طیف سنجی جرمی Mass Spectroscopy

طیف سنجی جرمی (MS) به عنوان کوچکترین مقیاس در جهان توصیف شده است، نه به دلیل اندازه آن نسبت به وزن یک مولکول بلکه یک تکنیک ریز تحلیلی که می تواند به طور انتخابی برای تشخیص و تعیین مقدار یک آنالیت مورد استفاده قرار گیرد.

دستگاه های  MS در واقع  طیف سنج های جرمی هستند و داده های آن  طیف جرمی نامیده می شوند که می توانند به روش های مختلف نمایش داده شوند که به راحتی اطلاعات مورد نظر را در مورد آنالیت استخراج می کند.

بطور کلی کاربرد MS تشکیل یون از یک نمونه، جدا کردن یون ها بر اساس نسبت m/z آنها وسپس اندازه گیری فراوانی و تعداد یون ها است. در دستگاهای  MS مدرن که در تجزیه و تحلیل نمونه های محیطی استفاده می شود، مولکول های گازی در منبع یونی یونیزه می شوند تا یون  تشکیل دهند و یون ها فرگمنت ها یا یون مولکول را تشکیل می دهد سپس براساس نسبت مقادیر m/z یکی یکی از تحلیلگر جرم عبور می کنند تا به آشکارساز برسند.

طیف سنجی جرمی

زمانی که یون ها به آشکارساز می رسند ، آنها به یک سیگنال الکتریکی تبدیل و یک پاسخ دیجیتالی که می تواند توسط کامپیوتر ذخیره شود.

با توجه به این‌ موضوع که  یون‌های تولید شده در یونیزاسیون بسیار واکنش‌پذیر هستند و عمر بسیار کمی دارند، تشکیل و کنترل آن‌ها باید در محیط خلا انجام بگیرد. پمپ خلاء، خلاء را در داخل MS  را تا حدود  760 میلی لیتر جیوه حفظ می کند این خلا بسیار بالا در دستگاه کمک میکند که یون ها در مسیر خود به سمت تحلیلگر جرمی و دتکتور با هیچ ماده و مولکولی برخورد نکنند. یون ها با مقادیر متفاوت  m/z جدا شده و برای بدست آوردن طیف جرمی شناسایی می شوند.

هر دستگاه طیف سنج جرمی از سه قسمت زیر تشکیل شده است:

• منبع یونیزاسیون
• تحلیلگرجرمی
• آشکارساز

طیف سنجی جرمی Mass Spectroscopy

روش های یونیزاسیون

منبع یون وسیله مکانیکی است که اجازه می دهد یونیزاسیون رخ دهد. روش های مختلف یونیزاسیون با یونیزه کردن یک مولکول خنثی از طریق پرتاب الکترون، جذب الکترون، پروتوناسیون protonation ، کاتیونی شدن cationization ، یا پروتون زدایی، یا با انتقال یک مولکول باردار از متراکم شده فاز به فاز گاز است. پروتوناسیون روشی برای یونیزاسیون است که به وسیله آن یک پروتون به یک مولکول اضافه می شود و یک بار مثبت خالص 1+ برای هر پروتون اضافه شده. هزینه‌های مثبت بیشتر بیشتر می‌شوند باقی مانده های اساسی مولکول، مانند آمین ها، برای تشکیل کاتیون های پایدار. پپتیدها اغلب هستند از طریق پروتوناسیون یونیزه می شود. پرونیشن را می توان از طریق MALDI، ESI و APCI به دست آورد.

پروتون زدایی یک روش یونیزاسیون است که به وسیله آن بار منفی خالص 1- از طریق حذف یک پروتون از یک مولکول حاصل می شود.

این مکانیسم یونی شدن، معمولا به دست آمده از طریق MALDI، ESI، و APCI برای گونه های اسیدی از جمله فنل ها بسیار مفید است. اسیدهای کربوکسیلیک و اسیدهای سولفونیک

کاتیونیزه شدن روشی برای یونیزاسیون است که یک کمپلکس باردار به صورت غیر کووالانسی تولید می کند

افزودن یک یون با بار مثبت به یک مولکول خنثی در حالی که پروتوناسیون ممکن است تحت تأثیر قرار گیرد

با همین تعریف، کاتیونیزه شدن به دلیل افزودن یک ترکیب اضافی کاتیونی غیر از a متمایز است پروتون (به عنوان مثال قلیایی، آمونیوم). علاوه بر این، مشخص شده است که برای مولکول های ناپایدار مفید است به پروتونه شدن اتصال کاتیون های غیر از پروتون به یک مولکول به طور طبیعی کمتر است کووالانسی، بنابراین، بار روی کاتیون موضعی باقی می ماند. این به حداقل می رساند جابجایی بار و تکه تکه شدن مولکول. کاتیونیزه شدن معمولاً انجام می شود از طریق MALDI، ESI و APCI به دست آمد. کربوهیدرات ها کاندیدای عالی برای این هستند مکانیسم یونیزاسیون، با Na + یک ترکیب اضافی کاتیونی مشترک

ورود نمونه (sample inlet)

مرحله ی اولیه در طیف سنج های جرمی است که  فشار اتمسفری اولیه نمونه، باید به فشار دستگاه طیف سنجی جرمی کاهش یابد. روش ورود نمونه به منبع یونش مورد نظربه نوع و پیچیدگی نمونه ها بستگی دارد. دو روش برای ورود نمونه به منبع یونش وجود دارد.

• روش ورود مستقیم: استفاده از پروب یک راه بسیار ساده برای ورود نمونه است. نمونه ابتدا روی یک پروب قرار می گیرد و سپس از طریق یک اینترلاک خلاء به ناحیه یونیزاسیون طیف سنج جرمی مستقیماً وارد می شود.

• روش تزریق: در این روش از یک ستون کپیلاری capillary column جهت ورود نمونه ها به صورت گاز یا محلول استفاده می شود. این روش تزریق،  برای مقادیر کم نمونه به طیف سنج جرمی، بدون کاهش خلاء دستگاه بسیار کارا و مفید است.

مرحله ی یونیزاسیون تبدیل مولکول های نمونه به یون در طیف سنجی جرمی مرحله ی بسیار کلیدی می باشد زیرا طیف سنجی جرمی شناسایی ترکیبات و تحلیل نتایج را براساس نسبت جرم به بار یون ها انجام می دهد. انتخاب یک روش مناسب برای این فرایند به اندازه مولکول ها، نوع نمونه و ویژگی های شیمیایی نمونه مورد نظر دارد.

روش های یونیزاسیون:

Electron ionization(ESL)

این روش یونیزاسیون برای یونیزه کردنه مولکول های بزرگ همانند مولکول های پروتئین و پتیدها بسیار مناسب است.

Matrix-Assisted laser desorbtion ( MALDI)

این روش با کمک لیزر نمونه را یونیزه میکند و عمدتا برای بیوملکول ها استفاده می شود.

Electron Impact(EI)

این روش معمولا برای ترکیبات کوچک و فرار استفاده می گردد در این روش با برخورد الکترون ها  به مولکول ها نمونه را یونیزه می کند . این روش در طیف سنجی جرمی بسیار مرسوم است.

ChemicalIonizatio(CI)

در این روش از یک گاز همانند متان یا آمونیاک برای یونیزاسیون استفاده می شود . این روش یکی از روش های پرکاربرد در یونیزاسیون در طیف سنجی جرمی می باشد زیرا یون های مولکولی کاملتری تولید می کند و

از شکستگی زیاد یون ها جلوگیری می کند.