Kütləvi spektrometriya: Müasir elmdə prinsiplər, yeniliklər və transformativ tətbiqlər

Kütləvi spektrometriya analitik elmin ön cəbhəsində dayanır və əlamətdar həssaslığı və dəqiqliyi onu molekulları müəyyənləşdirmək və kəmiyyətləşdirmək üçün əvəzolunmaz bir vasitə halına gətirir. Texnik, nümunələri ionlara çevirib kütləvi-yüksəliş (m \ / z) nisbətlərini ölçməklə, tədqiqatçılara molekulyar quruluşları xarakterizə etməyə imkan verir. MS, proteomika, metabolomik, narkotik inkişafında, ekoloji monitorinq və klinik diaqnostika sahələrində əsas rol oynayır. Ətraflı molekulyar məlumat vermək qabiliyyəti müxtəlif elmi fənlər arasında yenilik sürməyə davam edir.

Kütləvi spektrometriya prinsipləri

Kütləvi Spektrometriya (MS), məlum maddələri ölçmək, bilinməyən birləşmələri müəyyənləşdirmək və molekulyar quruluşları izah etmək üçün istifadə olunan güclü bir analitik bir texnikadır. MS-də nümunə ionlaşdı və nəticədə ittiham olunan hissəciklər ayrılır və kütləvi şəkildə ödəmə nisbətlərinə görə ölçülür. Tipik bir kütləvi spektrometr üç əsas komponentdən ibarətdir:

• İon mənbəyi: Nümunə molekullarından qazlı ionlar istehsal edir.

• Kütləvi analizator: ionları kütləvi şəkildə ödəmə nisbətləri ilə həll edir.
  

  

• Detektor: ayrılmış ionları aşkar edir və bolluqlarını ölçür.

Təhlil prosesi bir neçə addımdır:

1. İon istehsalı: Nümunə, doldurulmuş molekulyar ionlar istehsal etmək üçün ionlaşmışdır (tez-tez elektron ionlaşma və ya elektrospray kimi metodlar vasitəsilə).

2. İon ayrılması: ionlar kütləvi analizatorda m \ / z görə süzülür və ya ayrılır.

3. İon parçalanması (lazım olduqda): Seçilmiş prekursor ionları struktur məlumatlarını aşkar etmək üçün toqquşma kamerasında parçalanmış ola bilər.

4. Aşkarlama və qeyd: Detektor son ionları ölçür və kütləvi bir spektr, m \ / z ilə bir ev siqnalı olan bir süjeti qeyd edir. Bu spektr analitiklərin molekulyar çəkisi və struktur ipuçlarını təmin edir.
   
   

   GC Headspace nədir bilmək istəyirsiniz?Daha çox bilmək üçün buraya vurun

Kütləvi spektrometriyadakı yeniliklər

İonlaşma üsulları

İonlaşmada yeniliklər çox genişləndirilmiş MS imkanlarını genişləndirdi. Məsələn, elektrospray ionlaşma (ESI) əsas aksesuarları gördü; Nano-Electrospray (Nano-ƏSI) çox kiçik nümunə həcmlərindən yüksək yüklənmiş damlaları yaratmaq üçün son dərəcə incə kapilyarlardan istifadə edir və bununla da həssaslığı və qətnaməni yaxşılaşdırır. Matrix köməkçi lazer desorbsiyasında \ / ionlaşma (Maldi), yeni matris birləşmələri və qabaqcıl alətlər, toxuma bölmələrində zülallar, metabolitlərin və lipidlərin yüksək sədaqətli görüntüləməsinə imkan verən ionlaşma səmərəliliyi və məkan qətnaməsi təkmilləşdirilmişdir. Desoronsiya elektrospray ionlaşma (desi) və real vaxtda birbaşa analiz kimi mühit ionlaşma metodları (Dart) bir sıçrayışın bir sıçrayışını təmsil edir: bu, nümunələrin ionlaşmasına və geniş hazırlıq olmadan birbaşa havada təhlil etməyə imkan verir. Bu üsullar, məhkəmə tətbiqi, ətraf mühitin monitorinqi və keyfiyyətə nəzarət üçün sürətli, yerlərdə təhlil etməyə imkan verir.

Analizator texnologiyaları

Kütləvi analizatorların yenilikləri ms imkanlarını kəskin şəkildə artırmışdır. Məsələn, orbitrap analizatoru, oscilation tezliyinin çox dəqiq m \ / z ölçmələrini verən elektrostatik bir sahədə ionları tələyə salan ionları təklif edir. Müasir orbitrap alətləri 100.000-dən yuxarı kütləvi qətnamələrə m \ / Z dəyərlərində kütləvi qətnamələr əldə edə bilər, ətraflı proteomik və metabolomik tədqiqatlar üçün əvəzolunmaz hala gətirir. Furier-Transform Ion Cyclotron Rezonans (FT-ICR) MS, güclü bir maqnit sahəsində ionları tutaraq siklotron hərəkətini təhlil edərək daha da yüksək qətnamə və dəqiqliyi təmin edir. Çox əks etdirən Tof (mr-tof), aləti böyütmədən daha çox əks etdirən bir çox əksiyyətlə uçuş yolunu genişləndirir. Hibrid sistemləri birləşdirən texnologiyalar - kvadrupole-orbitrap və dördbucaqlı-tof alətləri, yüksək sürətli, yüksək qətnamə ölçməyə nail olmaq üçün ionları və orbitrap və ya tof analizatoru seçmək üçün dördbucaqlı istifadə edir. Bu hibridlər mürəkkəb nümunə təhlili üçün həm seçmə, həm də dəqiqliyi təmin edir. Bundan əlavə, Triple Quadrupole (QQQ) sistemləri hədəflənmiş miqdarda Excel: MS ^ 2 seriyasında (iki dördbucaqol arasında toqquşma hüceyrəsi ilə), yüksək dəqiqliklə konkret ion keçidlərini izləyirlər. QQQ, etibarlı biomarkerin ölçülməsi üçün kəmiyyət proteomikası və klinik təhlillərdə geniş istifadə olunur.

Məlumat emalı və ai

Təchizat, proqram təminatı və məlumat təhlili metodları ilə birlikdə sürətlə inkişaf edir. Maşın Öyrənməsi (ML) və Süni İntellekt (AI) kompleks MS məlumat bazalarını, nümunə tanınmasını və təhlil müddətini azaltmaq üçün daha çox istifadə olunur. Bu yanaşmalar spektral zirvələri avtomatik olaraq aşkar edə, üst-üstə düşən siqnalları devallaşdıra və analitikləri daha dəqiq dərəcədə miqdarda miqdarda artıra bilər. Məsələn, inkişaf etmiş alqoritmlər, zirvələri avtomatik olaraq müəyyənləşdirə və kəmiyyətdən, ilkin səs-küy üçün düzəldici və yüksək dəqiqliklərin verilməsini təmin edə bilər. Bu cür avtomatlaşdırılmış alətlər iş axınlarını tənzimləyir və geniş miqyaslı proteomik və metabolomik tədqiqatlar üçün kritik olan çoxalma qabiliyyətini artırır.

Kütləvi spektrometriya müraciətləri

Kütləvi spektrometriya geniş sahələrdə, o cümlədən:

• Proteomika və metabolomika: Həyat elmləri, MS, Mürəkkəb nümunələrdə minlərlə zülal və metabolitin identifikasiya və miqdarı, biomarker kəşfi və metabolik yol analizi olan mürəkkəb nümunələrdə metabolitlərin identifikasiyası və miqdarı təmin edir. Tədqiqatçılar bioloji prosesləri və xəstəlik mexanizmlərini başa düşmək üçün hərtərəfli profil mobil molekulları hərtərəfli edə bilərlər.

• Klinik diaqnostika və biomedicine:Tibbdə, MS xəstəliyin biomarkerlərini müəyyənləşdirmək, narkotik farmakokinetikası öyrənmək və dəqiq dərmanı dəstəkləmək üçün istifadə olunur. Məsələn, qan və ya toxumalardakı zülal və ya metabolit profilləri erkən diaqnoz qoymaq və ya müalicə reaksiyasına nəzarət etmək üçün təhlil edilə bilər.

• Ətraf mühitin monitorinqi və məhkəmə məhsulları:MS, havada, su və torpaqda (məsələn, ağır metallar, pestisidlər və üzvi toksinlər) çirkləndiriciləri aşkar edir və ekoloji və ictimai təhlükəsizliyin təmin edilməsi, bioloji nümunələrdə toksinlər və dərmanları müəyyənləşdirir. Məsələn, pestisid qalıqları və ya uçucu üzvi orqanlar üçün suyun suyunun izi yüksək həssaslıqla əldə edilə bilər.

• Qida Təhlükəsizliyi və Material Elmləri:MS, çirkləndiricilərə və yeməkxanalarda (məsələn, pestisid qalıqları, qeyri-qanuni əlavələr), məhsul təhlükəsizliyini təmin edən çirkləndiricilər və əlavələr üçün istifadə olunur. Yeni materialların kimyəvi tərkibini və quruluşunu xarakterizə etmək üçün material elmləri və nanotexnologiyalarda da çox vacibdir.

• Kosmik kəşfiyyat və tək hüceyrə təhlili:Xanım alətləri, xaricdən nümunələri (məsələn, planetar səthlərdə və ya meteoritlərdə üzvi molekulları aşkar etmək) və profil fərdi hüceyrələri (tək hücrə), həm kainat, həm də fundamental biologiyanın anlayışını inkişaf etdirir.
  

  

Gələcək dünyagörüşü

Texnologiya avansları kimi, yeni yeniliklər kütləvi spektrometriya içərisində meydana gəlir. Məsələn, mikroflifik nümunə hazırlığının inteqrasiyası, roman nanoengineed ion mənbələri və inkişaf etmiş AI əsaslı məlumat təhlili həssaslıq və ötürmə qabiliyyətini artırır. Xülasə, kütləvi spektrometriya, ekoloji monitorinq, tibbi diaqnostika və fundamental kimya kimi bölgələrdə yeni imkanlar açaraq elmin sərhədlərini itələməyə davam edəcəkdir.