не ударятся о стенку ловушки, где расположен детектор. Ионы различной массы разделяются в зависимости от времени воздействия.

Детекторы

Детектор с непрерывным динодным умножителем частиц

Последним элементом масс-спектрометра является детектор. Детектор регистрирует либо индуцированный заряд, либо ток, возникающий, когда ион проходит мимо поверхности или ударяется о нее. В сканирующем приборе сигнал, создаваемый детектором во время сканирования, в зависимости от того, где находится прибор при сканировании (при каком значении m/Q ), будет формировать масс-спектр , запись ионов в зависимости от m/Q .

Обычно используется тот или иной тип электронного умножителя , хотя также используются и другие детекторы, включая чашки Фарадея и детекторы ионов-фотонов . Поскольку количество ионов, покидающих масс-анализатор в конкретный момент, обычно весьма мало, для получения сигнала часто требуется значительное усиление. Микроканальные пластинчатые детекторы обычно используются в современных коммерческих приборах. [29] В FTMS и Orbitraps детектор состоит из пары металлических поверхностей в области масс-анализатора/ионной ловушки, мимо которых ионы проходят только во время колебаний. Постоянный ток не образуется, в цепи между электродами создается только слабый переменный ток изображения. Также использовались другие индуктивные детекторы. [30]

Тандемная масс-спектрометрия

Тандемная масс-спектрометрия биологических молекул с использованием ESI или MALDI.

Тандемный масс-спектрометр — это прибор, способный выполнять несколько циклов масс-спектрометрии, обычно разделенных той или иной формой фрагментации молекул. Например, один масс-анализатор может выделить один пептид из многих, поступающих в масс-спектрометр. Затем второй масс-анализатор стабилизирует ионы пептидов во время их столкновения с газом, вызывая их фрагментацию за счет диссоциации, вызванной столкновением (CID). Затем третий масс-анализатор сортирует фрагменты, полученные из пептидов. Тандемную МС также можно проводить в одном масс-анализаторе с течением времени, например, в квадрупольной ионной ловушке . Существуют различные методы фрагментации молекул для тандемного МС, включая диссоциацию, индуцированную столкновениями (CID), диссоциацию с электронным захватом (ECD), диссоциацию с переносом электрона (ETD), инфракрасную многофотонную диссоциацию (IRMPD), инфракрасную радиационную диссоциацию черного тела (BIRD), электронную -отрывная диссоциация (EDD) и поверхностно-индуцированная диссоциация (SID). Важным применением тандемной масс-спектрометрии является идентификация белков. [31]

Тандемная масс-спектрометрия позволяет проводить различные экспериментальные последовательности. Многие коммерческие масс-спектрометры предназначены для ускорения выполнения таких рутинных последовательностей, как мониторинг выбранных реакций (SRM) и сканирование ионов-предшественников. В SRM первый анализатор пропускает только одну массу, а второй анализатор отслеживает несколько определяемых пользователем фрагментарных ионов. SRM чаще всего используется со сканирующими приборами, где второе событие массового анализа ограничено рабочим циклом . Эти эксперименты используются для повышения специфичности обнаружения известных молекул, особенно в фармакокинетических исследованиях. Сканирование ионов-предшественников относится к мониторингу конкретных потерь иона-предшественника. Первый и второй масс-анализаторы сканируют спектр, разделенный по заданному пользователем значению m/z . Этот эксперимент используется для обнаружения специфических мотивов внутри неизвестных молекул.

Другой тип тандемной масс-спектрометрии, используемый для радиоуглеродного датирования, - это масс-спектрометрия с ускорителем (AMS), в которой используются очень высокие напряжения, обычно в мегавольтном диапазоне, для ускорения отрицательных ионов в своего рода тандемный масс-спектрометр.

База данных метаболитов и химических веществ METLIN [32] [33] [34] является крупнейшим хранилищем данных экспериментальной тандемной масс-спектрометрии, полученных из стандартов. Данные тандемной масс-спектрометрии по более чем 850 000 молекулярным стандартам (по состоянию на 24 августа 2020 г.) [32] предоставлены для облегчения идентификации химических веществ в экспериментах по тандемной масс-спектрометрии. Помимо идентификации известных молекул, он также полезен для идентификации неизвестных с использованием поиска/анализа сходства. [35] Все данные тандемной масс-спектрометрии получены в результате экспериментального анализа стандартов при нескольких энергиях столкновения и в режимах как положительной, так и отрицательной ионизации. [32]

Распространенные конфигурации и методы масс-спектрометров

Когда на практике становится общепринятой конкретная комбинация источника, анализатора и детектора, для ее краткого обозначения может возникнуть составная аббревиатура . Одним из примеров является MALDI-TOF , который относится к комбинации матричного источника лазерной десорбции/ионизации с времяпролетным масс-анализатором. Другие примеры включают масс-спектрометрию с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) , масс-спектрометрию с ускорителем (AMS) , масс-спектрометрию с термической ионизацией (TIMS) и масс-спектрометрию с искровым источником (SSMS) .

В некоторых приложениях масс-спектрометрии появились названия, которые, хотя, строго говоря, кажутся относящимися к широкому применению, на практике вместо этого стали обозначать конкретную или ограниченное количество конфигураций приборов. Примером этого является масс-спектрометрия изотопного отношения (IRMS), которая на практике означает использование ограниченного числа секторных масс-анализаторов; это имя используется для обозначения как приложения, так и инструмента, используемого для приложения.

Методы разделения в сочетании с масс-спектрометрией

Важным улучшением возможностей масс-спектрометрии по разрешению и определению массы является ее использование в тандеме с хроматографическими и другими методами разделения.

Газовая хроматография

Газовый хроматограф (справа), напрямую соединенный с масс-спектрометром (слева).

Распространенной комбинацией является газовая хроматография-масс-спектрометрия (ГХ/МС или ГХ-МС). В этом методе газовый хроматограф используется для разделения различных соединений. Этот поток разделенных соединений подается в источник ионов — металлическую нить накала , к которой подается напряжение . Эта нить испускает электроны, которые ионизируют соединения. Затем ионы могут фрагментироваться дальше, создавая предсказуемые закономерности. Неповрежденные ионы и фрагменты попадают в анализатор масс-спектрометра и в конечном итоге детектируются. [36] Однако высокие температуры (300°C), используемые в инжекционном порте ГХ-МС (и в печи), могут привести к термическому разложению введенных молекул, что приводит к измерению продуктов разложения вместо фактической молекулы(ов). представляет интерес. [37]

Жидкостная хроматография

Ученый-реставратор Музея искусств Индианаполиса выполняет жидкостную хроматографию-масс-спектрометрию

Подобно газовой хроматографии-МС (ГХ-МС), жидкостная хроматография-масс-спектрометрия (ЖХ/МС или ЖХ-МС) разделяет соединения хроматографически перед их введением в источник ионов и масс-спектрометр. Он отличается от ГХ-МС тем, что подвижной фазой является жидкость, обычно смесь воды и органических растворителей , а не газа. Чаще всего в ЖХ-МС используется источник ионизации электрораспылением . Другими популярными и коммерчески доступными источниками ионов для ЖХ-МС являются химическая ионизация при атмосферном давлении и фотоионизация при атмосферном давлении . Есть также некоторые недавно разработанные методы ионизации, такие как лазерное распыление .

Капиллярный электрофорез-масс-спектрометрия

Капиллярный электрофорез-масс-спектрометрия (КЭ-МС) — это метод, который сочетает в себе процесс разделения жидкостей капиллярного электрофореза с масс-спектрометрией. [38] CE-MS обычно сочетается с ионизацией электрораспылением. [39]

Подвижность ионов

Спектрометрия ионной подвижности-масс-спектрометрия (IMS/MS или IMMS) — это метод, при котором ионы сначала разделяются за счет времени дрейфа через нейтральный газ под приложенным градиентом электрического потенциала перед введением в масс-спектрометр. [40] Время дрейфа является мерой радиуса относительно заряда иона. Рабочий цикл IMS (время, в течение которого проводится эксперимент) длиннее, чем у большинства масс-спектрометрических методов, так что масс-спектрометр может отбирать пробы в ходе разделения IMS. Это дает данные о разделении IMS и отношении массы к заряду ионов аналогично ЖХ-МС . [41]

Рабочий цикл IMS короче по сравнению с разделением жидкостной хроматографией или газовой хроматографией, и поэтому его можно сочетать с такими методами, создавая тройные методы, такие как ЖХ/IMS/МС. [42]

Данные и анализ

Масс-спектр пептида, показывающий изотопное распределение

Представления данных

Масс-спектрометрия дает различные типы данных. Наиболее распространенным представлением данных является масс-спектр .

Определенные типы данных масс-спектрометрии лучше всего представить в виде масс-хроматограммы . Типы хроматограмм включают мониторинг выбранных ионов (SIM), общий ионный ток (TIC) и мониторинг выбранных реакций (SRM) и многие другие.

Другие типы данных масс-спектрометрии хорошо представлены в виде трехмерной контурной карты . В этой форме масса к заряду m/z откладывается по оси x , интенсивность — по оси y , а дополнительный экспериментальный параметр, такой как время, записывается по оси z .

Анализ данных

Анализ данных масс-спектрометрии зависит от типа эксперимента, в котором получены данные. Общее подразделение данных имеет основополагающее значение для понимания любых данных.

Многие масс-спектрометры работают либо в режиме отрицательных ионов , либо в режиме положительных ионов . Очень важно знать, заряжены ли наблюдаемые ионы отрицательно или положительно. Это часто важно для определения нейтральной массы, но также указывает на природу молекул.

Различные типы источников ионов приводят к получению разных массивов фрагментов из исходных молекул. Источник электронной ионизации производит множество фрагментов и в основном однозарядные (1-) радикалы (нечетное число электронов), тогда как источник электрораспыления обычно производит нерадикальные квазимолекулярные ионы, которые часто имеют многократный заряд. Тандемная масс-спектрометрия намеренно производит фрагментированные ионы после источника и может радикально изменить тип данных, получаемых в ходе эксперимента.

Знание происхождения образца может дать представление о составляющих молекул образца и их фрагментации. Образец, полученный в процессе синтеза/производства, вероятно, будет содержать примеси, химически связанные с целевым компонентом. Грубо приготовленный биологический образец, вероятно, будет содержать определенное количество соли, которая в некоторых анализах может образовывать аддукты с молекулами аналита.

Результаты также могут сильно зависеть от подготовки пробы и того, как она была проведена/введена. Важным примером является вопрос о том, какая матрица используется для нанесения MALDI, поскольку большая часть энергетики процесса десорбции/ионизации контролируется матрицей, а не мощностью лазера. Иногда в образцы добавляют натрий или другие вещества, переносящие ионы, для получения аддуктов, а не протонированных частиц.

Масс-спектрометрия позволяет измерять молярную массу, молекулярную структуру и чистоту образца. Каждый из этих вопросов требует отдельной экспериментальной процедуры; следовательно, адекватное определение цели эксперимента является предпосылкой для сбора правильных данных и их успешной интерпретации.

Интерпретация масс-спектров

Масс-спектр электронной ионизации толуола

Поскольку точная структура или пептидная последовательность молекулы расшифровывается с помощью набора масс фрагментов, интерпретация масс-спектров требует совместного использования различных методов. Обычно первой стратегией идентификации неизвестного соединения является сравнение его экспериментального масс-спектра с библиотекой масс-спектров. Если в результате поиска совпадений не получено, необходимо выполнить интерпретацию масс-спектров вручную [43] или с помощью программного обеспечения. Компьютерное моделирование процессов ионизации и фрагментации, происходящих в масс-спектрометре, является основным инструментом для определения структуры или последовательности пептида молекулы. Априорная структурная информация фрагментируется in silico , и полученная картина сравнивается с наблюдаемым спектром. Такое моделирование часто поддерживается библиотекой фрагментации [44] , которая содержит опубликованные шаблоны известных реакций разложения. Программное обеспечение , использующее эту идею, было разработано как для малых молекул, так и для белков .

Анализ масс-спектров также может проводиться по спектрам с точной массой . Значение отношения массы к заряду ( m/z ) только с целочисленной точностью может представлять огромное количество теоретически возможных ионных структур; однако более точные значения массы значительно уменьшают количество потенциальных молекулярных формул . Компьютерный алгоритм, называемый генератором формул, вычисляет все молекулярные формулы, которые теоретически соответствуют заданной массе с заданным допуском.

Недавний метод выяснения структуры в масс-спектрометрии, называемый дактилоскопией ионов-предшественников, идентифицирует отдельные фрагменты структурной информации путем проведения поиска тандемных спектров исследуемой молекулы по библиотеке спектров дочерних ионов структурно охарактеризованных ионов-предшественников. [45]

Приложения

Анализ частиц NOAA с помощью лазерной масс-спектрометрии аэрозольный масс-спектрометр на борту высотного исследовательского самолета НАСА WB-57

Масс-спектрометрия имеет как качественное , так и количественное применение. К ним относятся идентификация неизвестных соединений, определение изотопного состава элементов в молекуле и определение структуры соединения путем наблюдения за его фрагментацией. Другие области применения включают количественную оценку количества соединения в образце или изучение основ ионной химии газовой фазы (химии ионов и нейтральных веществ в вакууме). МС в настоящее время широко используется в аналитических лабораториях, изучающих физические, химические или биологические свойства самых разных соединений. Количественное определение может быть относительным (анализируется по отношению к эталонному образцу) или абсолютным (анализируется с использованием метода стандартной кривой). [46] [47]

Как аналитический метод он обладает явными преимуществами, такими как: Повышенная чувствительность по сравнению с большинством других аналитических методов, поскольку анализатор, как фильтр массового заряда, уменьшает фоновые помехи. Отличная специфичность благодаря характерным картинам фрагментации для идентификации неизвестных или подтверждения присутствия подозреваемых соединений. Информация о молекулярной массе. Информация об изотопном содержании элементов. Химические данные с временным разрешением.

Некоторыми недостатками метода является то, что он часто не позволяет различить оптические и геометрические изомеры, а также положения заместителей в о-, м- и р-положениях ароматического кольца. Кроме того, его возможности ограничены при идентификации углеводородов, которые производят аналогичные фрагментированные ионы.

Изотопное соотношение MS: датирование и отслеживание изотопов

Масс-спектрометр для определения соотношения изотопов 16 O/ 18 O и 12 C/ 13 C на биогенном карбонате.

Масс-спектрометрия также используется для определения изотопного состава элементов в образце. Различия в массе изотопов элемента очень малы, а менее распространенные изотопы элемента обычно очень редки, поэтому требуется очень чувствительный прибор. Эти инструменты, иногда называемые масс-спектрометрами изотопного соотношения (ИК-МС), обычно используют один магнит для отклонения пучка ионизированных частиц к ряду чашек Фарадея , которые преобразуют удары частиц в электрический ток . Быстрый онлайн-анализ содержания дейтерия в воде можно выполнить с помощью проточной масс-спектрометрии послесвечения , FA-MS. Вероятно, наиболее чувствительным и точным масс-спектрометром для этой цели является ускорительный масс-спектрометр (АМС). Это связано с тем, что он обеспечивает максимальную чувствительность, позволяя измерять отдельные атомы и нуклиды с динамическим диапазоном ~ 10 15 относительно основного стабильного изотопа. [48] ​​Соотношения изотопов являются важными маркерами различных процессов. Некоторые соотношения изотопов используются для определения возраста материалов, например, при радиоуглеродном датировании . Мечение стабильными изотопами также используется для количественного определения белка. (см. характеристику белка ниже)

Масс-спектрометрия с мембранным введением: измерение газов в растворе

Масс-спектрометрия с мембранным введением сочетает соотношение изотопов MS с реакционной камерой/ячейкой, разделенной газопроницаемой мембраной. Этот метод позволяет изучать газы по мере их эволюции в растворе. Этот метод широко использовался для изучения производства кислорода Фотосистемой II . [49]

Анализ газовых примесей

В нескольких методах используются ионы, создаваемые в специальном источнике ионов, вводимые в расходомерную трубку или дрейфовую трубку: проточная трубка с выбранными ионами (SIFT-MS) и реакция переноса протона (PTR-MS) являются вариантами химической ионизации , предназначенными для анализа газовых примесей . воздуха, дыхания или свободного пространства жидкости с использованием четко определенного времени реакции, что позволяет рассчитывать концентрации аналитов на основе известной кинетики реакции без необходимости использования внутреннего стандарта или калибровки.

Еще одним методом, применимым в области анализа газовых примесей, является вторичная ионизация электрораспылением (SESI-MS), которая является вариантом ионизации электрораспылением . SESI состоит из шлейфа электрораспыления чистого подкисленного растворителя, который взаимодействует с нейтральными парами. Молекулы пара ионизируются при атмосферном давлении, когда заряд передается от ионов, образующихся при электрораспылении, к молекулам. Одним из преимуществ этого подхода является то, что он совместим с большинством систем ESI-MS. [50] [51]

Анализ остаточного газа

Анализатор остаточных газов, установленный на сублимационной сушилке лабораторного масштаба

Анализатор остаточных газов (RGA) — это небольшой и обычно прочный масс-спектрометр , обычно предназначенный для управления технологическими процессами и мониторинга загрязнений в вакуумных системах . При построении квадрупольного масс-анализатора существует две реализации: либо открытый источник ионов (OIS), либо закрытый источник ионов (CIS). RGA можно найти в приложениях с высоким вакуумом , таких как исследовательские камеры, установки для изучения поверхности , ускорители , сканирующие микроскопы и т. д. RGA используются в большинстве случаев для контроля качества вакуума и легкого обнаружения мельчайших следов примесей в газе низкого давления. среда. Эти примеси можно измерять вплоть до уровней Торра , обеспечивая обнаружение на уровне менее ppm при отсутствии фоновых помех.

RGA также будут использоваться в качестве чувствительных детекторов утечек на месте , обычно с использованием гелия , изопропилового спирта или других индикаторных молекул. При откачке вакуумных систем до уровня ниже Торра (проверка целостности вакуумных уплотнений и качества вакуума) утечки воздуха, виртуальные утечки и другие загрязнения на низких уровнях могут быть обнаружены до начала процесса.

Атомный зонд

Атомный зонд — это инструмент, который сочетает в себе времяпролетную масс-спектрометрию и полево-испарительную микроскопию для картирования местоположения отдельных атомов.

Фармакокинетика

Фармакокинетику часто изучают с помощью масс-спектрометрии из-за сложной природы матрицы (часто крови или мочи) и необходимости высокой чувствительности для наблюдения за данными о низких дозах и длительных временных точках. Наиболее распространенным прибором, используемым в этом приложении, является ЖХ-МС с тройным квадрупольным масс-спектрометром . Для большей специфичности обычно используется тандемная масс-спектрометрия. Стандартные кривые и внутренние стандарты обычно используются для количественного определения одного фармацевтического препарата в образцах. Образцы представляют разные моменты времени, когда фармацевтический препарат вводится, а затем метаболизируется или выводится из организма. Пустые образцы или пробы с t=0, взятые перед введением, важны для определения фона и обеспечения целостности данных при таких сложных матрицах образцов. Большое внимание уделяется линейности стандартной кривой; однако нередко используется аппроксимация кривой более сложными функциями, такими как квадратичные, поскольку отклик большинства масс-спектрометров менее чем линейный в больших диапазонах концентраций. [52] [53] [54]

В настоящее время существует значительный интерес к использованию масс-спектрометрии очень высокой чувствительности для исследований микродозирования , которые рассматриваются как многообещающая альтернатива экспериментам на животных .

Недавние исследования показывают, что вторичная ионизация электрораспылением (SESI) является мощным методом мониторинга кинетики лекарств с помощью анализа дыхания. [55] [56] Поскольку дыхание производится естественным путем, можно легко собрать несколько точек данных. Это позволяет значительно увеличить количество собираемых точек данных. [57] В исследованиях на животных этот подход SESI может снизить количество жертвоприношений животных. [56] У людей неинвазивный анализ дыхания SESI-MS может помочь изучить кинетику лекарств на индивидуальном уровне. [55] [58] [59]

Характеристика белка

Масс-спектрометрия — важный метод характеристики и секвенирования белков. Двумя основными методами ионизации целых белков являются ионизация электрораспылением (ESI) и лазерная десорбция/ионизация с помощью матрицы (MALDI). В соответствии с характеристиками и массовым диапазоном доступных масс-спектрометров для характеристики белков используются два подхода. В первом случае интактные белки ионизируются любым из двух описанных выше методов, а затем вводятся в масс-анализатор. Этот подход называется стратегией анализа белков « сверху вниз ». Однако подход «сверху вниз» в значительной степени ограничен исследованиями одного белка с низкой пропускной способностью. Во втором случае белки ферментативно расщепляются на более мелкие пептиды с использованием протеаз , таких как трипсин или пепсин , либо в растворе , либо в геле после электрофоретического разделения. Также используются другие протеолитические агенты. Сбор пептидных продуктов часто разделяют с помощью хроматографии перед введением в масс-анализатор. Когда для идентификации белка используется характерный образец пептидов, этот метод называется пептидным массовым фингерпринтингом (PMF), если идентификация выполняется с использованием данных последовательности, определенных в тандемном MS- анализе, это называется секвенированием пептидов de novo . Эти процедуры анализа белков также называются подходом « снизу вверх » и также используются для анализа распределения и положения посттрансляционных модификаций, таких как фосфорилирование белков. [60] Третий подход также начинает использоваться, этот промежуточный подход «среднего вниз» включает анализ протеолитических пептидов, которые больше, чем типичный триптический пептид. [61]

Исследование космического пространства

Марсоход НАСА «Феникс » анализирует образец почвы из траншеи «Розовый красный» с помощью масс-спектрометра TEGA .

В качестве стандартного метода анализа масс-спектрометры достигли других планет и лун. Двое были доставлены на Марс по программе «Викинг» . В начале 2005 года миссия Кассини-Гюйгенс доставила специализированный прибор ГХ-МС на борт зонда Гюйгенс через атмосферу Титана , крупнейшего спутника планеты Сатурн . Этот прибор анализировал образцы атмосферы на траектории спуска и смог испарять и анализировать образцы замороженной, покрытой углеводородами поверхности Титана после приземления зонда. Эти измерения сравнивают содержание изотопов каждой частицы с естественным содержанием на Земле. [62] Также на борту космического корабля «Кассини-Гюйгенс» находился ионный и нейтральный масс-спектрометр, который проводил измерения состава атмосферы Титана, а также состава шлейфов Энцелада . Масс -спектрометр для анализа термических и выделяющихся газов был установлен на посадочном модуле Mars Phoenix Lander , запущенном в 2007 году. [63]

Масс-спектрометры также широко используются в космических миссиях для измерения состава плазмы. Например, на космическом корабле Кассини был установлен плазменный спектрометр Кассини (CAPS) [64] , который измерял массу ионов в магнитосфере Сатурна .

Монитор дыхательных газов

Масс-спектрометры использовались в больницах для анализа дыхательных газов примерно с 1975 года до конца века. Некоторые из них, вероятно, все еще используются, но в настоящее время ни один из них не производится. [65]

Находясь в основном в операционной , они были частью сложной системы, в которой пробы вдыхаемого газа пациентов, находящихся под анестезией , втягивались в прибор через клапанный механизм, предназначенный для последовательного подключения к масс-спектрометру до 32 помещений. Компьютер управлял всеми операциями системы. Данные, собранные с помощью масс-спектрометра, доставлялись в отдельные кабинеты для использования анестезиологом.

Уникальность этого магнитно-секторного масс-спектрометра, возможно, заключалась в том, что плоскость детекторов, каждый из которых специально расположен для сбора всех видов ионов, которые, как ожидается, будут в образцах, позволяла прибору одновременно регистрировать все газы, вдыхаемые пациентом. . Хотя диапазон масс был ограничен чуть более 120 единиц , фрагментация некоторых более тяжелых молекул сводила на нет необходимость в более высоком пределе обнаружения. [66]

Препаративная масс-спектрометрия

Основная функция масс-спектрометрии — инструмент химического анализа, основанный на обнаружении и количественном определении ионов в соответствии с их отношением массы к заряду. Однако масс-спектрометрия также перспективна для синтеза материалов. [48] ​​Мягкая посадка ионов характеризуется осаждением неповрежденных частиц на поверхности при низких кинетических энергиях, что исключает фрагментацию падающих частиц. [67] Впервые о методе мягкой посадки было сообщено в 1977 году для реакции низкоэнергетических серосодержащих ионов на поверхности свинца. [68]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abc Спаркман, О. Дэвид (2000). Справочник по столу масс-спектрометрии . Питтсбург: паб Global View. ISBN 978-0-9660813-2-9.
  2. ^ «Определение спектрографа [ постоянная мертвая ссылка ] ». Мерриам Вебстер. По состоянию на 13 июня 2008 г.
  3. ^ Даунард К. (2004). Масс-спектрометрия — базовый курс . Королевское химическое общество. дои : 10.1039/9781847551306. ISBN 978-0-85404-609-6.
  4. ^ Сквайрс Дж. (1998). «Фрэнсис Астон и масс-спектрограф». Далтон Транзакции (23): 3893–3900. дои : 10.1039/a804629h.
  5. ^ Даунард К.М. (2007). «Исторический отчет: Фрэнсис Уильям Астон: человек, стоящий за масс-спектрографом». Европейский журнал масс-спектрометрии . 13 (3): 177–90. дои : 10.1255/ejms.878. PMID  17881785. S2CID  25747367.
  6. ^ Томсон Дж. Дж. (1913). Лучи положительного электричества и их применение в химическом анализе. Лондон: Longman's Green and Company.
  7. ^ Сири В. (1947). «Масс-спектроскоп для анализа в маломассовом диапазоне». Обзор научных инструментов . 18 (8): 540–545. Бибкод : 1947RScI...18..540S. дои : 10.1063/1.1740998.
  8. ^ Прайс P (август 1991 г.). «Стандартные определения терминов, относящихся к масс-спектрометрии: отчет комитета по измерениям и стандартам Американского общества масс-спектрометрии». Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 2 (4): 336–48. дои : 10.1016/1044-0305(91)80025-3. PMID  24242353. S2CID  20236081.
  9. ^ Паркинс МЫ (2005). «Урановая бомба, калютрон и проблема пространственного заряда». Физика сегодня . 58 (5): 45–51. Бибкод : 2005PhT....58e..45P. CiteSeerX 10.1.1.579.4119 . дои : 10.1063/1.1995747. ISSN  0031-9228. 
  10. ^ «Нобелевская премия по химии 2002 г.: Информация для общественности». Нобелевский фонд. 9 октября 2002 года . Проверено 29 августа 2007 г.
  11. ^ Фенн Дж.Б., Манн М., Мэн К.К., Вонг С.Ф., Уайтхаус CM (октябрь 1989 г.). «Ионизация электрораспылением для масс-спектрометрии крупных биомолекул». Наука . 246 (4926): 64–71. Бибкод : 1989Sci...246...64F. CiteSeerX 10.1.1.522.9458 . дои : 10.1126/science.2675315. ПМИД  2675315. 
  12. ^ Танака К., Ваки Х., Идо Ю., Акита С., Ёсида Й., Ёсида Т. (1988). «Анализ белков и полимеров до m/z 100 000 с помощью времяпролетной масс-спектрометрии с лазерной ионизацией». Масс-спектр быстрой коммуны . 2 (20): 151–3. Бибкод : 1988RCMS....2..151T. дои : 10.1002/rcm.1290020802.
  13. ^ Карас М., Бахман Д., Бахр У., Хилленкамп Ф. (1987). «Матричная ультрафиолетовая лазерная десорбция нелетучих соединений». Int J Масс-спектральный ионный процесс . 78 : 53–68. Бибкод : 1987IJMSI..78...53K. дои : 10.1016/0168-1176(87)87041-6.
  14. ^ Осборн Д.Л., Зоу П., Джонсен Х., Хайден CC, Таатжес Калифорния, Князев В.Д., North SW, Петерка Д.С., Ахмед М., Леоне С.Р. (октябрь 2008 г.). «Мультиплексный химико-кинетический фотоионизационный масс-спектрометр: новый подход к химической кинетике с разрешением изомеров». Обзор научных инструментов (представленная рукопись). 79 (10): 104103–104103–10. Бибкод : 2008RScI...79j4103O. дои : 10.1063/1.3000004. PMID  19044733. S2CID  25452748.
  15. ^ Брюинз, AP (1991). «Масс-спектрометрия с источниками ионов, работающими при атмосферном давлении». Обзоры масс-спектрометрии . 10 (1): 53–77. Бибкод : 1991MSRv...10...53B. дои : 10.1002/mas.1280100104.
  16. ^ Коттрелл Дж.С., Грейтхед Р.Дж. (1986). «Расширение диапазона масс секторного масс-спектрометра». Обзоры масс-спектрометрии . 5 (3): 215–247. Бибкод : 1986MSRv....5..215C. дои : 10.1002/mas.1280050302.
  17. ^ Если ионы не начинаются с одинаковой кинетической энергией, то некоторые ионы могут отставать от ионов с более высокой кинетической энергией, что снижает разрешение. Для решения этой проблемы обычно используются геометрии рефлектрона. Воллник, Х. (1993). «Времяпролетные масс-анализаторы». Обзоры масс-спектрометрии . 12 (2): 89–114. Бибкод : 1993MSRv...12...89W. дои : 10.1002/mas.1280120202.
  18. ^ Гильхаус М (1998). «Принципы и приборы времяпролетной масс-спектрометрии» (PDF) . Журнал масс-спектрометрии . 30 (11): 1519–1532. дои : 10.1002/jms.1190301102. S2CID  9444467. Архивировано из оригинала (PDF) 6 февраля 2018 г. - через Google Scholar.
  19. ^ Сайед С.У., Махер С., Тейлор С. (декабрь 2013 г.). «Работа квадрупольного массового фильтра под воздействием магнитного поля». Журнал масс-спектрометрии . 48 (12): 1325–39. Бибкод : 2013JMSp...48.1325S. дои : 10.1002/jms.3293. ПМИД  24338888.
  20. ^ Махер С., Сайед С.У., Хьюз Д.М., Гибсон-младший, Тейлор С. (август 2013 г.). «Построение диаграммы стабильности квадрупольного масс-спектрометра с приложенным статическим поперечным магнитным полем». Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 24 (8): 1307–14. Бибкод : 2013JASMS..24.1307M. дои : 10.1007/s13361-013-0654-5. PMID  23720050. S2CID  45734248.
  21. ^ Пол В., Штайнведель Х (1953). «Ein neues Massenspektrometer ohne Magnetfeld». Zeitschrift für Naturforschung A. 8 (7): 448–450. Бибкод : 1953ZNatA...8..448P. дои : 10.1515/zna-1953-0710 . S2CID  96549388.
  22. ^ Март RE (2000). «Масс-спектрометрия с квадрупольной ионной ловушкой: взгляд на рубеже веков». Международный журнал масс-спектрометрии . 200 (1–3): 285–312. Бибкод : 2000IJMSp.200..285M. дои : 10.1016/S1387-3806(00)00345-6.
  23. ^ Шварц Дж.К., Сенко М.В., Сика Дж.Е. (июнь 2002 г.). «Двумерный масс-спектрометр с квадрупольной ионной ловушкой». Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 13 (6): 659–69. дои : 10.1016/S1044-0305(02)00384-7. PMID  12056566. S2CID  26965687.
  24. ^ Ламмерт С.А., Роквуд А.А., Ван М., Ли М.Л., Ли ЭД, Толли С.Э., Олифант-младший, Джонс Дж.Л., Уэйт Р.В. (июль 2006 г.). «Миниатюрный масс-анализатор с тороидальной радиочастотной ионной ловушкой». Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 17 (7): 916–922. дои : 10.1016/j.jasms.2006.02.009. PMID  16697659. S2CID  45444397.
  25. ^ Снайдер Д.Т., Пуллиам С.Дж., Оуян З., Кукс Р.Г. (январь 2016 г.). «Миниатюрные и полевые масс-спектрометры: последние достижения». Аналитическая химия . 88 (1): 2–29. doi : 10.1021/acs.analchem.5b03070. ПМК 5364034 . ПМИД  26422665. 
  26. ^ Ху Кью, Нолл Р.Дж., Ли Х., Макаров А., Хардман М., Грэм Кукс Р. (апрель 2005 г.). «Орбитрап: новый масс-спектрометр». Журнал масс-спектрометрии . 40 (4): 430–43. Бибкод : 2005JMSp...40..430H. дои : 10.1002/jms.856. ПМИД  15838939.
  27. ^ Comisarow MB, Marshall AG (1974). «Спектроскопия ионного циклотронного резонанса с Фурье-преобразованием». Письма по химической физике . 25 (2): 282–283. Бибкод : 1974CPL....25..282C. дои : 10.1016/0009-2614(74)89137-2.
  28. ^ Маршалл А.Г., Хендриксон К.Л., Джексон Г.С. (1998). «Масс-спектрометрия ионно-циклотронного резонанса с Фурье-преобразованием: учебник для начинающих». Обзоры масс-спектрометрии . 17 (1): 1–35. Бибкод : 1998MSRv...17....1M. doi :10.1002/(SICI)1098-2787(1998)17:1<1::AID-MAS1>3.0.CO;2-K. ПМИД  9768511.
  29. ^ Дюбуа Ф., Кнохенмусс Р., Зеноби Р., Брюнель А., Депрун С., Ле Бейек Ю. (1999). «Сравнение ионно-фотонных и микроканальных пластинчатых детекторов». Быстрая связь в масс-спектрометрии . 13 (9): 786–791. Бибкод : 1999RCMS...13..786D. doi :10.1002/(SICI)1097-0231(19990515)13:9<786::AID-RCM566>3.0.CO;2-3.
  30. ^ Парк Массачусетс, Каллахан Дж. Х., Вертес А. (1994). «Индуктивный детектор для времяпролетной масс-спектрометрии». Быстрая связь в масс-спектрометрии . 8 (4): 317–322. Бибкод : 1994RCMS....8..317P. дои : 10.1002/rcm.1290080407.
  31. ^ Бойд, Роберт К. (1994). «Методы связанного сканирования для МС/МС с использованием тандемных приборов в космосе». Обзоры масс-спектрометрии . 13 (5–6): 359–410. Бибкод : 1994MSRv...13..359B. дои : 10.1002/mas.1280130502.
  32. ^ abc Сюэ Дж., Гихас С., Бентон Х.П., Варт Б., Сиуздак Г. (октябрь 2020 г.). «База данных молекулярных стандартов METLIN MS2: обширный химический и биологический ресурс». Природные методы . 17 (10): 953–954. дои : 10.1038/s41592-020-0942-5. ПМК 8802982 . PMID  32839599. S2CID  221285246. 
  33. ^ Смит Калифорния, О'Мэйл Дж., Вант Э.Дж., Цинь С., Траугер С.А., Брэндон Т.Р., Кастодио Д.Э., Абагян Р., Сиуздак Г. (декабрь 2005 г.). «МЕТЛИН: база данных масс-спектров метаболитов». Терапевтический лекарственный мониторинг . 27 (6): 747–51. дои : 10.1097/01.ftd.0000179845.53213.39. PMID  16404815. S2CID  14774455.
  34. ↑ Гияс С, Монтенегро-Берк-младший, Доминго-Альменара X, Палермо А, Варт Б, Герман Г, Келленспергер Г, Хуан Т, Уритбунтхай В, Айспорна А.Е., Волан Д.В., Спилкер М.Э., Бентон Х.П., Сюздак Г. (март 2018 г.) . «МЕТЛИН: технологическая платформа для идентификации известных и неизвестных». Аналитическая химия . 90 (5): 3156–3164. doi : 10.1021/acs.analchem.7b04424. ПМЦ 5933435 . ПМИД  29381867. 
  35. ^ Бентон Х.П., Вонг Д.М., Траугер С.А., Сиуздак Г. (август 2008 г.). «XCMS2: обработка данных тандемной масс-спектрометрии для идентификации метаболитов и структурной характеристики». Аналитическая химия . 80 (16): 6382–9. дои : 10.1021/ac800795f. ПМК 2728033 . ПМИД  18627180. 
  36. ^ Айсман, Джорджия (2000). Газовая хроматография. В Р. А. Мейерсе (ред.), Энциклопедия аналитической химии: приложения, теория и приборы , стр. 10627. Чичестер: Wiley. ISBN 0-471-97670-9 
  37. ^ Фанг М., Иванишевич Дж., Бентон Х.П., Джонсон CH, Патти Дж.Дж., Хоанг Л.Т., Уритбунтхай В., Курчи М.Э., Сюздак Г. (ноябрь 2015 г.). «Термическая деградация малых молекул: глобальное метаболомное исследование». Аналитическая химия . 87 (21): 10935–41. doi : 10.1021/acs.analchem.5b03003. ПМЦ 4633772 . ПМИД  26434689. 
  38. ^ Лу Дж.А., Удсет Х.Р., Смит Р.Д. (июнь 1989 г.). «Анализ пептидов и белков методами ионизации-масс-спектрометрии электрораспылением и масс-спектрометрии капиллярного электрофореза». Аналитическая биохимия . 179 (2): 404–12. дои : 10.1016/0003-2697(89)90153-X. ПМИД  2774189.
  39. ^ Максвелл Э.Дж., Чен Д.Д. (октябрь 2008 г.). «Двадцать лет разработки интерфейса для капиллярного электрофореза, ионизации электрораспылением и масс-спектрометрии». Аналитика Химика Акта . 627 (1): 25–33. Бибкод : 2008AcAC..627...25M. дои : 10.1016/j.aca.2008.06.034. ПМИД  18790125.
  40. ^ Вербек Г.Ф., Руотоло Б.Т., Сойер Х.А., Гиллиг К.Дж., Рассел Д.Х. (июнь 2002 г.). «Фундаментальное введение в масс-спектрометрию ионной подвижности применительно к анализу биомолекул». Журнал биомолекулярных методов . 13 (2): 56–61. ПМК 2279851 . ПМИД  19498967. 
  41. ^ Мац Л.М., Эсбери Г.Р., Хилл Х.Х. (2002). «Двумерное разделение с ионизацией электрораспылением при атмосферном давлении, спектрометрия подвижности ионов высокого разрешения / квадрупольная масс-спектрометрия». Быстрая связь в масс-спектрометрии . 16 (7): 670–5. Бибкод : 2002RCMS...16..670M. дои : 10.1002/rcm.623. ПМИД  11921245.
  42. ^ Соуэлл Р.А., Кенигер С.Л., Валентайн С.Дж., Мун М.Х., Клеммер Д.Е. (сентябрь 2004 г.). «Nanoflow LC/IMS-MS и LC/IMS-CID/MS белковых смесей». Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 15 (9): 1341–53. дои : 10.1016/j.jasms.2004.06.014. PMID  15337515. S2CID  11531292.
  43. ^ Туречек Ф., Маклафферти Ф.В. (1993). Интерпретация масс-спектров. Саусалито: Университетские научные книги. ISBN 978-0-935702-25-5.
  44. ^ Мистрик Р. «Новая концепция интерпретации масс-спектров, основанная на сочетании базы данных о механизмах фрагментации и компьютерной экспертной системы». Highchem.com . Архивировано из оригинала 11 января 2012 года.
  45. ^ Шелдон М.Т., Мистрик Р., Кроли Т.Р. (март 2009 г.). «Определение ионной структуры в структурно родственных соединениях с использованием дактилоскопии ионов-предшественников». Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 20 (3): 370–6. дои : 10.1016/j.jasms.2008.10.017 . ПМИД  19041260.
  46. ^ Метаболон (06 января 2022 г.). «Решения по преодолению ограничений масс-спектрометрии». Метаболон . Проверено 27 октября 2022 г.
  47. ^ Чжоу Б, Сяо Дж. Ф., Тули Л., Рессом Х.В. (2012). «Метаболомика на основе ЖХ-МС». Мол. БиоСист . 8 (2): 470–481. дои : 10.1039/c1mb05350g. ISSN  1742-206X. ПМЦ 3699692 . ПМИД  22041788. 
  48. ^ аб Махер С., Джунджу Ф.П., Тейлор С. (2015). «100 лет масс-спектрометрии: перспективы и будущие тенденции». Преподобный Мод. Физ . 87 (1): 113–135. Бибкод :2015РвМП...87..113М. doi : 10.1103/RevModPhys.87.113.
  49. ^ Шевела Д., Мессингер Дж. (ноябрь 2013 г.). «Изучение окисления воды до молекулярного кислорода в фотосинтетических и искусственных системах методом мембранно-входной масс-спектрометрии с временным разрешением». Границы в науке о растениях . 4 : 473. doi : 10.3389/fpls.2013.00473 . ПМЦ 3840314 . ПМИД  24324477. 
  50. ^ Ли X, Хуан Л, Чжу Х, Чжоу Z (февраль 2017 г.). «Прямой анализ дыхания человека с помощью вторичной масс-спектрометрии сверхвысокого разрешения с ионизацией наноэлектроспреем: важность высокого разрешения по массе и точности массы». Быстрая связь в масс-спектрометрии . 31 (3): 301–308. Бибкод : 2017RCMS...31..301L. дои : 10.1002/rcm.7794. ПМИД  27859758.
  51. ^ Барриос-Кольядо С., Видаль-де-Мигель Г., Мартинес-Лозано Синуэс П. (февраль 2016 г.). «Численное моделирование и экспериментальное обоснование универсального вторичного источника ионизации электрораспылением для масс-спектрометрического анализа газов в режиме реального времени». Датчики и исполнительные механизмы B: Химические вещества . 223 : 217–225. дои : 10.1016/j.snb.2015.09.073 . hdl : 20.500.11850/105470 .
  52. ^ Се Ю, Корфмахер В.А. (июнь 2006 г.). «Повышение скорости и производительности при использовании систем ВЭЖХ-МС/МС для метаболизма лекарств и фармакокинетического скрининга». Современный метаболизм лекарств . 7 (5): 479–89. дои : 10.2174/138920006777697963. PMID  16787157. S2CID  13612670.
  53. ^ Кови Т.Р., Ли ЭД, Хенион Дж.Д. (октябрь 1986 г.). «Высокоскоростная жидкостная хроматография/тандемная масс-спектрометрия для определения лекарственных средств в биологических образцах». Аналитическая химия . 58 (12): 2453–60. дои : 10.1021/ac00125a022. ПМИД  3789400.
  54. ^ Кови Т.Р., Кроутер Дж.Б., Дьюи Э.А., Хенион Дж.Д. (февраль 1985 г.). «Термоспрей-жидкостная хроматография/масс-спектрометрическое определение лекарственных средств и их метаболитов в биологических жидкостях». Аналитическая химия . 57 (2): 474–81. дои : 10.1021/ac50001a036. ПМИД  3977076.
  55. ^ ab Гамез Г, Чжу Л, Диско А, Чен Х, Азов В, Чингин К, Кремер Г, Зеноби Р (май 2011 г.). «Мониторинг in vivo в режиме реального времени и фармакокинетика вальпроевой кислоты с помощью нового биомаркера в выдыхаемом воздухе». Химические коммуникации . 47 (17): 4884–6. дои : 10.1039/c1cc10343a. ПМИД  21373707.
  56. ^ ab Ли X, Мартинес-Лозано Синуэс П., Даллманн Р., Бреги Л., Холлмен М., Пру С., Браун С.А., Детмар М., Колер М., Зеноби Р. (июнь 2015 г.). «Фармакокинетика лекарственного средства, определенная с помощью анализа дыхания мыши в реальном времени». Ангеванде Хеми . 54 (27): 7815–8. дои : 10.1002/anie.201503312. hdl : 20.500.11850/102558 . ПМИД  26015026.
  57. ^ Гаугг М.Т., Энглер А., Нуссбаумер-Охснер Ю., Бреги Л., Штёберл А.С., Гайсл Т., Брудерер Т., Зеноби Р., Колер М., Мартинес-Лозано Синуэс П. (сентябрь 2017 г.). «Метаболические эффекты ингаляционного сальбутамола, определяемые анализом выдыхаемого воздуха». Журнал исследований дыхания . 11 (4): 046004. Бибкод : 2017JBR....11d6004G. дои : 10.1088/1752-7163/aa7caa . hdl : 20.500.11850/220016 . ПМИД  28901297.
  58. ^ Мартинес-Лозано Синуэс П., Колер М., Браун С.А., Зеноби Р., Даллманн Р. (февраль 2017 г.). «Измерение циркадных изменений метаболизма кетамина с помощью анализа дыхания в реальном времени». Химические коммуникации . 53 (14): 2264–2267. дои : 10.1039/C6CC09061C. ПМИД  28150005.
  59. ^ Техеро Риосерас А., Сингх К.Д., Новак Н., Гаугг М.Т., Брудерер Т., Зеноби Р., Синуес П.М. (июнь 2018 г.). «Мониторинг метаболитов трикарбоновой кислоты в выдыхаемом воздухе в режиме реального времени». Аналитическая химия . 90 (11): 6453–6460. doi : 10.1021/acs.analchem.7b04600. ПМИД  29767961.
  60. ^ Феррис С., Перкинс С., Браунридж П.Дж., Кэмпбелл А., Эйерс П.А., Джонс А.Р., Эйерс CE (сентябрь 2017 г.). «Оценка параметров для уверенной локализации сайта фосфорилирования с использованием трибридного масс-спектрометра Orbitrap Fusion». Журнал исследований протеома . 16 (9): 3448–3459. doi : 10.1021/acs.jproteome.7b00337 . ПМИД  28741359.
  61. ^ Хаит БТ (2011). «Масс-спектрометрия в постгеномную эпоху». Ежегодный обзор биохимии . 80 : 239–46. doi : 10.1146/annurev-biochem-110810-095744. PMID  21675917. S2CID  2676180. – через Ежегодные обзоры (требуется подписка)
  62. ^ Петри С., Бёме Д.К. (2007). «Ионы в космосе». Обзоры масс-спектрометрии . 26 (2): 258–80. Бибкод : 2007MSRv...26..258P. дои : 10.1002/mas.20114. ПМИД  17111346.
  63. ^ Хоффман Дж. Х., Чейни Р. К., Хаммак Х (октябрь 2008 г.). «Миссия Феникс-Марс - анализатор термических выделенных газов». Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 19 (10): 1377–83. дои : 10.1016/j.jasms.2008.07.015 . ПМИД  18715800.
  64. ^ "Плазменный спектрометр Кассини" . Юго-Западный научно-исследовательский институт . Архивировано из оригинала 08.10.2018 . Проверено 4 января 2008 г.
  65. ^ Райкер Дж.Б., Хаберман Б. (1976). «Мониторинг выдыхаемых газов методом масс-спектрометрии в отделении интенсивной терапии респираторных заболеваний». Медицина критических состояний . 4 (5): 223–9. дои : 10.1097/00003246-197609000-00002. PMID  975846. S2CID  6334599.
  66. ^ Готард JW, Баст CM, Брантуэйт MA, Дэвис Нью-Джерси, Денисон DM (сентябрь 1980 г.). «Применение респираторной масс-спектрометрии в интенсивной терапии». Анестезия . 35 (9): 890–5. дои : 10.1111/j.1365-2044.1980.tb03950.x . PMID  6778243. S2CID  41696370.
  67. ^ Вербек Г., Хоффманн В., Уолтон Б. (октябрь 2012 г.). «Препаративная масс-спектрометрия с мягкой посадкой». Аналитик . 137 (19): 4393–407. Бибкод : 2012Ана...137.4393В. дои : 10.1039/C2AN35550G. ПМИД  22900257.
  68. ^ Франкетти В., Солка Б.Х., Байтингер В.Е., Эми Дж.В., Кукс Р.Г. (1977). «Мягкая посадка ионов как средство модификации поверхности». Масс-спектр. Ионная физика . 23 (1): 29–35. Бибкод : 1977IJMSI..23...29F. дои : 10.1016/0020-7381(77)80004-1.

Библиография

Внешние ссылки

В Wikibooks есть дополнительная информация по теме: Масс-спектрометрия.
Викискладе есть медиафайлы, связанные с масс-спектрометрией.
Поищите информацию о масс-спектрометрии в Викисловаре, бесплатном словаре.