แมสสเปกโทรเมตรี
แมสสเปกโทรเมตรีระบุและหาปริมาณโมเลกุลและธาตุโดยการทำให้เป็นไอออนและวัดอัตราส่วนมวลต่อประจุของไอออนที่เกิดขึ้น
Definition
แมสสเปกโทรเมตรีเป็นเทคนิคการวิเคราะห์ที่เปลี่ยนสารวิเคราะห์ให้เป็นไอออนในสถานะแก๊ส และแยกและตรวจจับไอออนเหล่านั้นตามอัตราส่วนมวลต่อประจุ ทำให้ได้สเปกตรัมที่ใช้สำหรับการระบุ, การอธิบายโครงสร้าง, และการหาปริมาณ
Scope
ขอบเขตนี้ครอบคลุมหลักการและเครื่องมือของแมสสเปกโทรเมตรีในฐานะวิธีการวิเคราะห์: การผลิตไอออนในสถานะแก๊ส, การแยกไอออนตามอัตราส่วนมวลต่อประจุในเครื่องวิเคราะห์ต่างๆ, การตรวจจับ, และการตีความสเปกตรัมที่ได้ ครอบคลุมทั้งแมสสเปกโทรเมตรีของโมเลกุลและธาตุ, การแตกตัว, การวัดมวลที่แม่นยำ, และการเชื่อมต่อเครื่องแมสสเปกโตรมิเตอร์เข้ากับเทคนิคการแยกสาร วิธีการเปล่งแสงและการดูดกลืนแสงของอะตอมที่ใช้สำหรับธาตุจะครอบคลุมแยกต่างหากภายใต้สเปกโทรสโกปีวิเคราะห์
Sub-topics
Core questions
- สารวิเคราะห์ถูกเปลี่ยนเป็นไอออนในสถานะแก๊สที่เหมาะสมสำหรับการวิเคราะห์มวลได้อย่างไร?
- เครื่องวิเคราะห์มวลที่แตกต่างกันบรรลุความสามารถในการแยกและช่วงมวลได้อย่างไร?
- รูปแบบการแตกตัวและมวลที่แม่นยำสนับสนุนการระบุได้อย่างไร?
- แมสสเปกโทรเมตรีถูกทำให้เป็นเชิงปริมาณได้อย่างไร และเชื่อมต่อกับการแยกสารได้อย่างไร?
Key theories
- การแยกตามอัตราส่วนมวลต่อประจุ
- เมื่อสารวิเคราะห์ถูกทำให้เป็นไอออน การเคลื่อนที่ของพวกมันในสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กจะขึ้นอยู่กับอัตราส่วนมวลต่อประจุ การวัดอัตราส่วนนี้สำหรับไอออนแต่ละชนิดจะสร้างสเปกตรัมมวล ซึ่งตำแหน่งของพีคจะระบุชนิดของสาร และความเข้มของพีคที่สอบเทียบอย่างเหมาะสมจะใช้ในการหาปริมาณ
- การทำให้ชีวโมเลกุลเป็นไอออนแบบอ่อน
- อิเล็กโตรสเปรย์และเมทริกซ์ช่วยการดูดซับด้วยเลเซอร์ไอออไนเซชันจะถ่ายโอนโมเลกุลขนาดใหญ่และเปราะบางที่สมบูรณ์เข้าสู่สถานะแก๊สในรูปของไอออนโดยมีการแตกตัวน้อย ทำให้แมสสเปกโทรเมตรีขยายขอบเขตจากการวิเคราะห์โมเลกุลขนาดเล็กที่ระเหยง่ายไปสู่โปรตีนและชีวพอลิเมอร์อื่นๆ
Mechanisms
สารวิเคราะห์จะถูกทำให้เป็นไอออน—โดยการชนของอิเล็กตรอน, อิเล็กโตรสเปรย์, การดูดซับด้วยเลเซอร์, หรือพลาสมา—เพื่อสร้างชนิดที่มีประจุในสถานะแก๊ส จากนั้นเครื่องวิเคราะห์มวลจะแยกไอออนเหล่านี้ตามอัตราส่วนมวลต่อประจุโดยใช้สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก, เวลาในการบิน, หรือการดักจับไอออน และเครื่องตรวจจับจะบันทึกปริมาณของไอออนในแต่ละอัตราส่วน สเปกตรัมที่ได้จะให้มวลโมเลกุลหรือมวลธาตุ, รูปแบบไอโซโทป, และข้อมูลโครงสร้างผ่านการแตกตัวที่ควบคุมได้; พื้นที่ใต้พีคที่สอบเทียบแล้วจะให้การหาปริมาณ
Clinical relevance
แมสสเปกโทรเมตรีเป็นพื้นฐานของโปรตีโอมิกส์และเมตาโบโลมิกส์, การคัดกรองทารกแรกเกิดทางคลินิกและการติดตามระดับยาในการรักษา, การวิเคราะห์สารปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อมและอาหาร, พิษวิทยาทางนิติวิทยา, และการวิเคราะห์ธาตุปริมาณน้อยโดยแมสสเปกโทรเมตรีพลาสมาคู่ควบแบบเหนี่ยวนำ ซึ่งมีคุณค่าในด้านความไว, ความจำเพาะ, และความครอบคลุม
History
แมสสเปกโทรเมตรีมีต้นกำเนิดจากการทดลองรังสีบวกของ J. J. Thomson และเครื่องแมสสเปกโตรกราฟของ Francis Aston ซึ่งเปิดเผยไอโซโทปในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 เครื่องมือในช่วงกลางศตวรรษใช้สำหรับการอธิบายโครงสร้างสารอินทรีย์ และการพัฒนาวิธีการทำให้เป็นไอออนแบบอ่อน—อิเล็กโตรสเปรย์โดย John Fenn และการดูดซับด้วยเลเซอร์ที่พัฒนาโดย Koichi Tanaka—ในช่วงทศวรรษ 1980 ซึ่งได้รับการยอมรับด้วยรางวัลโนเบล ได้เปิดโอกาสให้แมสสเปกโทรเมตรีสามารถใช้กับชีวโมเลกุลขนาดใหญ่ได้
Key figures
- J. J. Thomson
- Francis Aston
- John Fenn
- Koichi Tanaka
Related topics
Seminal works
- gross2017
- deHoffmann2007
- skoog2017
Frequently asked questions
- เครื่องแมสสเปกโตรมิเตอร์วัดอะไรกันแน่?
- มันวัดอัตราส่วนมวลต่อประจุของไอออนที่ผลิตจากตัวอย่าง และจำนวนไอออนที่เกิดขึ้นในแต่ละอัตราส่วน ทำให้ได้สเปกตรัมที่ใช้ในการกำหนดมวลโมเลกุลหรือมวลธาตุ, รูปแบบไอโซโทป, และโครงสร้าง
- ทำไมการทำให้เป็นไอออนแบบอ่อนจึงเป็นการพัฒนาที่ก้าวหน้า?
- วิธีการทำให้เป็นไอออนแบบเดิมทำให้โมเลกุลขนาดใหญ่แตกตัวหรือไม่สามารถทำให้เป็นไอออนได้ แต่อิเล็กโตรสเปรย์และเมทริกซ์ช่วยการดูดซับด้วยเลเซอร์จะสร้างไอออนของโปรตีนและชีวพอลิเมอร์อื่นๆ ที่สมบูรณ์อย่างอ่อนโยน ทำให้แมสสเปกโทรเมตรีขยายขอบเขตเข้าสู่ชีววิทยาและการแพทย์