Loading AI tools
technika analityczna w chemii Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Spektrometria mas (MS, z ang. mass spectrometry) – technika analityczna zaliczana do metod spektroskopowych, której podstawą jest pomiar stosunku masy do ładunku elektrycznego danego jonu[1].
Pierwszy spektrometr mas został zbudowany przez J.J. Thomsona w 1911 roku[2]. Współcześnie istnieje wiele odmian tej techniki, z których każda ma inne zastosowanie i wymaga stosowania aparatów o innej konstrukcji. Wszystkie te techniki są jednak oparte na jonizacji cząsteczek lub atomów, a następnie detekcji liczby jonów w funkcji ich stosunku masy do ładunku (m/z). Wyniki działania spektrometru mas są przedstawiane w postaci tzw. widma masowego[1].
Spektrometria mas służy do:
Niezależnie od konstrukcji i przeznaczenia, we wszystkich spektrometrach mas występują następujące elementy:
Działanie tradycyjnego spektrometru mas opiera się na odchylaniu strumienia jonów badanej substancji w polu magnetycznym bądź elektrycznym, dlatego analizowane cząsteczki muszą mieć ładunek elektryczny. Wewnątrz spektrometru mas panuje próżnia, dzięki czemu ruch jonów nie jest zakłócany przez zderzenia z cząsteczkami gazów i określony jest przez oddziaływanie cząstki z polem elektrycznym i magnetycznym[1][2].
Pierwszym przedziałem spektrometru mas jest źródło jonów. Urządzenie to przeprowadza substancje analizowane w spektrometrze w jony unoszące się w próżni. Zjonizowane cząsteczki przechodzą do dalszych przedziałów spektrometru mas, gdzie formowana jest wiązka jonów. Wiązka ta jest kierowana do analizatora masy[1][2].
Analizator masy rozdziela jony ze względu na stosunek ich masy do ładunku. Jony kierowane są do detektora, który zamienia w sposób ilościowy sygnał w postaci prądu jonowego na sygnał elektryczny, który jest rejestrowany przez komputer w postaci widma stosunku masy do ładunku elektrycznego (nazywanego często widmem masowym). W widmie takim na osi poziomej odłożone są stosunki mas do ładunków w thomsonach (1 Th = 1 dalton / liczba ładunków elementarnych jonu), na osi pionowej intensywności (liczba jonów zarejestrowanych przez spektrometr)[1][2].
Ze stosunku masy do ładunku jonu można zwykle wywnioskować, jaka była masa cząsteczkowa analizowanego związku chemicznego lub jego fragmentu. Metody jonizacji w niektórych spektrometrach mas są tak dobrane, aby ładunek (z) był dla większości jonów równy 1, a zatem przy interpretacji widma można przyjąć, że m/z odpowiada po prostu masie cząsteczkowej jonu. Masa cząsteczkowa jednokrotnie zjonizowanego jonu jest w przybliżeniu równa masie cząsteczkowej niezjonizowanej cząsteczki tylko wtedy, gdy jonizacja jest dokonywana przez dołączenie elektronu (ze względu na bardzo małą masę elektronu). Jeśli do cząsteczki dołączany jest proton, to masa jonu jest większa od masy substancji niezjonizowanej o masę protonu (1,00727646688 Da)[9].
Masę badanego związku chemicznego określa się, na podstawie miejsca występowania w widmie sygnału powstałego z jego niepofragmentowanego jonu, przez uwzględnienie masy cząstek jonizujących, według wzoru:
gdzie:
Jeżeli cząstką dołączaną lub odrywaną jest elektron, jego masę można pominąć.
Przykładowo na przedstawionym wyżej diagramie pik odpowiadający m/z = 435,776 Th może pochodzić od:
Ustalenie dokładnej masy analizowanego związku nie jest oczywiste nawet z użyciem technik jonizacji nieprowadzących do fragmentacji. Znając warunki jonizacji oraz analizując całe widmo można jednak w pokazanym przykładzie odrzucić większość przypuszczalnych źródeł sygnału 435,776. W warunkach jonizacji przez elektrorozpylanie, która była zastosowana do otrzymania omawianego widma, powstanie jonu posiadającego dwa ładunki elementarne jest najbardziej prawdopodobne na skutek oderwania jednego elektronu i przyłączenia jednego protonu. W widmie występuje też pik przy wartości 870,553 Th, który najprawdopodobniej pochodzi od cząsteczki o masie 870,553 Da. Prezentowany tu wywód dotyczy analizy widma niewielkiej rozdzielczości, gdzie nie jest możliwe rozróżnienie pików izotopowych. Prezentowane widmo zostało zarejestrowane z rozdzielczością pozwalającą na rozróżnienie poszczególnych pików obwiedni izotopowej.
Większość pierwiastków chemicznych występujących w przyrodzie ma kilka izotopów. Zwykle jeden izotop dominuje, pozostałe występują w mniejszej ilości. Różnice w masie cząsteczek powodowane przez występowanie izotopów są widoczne na widmach masowych, co oznacza, że jeden związek chemiczny lub jego fragment tworzy na widmie kilka pików[2][9][10].
Wymiana jednego atomu izotopu lżejszego na cięższy w cząsteczce zmienia jej masę o różnicę między masami tych izotopów. Gdy zatem występują cząsteczki, które różnią się tylko jednym izotopem, są one widoczne w widmie w postaci dwóch pików. Gdy uwzględnić dwa izotopy jednego atomu lub izotopy dwóch atomów, w związku chemicznym występować mogą już cząsteczki o trzech różnych masach, co prowadzi do trzech sygnałów w widmie masowym. W przypadku dużych cząsteczek, takich jak białka, możliwa jest obserwacja nawet kilkudziesięciu pików izotopowych. Charakterystyczny wzór pików, albo kształt jednego piku wypadkowego powstałego ze zlania pików składowych, pochodzących od różnych form związku chemicznego zawierającego atomy różnych izotopów, nazywa się obwiednią izotopową. Dla określenia charakterystycznego wzoru pików izotopowych używa się także terminu rozkład izotopowy[9][2][10].
Wiedząc, jaka jest różnica pomiędzy masami podstawowych izotopów pierwiastków występujących w związku chemicznym, można określić liczbę ładunków elementarnych poszczególnych jonów. Najczęściej różnica masy pomiędzy kolejnymi izotopami jednego pierwiastka wynosi 1 Da, zatem jeśli w widmie występują piki przesunięte o 1 Th, sugeruje to, że analizowany jon posiadał pojedynczy ładunek elementarny. Jeśli przesunięcie bliskich sobie pików izotopowych wynosi 0,5 Th to znaczy to, że cała seria sygnałów w ramach tej obwiedni pochodzi od jonów, które miały podwójny ładunek elementarny[9][2][10].
Ogólnie, w ramach jednej obwiedni ładunek jest w przybliżeniu równy wielokrotności masy neutronu (ok. 1 Da), a kolejne piki izotopowe są przesunięte o m/z kolejnych izotopów (gdzie m jest masą izotopu). Gdy w jednym obszarze widma występują jednocześnie sygnały, których przesunięcie wynosi 1 i 0,5 Th, wskazuje to na fakt nałożenia się na siebie dwóch lub więcej obwiedni izotopowych, pochodzących od dwóch lub więcej zestawów jonów o stosunku mas 1 do 2. Takie sytuacje zdarzają się szczególnie często w analizach MALDI/TOF badających cząsteczki znacznie różniące się masą z niejednorodnych mieszanin polimerów[10].
Gdy warunki jonizacji pozwalają na tworzenie się jonów o dwóch różnych ładunkach, powstających ze strukturalnie jednakowych fragmentów cząsteczki, to wówczas w widmie widoczne są dwie lub więcej obwiednie izotopowe dla tych fragmentów. Bardzo komplikuje to analizę widma. Z tego względu wiele technik jonizacji stara się zapobiegać tego rodzaju sytuacji[9][10].
Większość związków organicznych, w których dominują atomy węgla, stosuje się do tej reguły i ułatwia rozpoznanie w widmie jonów wielokrotnie zjonizowanych. Wynika to z występowania węgla 12C i 13C różniących się masą o 1 Da. W przypadku gdy w związku występują znaczne ilości atomów pierwiastków posiadających izotopy różniące się masą o 2 i więcej Da (np.: chlor), wówczas analiza obwiedni izotopowych bardzo się komplikuje. Na podstawie charakterystycznej obwiedni izotopowej można często wnioskować o składzie pierwiastkowym badanego związku chemicznego. Tego typu analizy przeprowadza się zazwyczaj przy pomocy specjalistycznych programów komputerowych[10].
Rozdzielczość jest jednym z najważniejszych parametrów charakteryzujących spektrometr mas. Miarą rozdzielczości spektrometru jest zdolność do rozróżnienia dwóch jonów o pewnej różnicy stosunku masy do liczby ładunków elementarnych jonów (m/z). Spektrometr o rozdzielczości 1000 umożliwia rozróżnienie dwóch cząsteczek o m/z równym np. 1000 i 1001. Można przyjmować różne kryteria określenia rozdzielczości. Najczęściej uznaje się, że jeśli na widmie m/z dolina pomiędzy sąsiadującymi pikami od dwóch jonów jest głębsza niż 50% wysokości niższego piku, to są one rozróżnione[2][9].
Rozdzielczość nie jest zależna tylko od konstrukcji analizatora masy. Na rozdzielczość pomiaru wpływa wiele czynników takich jak konstrukcja optyki jonowej wprowadzającej jony do analizatora, konstrukcja i ustawienia źródła jonów (szczególnie w spektrometrach ze źródłem MALDI), wielu wypadkach ustawienia analizatora np. w przypadku analizatorów FT-ICR i Orbitrap rozdzielczość rośnie wraz z wydłużaniem czasu pomiaru. Istotnym elementem decydującym o rozdzielczości pomiarów jest także elektronika rejestrująca i przetwarzająca sygnały docierające z detektora jonów[2].
Istnieje wiele metod jonizacji cząsteczek w spektrometrach mas. Do metod najczęściej używanych należą:
Wiele metod jonizacji cząsteczek, takich jak FAB, EI i LD, prowadzi do fragmentacji cząsteczek chemicznych w trakcie jonizacji, co powoduje, że różne spektrometry mogą generować różne widma dla tego samego związku chemicznego. Fragmentacja cząsteczek może pomagać w analizie, gdy badany jest jeden związek chemiczny. Pomiar masy takiego związku często nie wystarcza do jego identyfikacji, na którą pozwala analiza charakterystycznego wzoru fragmentacji takiego związku. W przypadku mieszanin wielu związków chemicznych wtórne reakcje między jonami pochodzącymi z różnych związków uniemożliwiają praktycznie analizę danych[25].
Typowym przykładem zastosowania spektrometrii mas do analizy mieszanin są badania proteomiczne, gdzie prawie zawsze występują złożone mieszaniny peptydów. Badania te są możliwe dzięki stosowaniu łagodnych metod jonizacji takich jak ESI i MALDI. Podczas stosowania łagodnych metod jonizacji tracona jest informacja o wzorze fragmentacji cząsteczek. Problem ten rozwiązuje zastosowanie tandemowych spektrometrów mas[25][26].
W spektrometrach mas stosowane są różne typy analizatorów masy:
Zadaniem detektora w spektrometrze mas jest rejestracja jonów przechodzących przez analizator. Najprostszym i najstarszym detektorem jonów jest płyta fotograficzna. Obecnie płyty fotograficzne zostały zastąpione detektorami przekazującymi informację w postaci sygnałów elektrycznych. Sygnały te są we współczesnych spektrometrach mas przetwarzane do postaci cyfrowej i dalej przechowywane i analizowane z wykorzystaniem komputerów. Można wyróżnić kilka najczęściej stosowanych typów detektorów[1][2]:
Efektem działania współczesnych spektrometrów mas, niezależnie od zastosowanego analizatora czy detektora, są dane w postaci cyfrowej[35]. Wytworzenie gotowych do analizy widm stosunku masy do ładunku, na podstawie zarejestrowanych sygnałów elektrycznych wymaga zastosowania różnorodnych algorytmów przetwarzania danych. Sposób przetwarzania danych jest zależny od zastosowanego analizatora masy i detektora. Przykładowo dane zarejestrowane przez analizator czasu przelotu (TOF) zawierają informacje o ilości jonów, które trafiły do detektora w określonym czasie. Dane te mogą zostać przeliczone na widmo stosunku masy do ładunku przy wykorzystaniu stworzonej wcześniej krzywej kalibracyjnej urządzenia. Znacznie kosztowniejsze obliczeniowo jest przetwarzanie danych rejestrowanych przez analizatory wykorzystujące fourierowską transformację wyników takie jak FT-ICR czy Orbitrap. Analizatory te rejestrują chwilowe natężenie pola elektrycznego fali elektromagnetycznej, przebieg ten jest przetwarzany na widmo częstotliwości przy pomocy transformaty Fouriera. Powstałe w ten sposób widmo częstotliwości przeliczane jest na widmo stosunku masy do ładunku. Ze względu na dużą ilość rejestrowanych danych i kosztowne obliczeniowo przetwarzanie informacji, budowa spektrometrów mas z furierowską transformacją wyników stała się możliwa dzięki rozwojowi informatyki[36].
Większość obecnie produkowanych spektrometrów mas wyposażona jest we wbudowane komputery służące do sterowania pracą analizatorów oraz wstępnego przetwarzania danych wytwarzanych przez spektrometr mas. Komputery wewnętrzne spektrometru mas są połączone z komputerem na zewnątrz spektrometru przy pomocy sieci Ethernet, połączenia USB lub specyficznej magistrali komunikacyjnej opracowanej przez producenta spektrometru. Komputer zainstalowany na zewnątrz spektrometru pozwala użytkownikowi na sterowanie spektrometrem, zapisuje wstępnie przetworzone dane nadające się do analizy takie jak widma stosunku masy do ładunku, chromatogramy (jeśli spektrometr pracuje w połączeniu z chromatografem) oraz informacje diagnostyczne dotyczące pracy samego spektrometru (temperatury podzespołów spektrometru, napięcia elektryczne i częstotliwości prądu poszczególnych elementów źródła jonów, optyki jonowej, analizatorów i detektorów itp.)[37].
Wiele związków chemicznych może charakteryzować się identyczną lub zbliżoną masą. Dlatego też pomiar masy cząsteczek często nie pozwala na zidentyfikowanie badanej substancji. Pomiar masy także nie dostarcza zbyt wielu informacji na temat struktury związku chemicznego. Fragmentacja badanych cząsteczek i pomiar mas fragmentów dostarcza dużo większej ilości informacji o strukturze związku chemicznego, co w wielu przypadkach pozwala na jego wiarygodne zidentyfikowanie. Fragmentacja cząsteczek w źródle jonów spektrometru mas pozwala na efektywne badanie czystych związków chemicznych lub prostych ich mieszanin. W trakcie analizy mieszaniny cząsteczek fragmentowanych w źródle jonów spektrometru mas można wykryć wiele pików odpowiadających masom fragmentów pochodzących od różnych związków chemicznych. Określenie od którego z badanych związków chemicznych pochodzą fragmenty, których masy zostały zmierzone przez spektrometr mas, jest trudne a często wręcz niemożliwe. Problem ten rozwiązuje zastosowanie tandemowych spektrometrów mas. Spektrometry te pozwalają na pomiar mas cząsteczek nie poddanych fragmentacji (pomiar MS), wyselekcjonowanie jonów o określonym stosunku masy do ładunku, poddanie wyselekcjonowanych jonów fragmentacji wewnątrz spektrometru mas i pomiar mas powstałych fragmentów (pomiar MSMS). Spektrometry takie są najczęściej wyposażone w źródła jonów nie powodujące fragmentacji cząsteczek takie, jak elektrorozpylacz czy MALDI. Spektrometr tandemowy może się składać z więcej niż jednego analizatora masy wtedy pierwszy z analizatorów może selekcjonować jony o określonym stosunku masy do ładunku, jony te kierowane są do komory kolizyjnej po czym są poddawane pomiarowi w drugim analizatorze masy. Przykładem takiej konstrukcji jest połączenie kwadrupola z analizatorem czasu przelotu (Q-TOF). Niektóre tandemowe spektrometry mas wyposażone w analizatory takie, jak pułapka jonowa, mogą selekcjonować jony, poddawać fragmentacji i mierzyć masy tylko z użyciem pojedynczego analizatora[1][2][35].
Klasyczna technika spektroskopii masowej polega na umieszczaniu w komorze jonizacyjnej czystych związków chemicznych, które następnie ulegają fragmentacji z użyciem techniki FAB lub EI. Widma czystych związków chemicznych otrzymywane techniką FAB lub EI przy określonej energii bombardujących cząstek prowadzą zawsze do takiego samego obrazu fragmentacji cząsteczki. Jednocześnie niezwykle rzadko zdarza się, aby dwa różne związki chemiczne fragmentowały się w identyczny sposób. Widma masowe mogą być zatem z powodzeniem stosowane do identyfikacji związków chemicznych, aczkolwiek nie ze 100%-ową pewnością. Dzięki temu, że określone grupy związków chemicznych ulegają fragmentacji w określony sposób, widma masowe umożliwiają też określenie prawdopodobnej struktury związków. Analizowanie widm masowych pod tym kątem jest jednak dość kłopotliwe i nie zawsze prowadzi do jednoznacznych konkluzji. Spektroskopia widm masowych jest stosowana jako komplementarna do spektroskopii NMR i spektroskopii IR metoda analizy przy ustalaniu struktur związków organicznych[38][39].
W analizach mających na celu identyfikację substancji zwykle ma się do czynienia z mieszaninami związków chemicznych. Identyfikacja wielu związków chemicznych znajdujących się w jednej próbce jest zwykle niemożliwa, jeśli stosuje się tylko spektrometr mas. Problem ten można rozwiązać, łącząc spektrometrię mas z różnymi technikami rozdziału substancji, zwykle z chromatografią. Metodami najczęściej stosowanymi w połączeniu ze spektrometrią mas są chromatografia gazowa (GC) i wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC).
W układzie takim wszystkie substancje wychodzące z chromatografu kierowane są do źródła jonów w spektrometrze mas. Podczas analizy mieszanin, z chromatografu wydostają się kolejne, rozdzielone substancje. Spektrometr nie analizuje całej mieszaniny w jednym momencie, tylko kolejno poszczególne związki chemiczne. Oprócz informacji o masach i wzorze fragmentacji substancji podawanych przez spektrometr mas otrzymujemy informację o czasie retencji związków na kolumnie chromatografu.
Podczas analiz można mieć do czynienia z tak złożonymi mieszaninami, że w jednym momencie z chromatografu wychodzić będzie wiele związków chemicznych. W takich sytuacjach można użyć tandemowego spektrometru mas połączonego z chromatografem. W przypadku mniej złożonych mieszanin można zamiast chromatografii zastosować rozdział związków w pierwszym analizatorze tandemowego spektrometru mas[2].
Spektrometria mas bywa często łączona z elektroforezą kapilarną, która nie jest klasyfikowana jako metoda chromatograficzna. Elektroforeza kapilarna podobnie jak chromatografia cieczowa służy do rozdziału substancji w fazie ciekłej. Systemy, w których połączono spektrometr z elektroforezą kapilarną, służą zwykle do analizy białek i kwasów nukleinowych[40].
Najczęściej stosowane konfiguracje systemów chromatograficznych ze spektrometrami mas:
Spektrometry te mogą być wyposażone w różne źródła jonów, najczęściej jest to: FAB, EI lub ESI. Analizatory kwadrupolowe charakteryzują się stosunkowo małą rozdzielczością (rzędu 2000) i czułością. Mimo to doskonale nadają się do wielu zastosowań. Spektrometry takie nie wymagają do pracy zbyt wysokiej próżni, a co za tym idzie dużych i kosztownych systemów pomp. Niewielkie rozmiary i umiarkowana cena przyczyniły się do ich popularności. Urządzenia takie są często stosowane w laboratoriach chemicznych, biochemicznych i analizy zanieczyszczeń środowiska. Spektrometry tego typu są powszechnie łączone z chromatografami gazowymi i cieczowymi. Obecnie produkowane są także przenośne urządzenia tego typu (mieszczące się w bagażniku samochodu). Urządzenia takie są często sprzężone z chromatografami gazowymi i mogą być stosowane do wykrywania broni chemicznej, zanieczyszczeń środowiska, narkotyków itp.[45]
Jedną z częściej stosowanych konfiguracji spektrometrów mas jest połączenie źródła jonów MALDI i analizatora TOF (MALDI-TOF). W instrumentach tego typu stosuje się analizatory TOF ze zwierciadłem jonowym lub bez zwierciadła. Instrumenty bez zwierciadła umożliwiają detekcję mas cząsteczkowych do kilkuset tysięcy daltonów.
Podstawową zaletą MALDI-TOF jest to, że technika ta umożliwia bezpośrednią detekcję składu populacji cząsteczek o dużych masach cząsteczkowych, takich jak mieszaniny białek czy polimerów syntetycznych. Spektrometry te znajdują także zastosowanie przy identyfikacji białek w proteomice[22]. Są także coraz powszechniej stosowane do oznaczania średnich mas cząsteczkowych i polidyspersji polimerów.
Analizatory ze zwierciadłem jonowym charakteryzują się znacznie większą rozdzielczością, niestety nie nadają się do analizy bardzo dużych cząsteczek. Oba typy spektrometrów dzięki zastosowaniu źródła jonów typu MALDI pozwalają na bardzo szybkie analizy[2]. Przeciętny spektrometr tego typu potrafi przeanalizować ponad 100 próbek w czasie godziny. Przygotowanie i podawanie próbek do spektrometru tego typu może łatwo zostać zautomatyzowane. Dzięki łatwości automatyzacji, niewielkim rozmiarom i umiarkowanej cenie, spektrometry takie nadają się do laboratoriów masowo przetwarzających próbki (np. laboratoria analityki medycznej).
Historia spektrometrii mas zaczęła się od badań wielu uczonych nad przewodzeniem prądu elektrycznego przez gazy i towarzyszącemu mu świeceniu. W 1886 roku Eugen Goldstein odkrywa promieniowanie anodowe (kanalikowe), a w 1898 Wilhelm Wien zauważa, że promieniowanie odchylane w silnym polu magnetycznym rozdziela się na oddzielne wiązki[46]. Obserwował on, że przeprowadzając wyładowanie w gazie pod niskim ciśnieniem, za otworkami w anodzie powstaje świecenie za tymi otworkami. Badania takie, prowadzone przez Joseph John Thomson na Uniwersytecie w Cambridge, doprowadziły do odkrycia elektronu w 1897 roku. Za te badania Thomson otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1906 roku[47]. Wilhelm Wien w 1899 r. zademonstrował urządzenie (separator Wiena), w którym jony poruszały się w prostopadłych polach elektrycznych i magnetycznych, wydzielając jony o określonej prędkości, były odchylane w samym w polu magnetycznym rozdzielając się w zależności od stosunku ładunek do masy. Wien stwierdził, że stosunek ładunek do masy zależy od rodzaju gazu w rurze[46]. J.J. Thomson w 1911 roku poprawił układ Wiena przez zmniejszenie ciśnienia, tworząc spektrograf masowy. Używając spektrografu masy, odkrył w 1913 roku izotopy neonu[48].
Na początku XX wieku Thomson zaobserwował, że promieniowanie katodowe (wiązka elektronów) może zostać odchylone przez pole elektrostatyczne. Urządzenie, w którym zaobserwowano to zjawisko, jest prekursorem spektrometru mas. Thomson nie poprzestał na obserwacji odchylenia wiązki elektronów i zaczął badać odchylenia wiązek różnych jonów. Badania te doprowadziły do powstania w latach 1899–1911 pierwszego spektrometru mas, nazwanego przez Thomsona parabola spectrograph[2][47]. W urządzeniu tym jony były poddawane działaniu równoległych pól elektrycznego i magnetycznego, co powodowało odchylenie toru ich lotu. Jony o różnej energii charakteryzowały się różnym stopniem odchylenia w kierunku równoległym do linii pola, a o różnym pędzie – w kierunku prostopadłym. Detektorem spektrometru Thomsona była płyta fotograficzna lub ekran fluorescencyjny. Jony o takim samym stosunku m/z tworzyły na ekranie obraz w postaci paraboli o określonym parametrze; pojawienie się kilku parabol o różnych parametrach było dowodem istnienia izotopów[2][47][49].
Po I wojnie światowej współpracownik Thomsona, Francis William Aston, zbudował spektrometr mas o znacznie większej rozdzielczości. Spektrometr ten pozwolił na obserwację izotopów[2][47]. Za zbudowanie spektrometru mas i odkrycie wielu niepromieniotwórczych izotopów Astonowi przyznano Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1922 roku. W tym samym czasie Arthur Jeffrey Dempster, podobnie jak Aston, udoskonalił analizator magnetyczny[2][47]. Dempster opracował także stosowaną do dziś metodę jonizacji substancji za pomocą strumienia elektronów (źródło jonów EI)[47].
Thomson, Aston i Dempster stworzyli teoretyczne podstawy do rozwoju spektrometrii mas. Dziś, ponad sto lat od pierwszych doświadczeń Thomsona, spektrometry mas są niezastąpionym narzędziem w pracy fizyków, chemików, biologów i lekarzy prowadzących badania naukowe na Ziemi i w przestrzeni kosmicznej[2][47]. Coraz częściej spektrometry mas są stosowane w przemyśle, wojsku, policji i innych instytucjach.
Biologia molekularna jest jedną z dziedzin intensywnie korzystających ze spektrometrii mas. Analiza wielkocząsteczkowych biopolimerów takich jak białka i kwasy nukleinowe nie byłaby możliwa bez wykorzystania łagodnych metod jonizacji – elektrorozpylania (ESI) i desorpcji laserowej z udziałem matrycy (MALDI)[6]. W roku 2002 Szwedzka Akademia Nauk przyznała Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii Johnowi Fennowi i Koichi Tanace za zastosowanie metod łagodnej jonizacji w badaniach wielkocząsteczkowych biopolimerów.
Kalendarium obejmuje ważniejsze odkrycia i konstrukcje w dziedzinie spektrometrii mas[50].
Rok | Odkrycie | Nazwiska badaczy |
---|---|---|
1899–1911 | Odkrycia naukowe prowadzące do zbudowania pierwszego spektrometru mas[6] | Joseph John Thomson |
1912 | Widmo masowe tlenu, azotu, tlenku węgla, dwutlenku węgla, chlorku karbonylu | Joseph John Thomson |
1913 | Odkrycie izotopów neonu: 20Ne i 22Ne | Joseph John Thomson |
1918 | Udoskonalenie sektora magnetycznego i opracowanie źródła jonów EI | Arthur Jeffrey Dempster |
1919 | Pomiar masy atomów | Francis William Aston |
1922 | Pomiar defektu masy. | Francis William Aston |
1930 | Zastosowanie spektrometrii mas w chemii organicznej | R. Conrad |
1932 | Pokazanie równoważności masy i energii postulowanej przez Alberta Einsteina | K.T. Bainbridge |
1934 | Preparatywny rozdział jonów | W.R. Smythe, L.H. Rumbaug, S.S. West |
1942 | Pierwszy sprzedany spektrometr mas | Consolidated Energy Corporation |
1946 | Analizator czasu przelotu (TOF) | William E. Stephens |
1949 | Analizator cyklotronowego rezonansu jonów (ICR) | J.A. Hipple, H. Sommer i H.A. Thomas |
1953 | Połączenie sektora magnetycznego i elektrycznego – spektrometr o podwójnym ogniskowaniu[47] | E.G. Johnson i A.O. Nier |
1953 | Kwadrupolowy analizator masy | W. Paul i H. Steinwedel |
1958 | Połączenie spektrometru mas z chromatografem gazowym (GC)[51] | Roland S. Gohlke, Fred W. McLafferty |
1966 | Sekwencjonowanie peptydów przy pomocy spektrometru mas | K. Biemann, C. Cone, B.R. Webster i B.P. Arsenault |
1966 | Jonizacja Chemiczna (CI) | B. Munson i F.H. Field |
1968 | Jonizacja przez Elektrorozpylanie (ESI) | Malcom Dole |
1974 | Jonizacja w plazmie | R.D. MacFarlane i D.F. Torgerson |
1974 | Analizator cyklotronowego rezonansu jonów z fourierowską transformacją wyników (FT-ICR) | Melvin B. Comisarow i Alan G. Marshall |
1978 | Tandemowy spektrometr mas z trzema kwadrupolami (Triple Quadropole MS) | Richard A. Yost i Chris G. Enke |
1980 | Metoda jonizacji przez termorozpylanie | M.L. Vestal |
1981 | Metoda jonizacji przez bombardowanie szybkimi atomami (FAB) | Michael Barber |
1983 | Opracowanie metody jonizacji przez desorpcję laserem przy udziale matrycy – MALDI (Nagroda Nobla z Chemii w 2002 roku – K. Tanaka) | Koichi Tanaka, Michael Karas i Franz Hillenkamp |
1984 | Wykorzystanie elektrorozpylania (ESI) do analizy biopolimerów (Nagroda Nobla z Chemii w 2002 roku – J. Fenn) | Gall Lydia (ZSRR), John Fenn (USA) |
1999 | Orbitrap – zaprezentowano nowy analizator masy[52] | Aleksandr Makarow |
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.