Тройной квадрупольный масс-спектрометр
Тройной квадрупольный масс-спектрометр ( TQMS ) представляет собой тандемный масс-спектрометр, состоящий из двух квадрупольных масс-анализаторов последовательно соединенных , между которыми находится только радиочастотный (РЧ) квадруполь (без разрешения по массе) , который действует как ячейка для измерения столкновений. индуцированная диссоциация . Эту конфигурацию часто обозначают сокращенно QqQ, здесь Q 1 q 2 Q 3 .
История
[ редактировать ]Расположение трех квадруполей было впервые разработано Дж. Д. Моррисоном из Университета Ла Троб , Австралия, с целью изучения фотодиссоциации ионов газовой фазы. [1] После контакта с профессором Кристи Г. Энке и его тогдашним аспирантом Ричардом Йостом , Моррисон разработал линейное расположение трех квадруполей, что положило начало конструкции первого тройного квадрупольного масс-спектрометра. [1] разработали первый коммерческий тройной квадрупольный масс-спектрометр . в Университете штата Мичиган В последующие годы Энке и Йост в конце 1970-х годов [2] Позже было обнаружено, что тройной квадрупольный масс-спектрометр можно использовать для изучения органических ионов и молекул, тем самым расширяя его возможности как тандемного метода МС/МС. [1]
Принцип работы
[ редактировать ]
По сути, тройной квадрупольный масс-спектрометр работает по тому же принципу, что и одноквадрупольный масс-анализатор . Каждый из двух массовых фильтров (Q1 и Q3) содержит четыре параллельных цилиндрических металлических стержня. И Q1, и Q3 контролируются потенциалом постоянного тока (DC) и радиочастотным потенциалом (РЧ), в то время как ячейка столкновений q подвергается воздействию только РЧ-потенциала. [3] Радиочастотный потенциал, связанный с ячейкой столкновений (q), позволяет всем выбранным ионам проходить через нее. [3] В некоторых приборах обычная квадрупольная ячейка столкновений заменена гексапольной или октопольной ячейкой столкновений, что повышает эффективность. [3]
В отличие от традиционных методов МС, методы МС/МС позволяют проводить массовый анализ последовательно в разных областях инструментов. [4] TQMS следует схеме «тандем в пространстве» благодаря ионизации, отбору первичной массы, диссоциации, вызванной столкновением (CID), массовому анализу фрагментов, образующихся во время CID, и обнаружению, происходящему в отдельных сегментах прибора. [4] Секторные приборы имеют тенденцию превосходить TQMS по разрешению масс и диапазону масс. [3] Однако тройной квадруполь имеет то преимущество, что он дешевле, прост в эксплуатации и очень эффективен. [3] Кроме того, при работе в выбранном режиме мониторинга реакции TQMS имеет превосходную чувствительность обнаружения, а также количественный анализ. [3] Тройной квадруполь позволяет изучать низкоэнергетические низкомолекулярные реакции, что полезно при анализе небольших молекул. [3]
Режимы сканирования
[ редактировать ]
Конструкция TQMS позволяет выполнять четыре различных типа сканирования: сканирование ионов-предшественников, сканирование нейтральных потерь, сканирование дочерних ионов и мониторинг выбранных реакций. [5]
Сканирование продукта
[ редактировать ]При сканировании продукта первый квадруполь Q 1 настроен на отбор иона известной массы, который фрагментирован в q 2 . Затем третий квадруполь Q 3 настраивают на сканирование всего диапазона m/z , предоставляя информацию о размерах полученных фрагментов. Структуру исходного иона можно определить на основе информации о фрагментации иона. Этот метод обычно применяется для идентификации переходов, используемых для количественной оценки с помощью тандемной МС.
Сканирование прекурсоров
[ редактировать ]При использовании сканирования предшественников определенный ион-продукт выбирается в Q 3 , а массы предшественников сканируются в Q 1 . Этот метод является селективным в отношении ионов, имеющих определенную функциональную группу (например, фенильную группу), высвобождаемую при фрагментации в q 2 .
Сканирование потерь нейтрали
[ редактировать ]В методе сканирования с нейтральными потерями оба Q1 и Q3 сканируются вместе, но с постоянным смещением массы. Это позволяет избирательно распознавать все ионы, которые при фрагментации в q 2 приводят к потере данного нейтрального фрагмента (например, H 2 O, NH 3 ). Подобно сканированию ионов-предшественников, этот метод полезен для выборочной идентификации близкородственных соединений в смеси.
Мониторинг выбранных реакций
[ редактировать ]При использовании режимов мониторинга выбранных реакций (SRM) или мониторинга множественных реакций (MRM) как Q 1 , так и Q 3 устанавливаются на определенную массу, что позволяет обнаруживать только ион-фрагмент, отличный от определенного иона-предшественника. Этот метод приводит к повышению чувствительности. Если Q 1 и/или Q 3 настроены на более чем одну массу, такая конфигурация называется мониторингом множественных реакций. [6]
Инструментарий
[ редактировать ]
В TQMS можно использовать несколько методов ионизации. Некоторые из них включают ионизацию электрораспылением , химическую ионизацию , электронную ионизацию , химическую ионизацию при атмосферном давлении и ионизацию лазерной десорбции с помощью матрицы , все из которых производят непрерывную подачу ионов.
И первый масс-анализатор, и ячейка столкновений постоянно подвергаются воздействию ионов источника, независимо от времени. [4] Как только ионы попадают в третий масс-анализатор, зависимость от времени становится фактором. [4] Первый квадрупольный массовый фильтр Q1 является основным селектором m/z после того, как образец покидает источник ионизации. Любые ионы с соотношением массы к заряду, отличным от выбранного, не смогут проникнуть в Q1. Ячейка столкновений, обозначенная буквой «q», расположена между Q1 и Q3. Здесь происходит фрагментация образца в присутствии инертного газа, такого как Ar, He или N2. Характерный дочерний ион образуется в результате столкновений инертного газа с аналитом. После выхода из ячейки столкновений фрагментированные ионы затем попадают во второй квадрупольный фильтр масс Q3, где выбор m/z может произойти снова.
Поскольку тройной квадруполь является сканирующим прибором, тип используемой в нем системы обнаружения должен быть способен обнаруживать ионы по одному m/z за раз. Один из наиболее распространенных детекторов, электронный умножитель , часто работает в паре с тройным квадруполем. Электронный умножитель обеспечивает более быстрое время отклика, повышенную чувствительность и более высокий коэффициент усиления. Однако они имеют ограниченный срок службы из-за перегрузки. [3] Использование TQMS обеспечивает повышенную селективность, точность и воспроизводимость; все из которых ограничены в одиночных квадрупольных масс-анализаторах. [7]
Приложения
[ редактировать ]Трехквадрупольный масс-спектрометр обеспечивает повышенную чувствительность и специфичность, что приводит к более низким пределам обнаружения и количественного анализа. [8] По этим причинам использование TQMS является жизненно важным активом в области метаболизма лекарств, фармакокинетики, исследований окружающей среды и биологического анализа. В большинстве исследований лекарственных препаратов и фармакокинетики животных, таких как крысы, подвергают воздействию нового препарата, чтобы выяснить, как это вещество метаболизируется в организме. Анализируя мочу или плазму крысы с помощью тройного квадруполя в сочетании с жидкостной хроматографией, можно определить концентрацию и характер фрагментации нового препарата. [8] В экологических и биологических исследованиях тройной квадруполь полезен для количественных исследований, которые включают определение наличия или отсутствия определенных веществ в образце. [9] Одним из наиболее распространенных применений тройного квадрупольного масс-анализатора является исследование структуры, которое дает информацию о закономерностях фрагментации. [10] Однако масс-спектр предоставляет информацию только о фрагментации, которой недостаточно для полного определения структуры молекулы или соединения. Поэтому с целью выяснения структуры они сочетаются с данными, полученными с помощью других аналитических методов, таких как спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и инфракрасная спектроскопия (ИК), для более точного анализа.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Моррисон, доктор медицинских наук (1991), «Личные воспоминания о сорока годах масс-спектрометрии в Австралии», Organic Mass Spectrometry , 26 (4): 183, doi : 10.1002/oms.1210260404.
- ^ Йост, РА; Энке, К.Г. (1978), «Фрагментация выбранных ионов с помощью тандемного квадрупольного масс-спектрометра» (PDF) , Журнал Американского химического общества , 100 (7): 2274, doi : 10.1021/ja00475a072
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Дасс, К. (2007). «Тандемная масс-спектрометрия». Тандемная масс-спектрометрия, в Основах современной масс-спектрометрии . Хобокен, Нью-Джерси, США: John Wiley & Sons, Inc., стр. 132–133. дои : 10.1002/9780470118498.ch4 . ISBN 9780470118498 .
- ^ Jump up to: а б с д Джонсон, СП; Йост, РА; Келли, ЧП; Брэдфорд, округ Колумбия (1990). «Тандем в пространстве и тандем во времени: тройные квадруполи и квадрупольные ионные ловушки». Аналитическая химия . 62 (20): 2162–2172. дои : 10.1021/ac00219a003 .
- ^ де Хоффманн, Э. (1996), «Тандемная масс-спектрометрия: учебник для начинающих», Journal of Mass Spectrometry , 31 (2): 129, Bibcode : 1996JMSp...31..129D , doi : 10.1002/(SICI)1096- 9888(199602)31:2<129::AID-JMS305>3.0.CO;2-T
- ^ Андерсон, Л.; Хантер, CL (2006), «Количественный масс-спектрометрический анализ множественных реакций для мониторинга основных белков плазмы», Molecular & Cellular Proteomics , 5 (4): 573–88, doi : 10.1074/mcp.M500331-MCP200 , PMID 16332733
- ^ Приветствую тебя, Я; Берберих, Д.В.; Йост, Р.А. (1989). «Введение газохроматографической пробы в ячейку столкновений тройного квадрупольного масс-спектрометра для массселекции ионов-реагентов для перезарядки и химической ионизации». Аналитическая химия . 61 (17): 1874–1879. дои : 10.1021/ac00192a019 .
- ^ Jump up to: а б Пэн, Юмэй; Ченг, Тифенг; Донг, Лихонг; Чен, Сяоцзин; Джихаг, Цзиньхуа; Чжан, Цзинминь; Го, Сяохэ; Го, Минтун; Чанг, Цзюньбяо; Циндуань, Ван (сентябрь 2014 г.). «Количественное определение 2'-дезокси-2'-β-фтор-4'-азидоцитидина в плазме крыс и собак с использованием жидкостной хроматографии, квадрупольной времяпролетной и жидкостной хроматографии, тройной квадрупольной масс-спектрометрии: применение к исследованиям биодоступности и фармакокинетики» . Журнал фармацевтического и биомедицинского анализа . 98 : 379–386. дои : 10.1016/j.jpba.2014.06.019 . ПМИД 24999865 .
- ^ Матысик, Силке; Шмитц, Герд (март 2013 г.). «Применение метода газовой хроматографии-тройной квадрупольной масс-спектрометрии для определения стероловых компонентов в биологических пробах с учетом режима ионизации» . Биохимия . 95 (3): 489–495. дои : 10.1016/j.biochi.2012.09.015 . ПМИД 23041445 .
- ^ Перчалски, Роберт Дж.; Йост, Ричард А.; Уайлдер, Би Джей (август 1982 г.). «Структурное выяснение метаболитов лекарств с помощью тройной квадрупольной масс-спектрометрии». Аналитическая химия . 54 (9): 1466–1471. дои : 10.1021/ac00246a006 .
| Источник ионов | |
|---|---|
| Масс-анализатор | |
| Детектор | |
| Комбинация МС | |
| Фрагментация | |
