Bộ phân tích khối phổ

Các bộ phân tích khối phổ phân tách các ion theo tỷ lệ khối lượng trên điện tích của chúng, và thiết kế của chúng quyết định khả năng phân giải, dải khối lượng và tốc độ của máy quang phổ khối.

Definition

Bộ phân tích khối phổ là thành phần của máy quang phổ khối có chức năng phân tán hoặc chọn lọc các ion pha khí theo tỷ lệ khối lượng trên điện tích của chúng để có thể đo lường độ phong phú của chúng.

Scope

Chủ đề này bao gồm các loại bộ phân tích khối phổ chính: bộ phân tích từ trường, bộ tứ cực, bẫy ion, thời gian bay, Orbitrap và bộ phân tích cộng hưởng ion cyclotron biến đổi Fourier. Nó đề cập đến cách mỗi loại phân tách ion, các chỉ số hiệu suất—độ phân giải, độ chính xác khối lượng, dải khối lượng và chu kỳ hoạt động—phân biệt chúng, và những đánh đổi hướng dẫn lựa chọn thiết bị.

Core questions

• Mỗi loại bộ phân tích phân tách ion theo tỷ lệ khối lượng trên điện tích bằng cách nào?
• Điều gì quyết định khả năng phân giải và độ chính xác khối lượng trong một bộ phân tích nhất định?
• Các bộ phân tích quét khác với các bộ phân tích bẫy và thời gian bay về chu kỳ hoạt động như thế nào?
• Bộ phân tích nào phù hợp cho định lượng mục tiêu so với công việc khối lượng chính xác độ phân giải cao?

Key theories

Lọc khối phổ tứ cực

Các điện áp tần số vô tuyến và điện áp một chiều dao động trên bốn thanh song song tạo ra một trường chỉ cho phép các ion trong một cửa sổ khối lượng trên điện tích hẹp có quỹ đạo ổn định đi qua các thanh; việc quét các điện áp sẽ quét cửa sổ này trên toàn phổ, biến tứ cực thành một bộ lọc khối phổ mạnh mẽ, nhanh chóng.

Phân tích tần số quỹ đạo và cyclotron

Trong các bộ phân tích Orbitrap và cộng hưởng ion cyclotron, các ion dao động hoặc quay theo quỹ đạo ở các tần số được xác định bởi tỷ lệ khối lượng trên điện tích của chúng; việc đo các tần số này và biến đổi Fourier tín hiệu mang lại độ phân giải và độ chính xác khối lượng rất cao.

Mechanisms

Mỗi bộ phân tích khai thác cách các ion có tỷ lệ khối lượng trên điện tích khác nhau phản ứng với các trường. Các bộ phân tích từ trường làm cong đường đi của ion theo bán kính; các bộ tứ cực truyền một cửa sổ chọn lọc qua các trường dao động; các bẫy ion lưu trữ và đẩy ion một cách chọn lọc; các bộ phân tích thời gian bay phân tách ion theo thời gian bay của chúng trên một khoảng cách cố định; và các bộ phân tích Orbitrap và cộng hưởng ion cyclotron đo các tần số dao động đặc trưng. Một đầu dò ghi lại độ phong phú của ion so với tỷ lệ khối lượng trên điện tích để xây dựng phổ.

Clinical relevance

Việc lựa chọn bộ phân tích ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng phân tích: các thiết bị ba tứ cực cho phép định lượng mục tiêu nhạy trong các xét nghiệm lâm sàng và độc chất học, trong khi các bộ phân tích thời gian bay và Orbitrap có độ phân giải cao hỗ trợ nhận dạng khối lượng chính xác trong proteomics, metabolomics và sàng lọc.

History

Các máy quang phổ khối ban đầu sử dụng bộ phân tích từ trường. Bộ tứ cực và bẫy ion của Wolfgang Paul vào những năm 1950 và 1960 đã giới thiệu các bộ phân tích điện động nhỏ gọn, và phân tích thời gian bay, được hình thành sớm hơn, đã trưởng thành với điện tử học nhanh. Orbitrap của Alexander Makarov, được báo cáo vào năm 2000, mang lại độ phân giải và độ chính xác khối lượng rất cao trong một bẫy tĩnh điện nhỏ gọn.

Key figures

• Wolfgang Paul
• Alexander Makarov
• William Stephens

Seminal works

• makarov2000
• gross2017
• skoog2017

Frequently asked questions

Khả năng phân giải trong bộ phân tích khối phổ là gì?

Khả năng phân giải là khả năng phân biệt các ion có tỷ lệ khối lượng trên điện tích gần bằng nhau; các bộ phân tích độ phân giải cao có thể phân tách các đỉnh khác nhau bởi một phần nhỏ của đơn vị khối lượng, điều này giúp xác nhận thành phần nguyên tố.

Tại sao chọn tứ cực thay vì bộ phân tích độ phân giải cao?

Các bộ tứ cực mạnh mẽ, nhanh chóng và không đắt tiền, và ở dạng ba tứ cực, chúng vượt trội trong việc định lượng mục tiêu nhạy, trong khi các bộ phân tích độ phân giải cao được ưu tiên khi cần khối lượng chính xác để xác định các chất chưa biết.