มวลสเปกโตรเมตรียืนอยู่ในระดับแนวหน้าของวิทยาศาสตร์การวิเคราะห์และความไวและความแม่นยำที่น่าทึ่งทำให้เป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้สำหรับการระบุและการหาปริมาณโมเลกุล เทคนิคนี้ใช้งานได้โดยการแปลงตัวอย่างเป็นไอออนและการวัดอัตราส่วนมวลต่อมวล (M \ / z) ช่วยให้นักวิจัยสามารถจำแนกโครงสร้างโมเลกุลได้ MS มีบทบาทสำคัญในโปรตีโอมิกเมแทบอลิซึมการพัฒนายาการตรวจสอบด้านสิ่งแวดล้อมและการวินิจฉัยทางคลินิก ความสามารถในการให้ข้อมูลโมเลกุลโดยละเอียดยังคงผลักดันนวัตกรรมในสาขาวิชาวิทยาศาสตร์ที่หลากหลาย

หลักการของสเปคโตรเมตรีมวล

Mass spectrometry (MS) เป็นเทคนิคการวิเคราะห์ที่มีประสิทธิภาพที่ใช้ในการหาปริมาณสารที่รู้จักระบุสารประกอบที่ไม่รู้จักและอธิบายโครงสร้างโมเลกุล ใน MS ตัวอย่างจะถูกทำให้เป็นไอออนและอนุภาคที่มีประจุที่เกิดขึ้นจะถูกแยกออกและวัดตามอัตราส่วนมวลต่อค่าใช้จ่าย สเปกโตรมิเตอร์มวลทั่วไปประกอบด้วยสามองค์ประกอบหลัก:

แหล่งที่มาของไอออน: สร้างไอออนก๊าซจากโมเลกุลตัวอย่าง
Mass Analyzer: แก้ไขไอออนโดยอัตราส่วนมวลต่อการชาร์จ
เครื่องตรวจจับ: ตรวจจับไอออนที่แยกจากกันและวัดความอุดมสมบูรณ์ของพวกเขา

กระบวนการวิเคราะห์เกี่ยวข้องกับหลายขั้นตอน:

การผลิตไอออน: ตัวอย่างถูกทำให้เป็นไอออนเพื่อผลิตไอออนโมเลกุลที่มีประจุ (มักจะผ่านวิธีการเช่นอิเล็กตรอนไอออไนเซชันหรืออิเลคโตรสเปรย์)
การแยกไอออน: ไอออนจะถูกกรองหรือแยกออกจาก M \ / z ในเครื่องวิเคราะห์มวล
การกระจายตัวของไอออน (ถ้าจำเป็น): ไอออนสารตั้งต้นที่เลือกอาจแยกส่วนในเซลล์การชนเพื่อเปิดเผยข้อมูลโครงสร้าง
การตรวจจับและการบันทึก: เครื่องตรวจจับวัดไอออนสุดท้ายและบันทึกสเปกตรัมมวลซึ่งเป็นพล็อตของสัญญาณไอออนเมื่อเทียบกับ M \ / z สเปกตรัมนี้ให้น้ำหนักโมเลกุลและเบาะแสโครงสร้างของ analytes

อยากรู้ว่า GC Headspace คืออะไร?คลิกที่นี่เพื่อทราบข้อมูลเพิ่มเติม

นวัตกรรมในมวลสาร

เทคนิคการแตกตัวเป็นไอออน

นวัตกรรมในการแตกตัวเป็นไอออนได้ขยายขีดความสามารถของ MS อย่างมาก ตัวอย่างเช่นอิเล็กโทรสเปรย์ไอออนไนซ์ (ESI) ได้เห็นการปรับปรุงที่สำคัญ Nano Electrospray (Nano ESI) ใช้เส้นเลือดฝอยที่ดีมากเพื่อสร้างหยดที่มีประจุสูงจากปริมาณตัวอย่างขนาดเล็กมากซึ่งจะช่วยเพิ่มความไวและความละเอียด ในเมทริกซ์ที่ช่วยด้วยเลเซอร์ desorption \ / ionization (MALDI) สารประกอบเมทริกซ์ใหม่และเครื่องมือวัดขั้นสูงได้ปรับปรุงประสิทธิภาพของไอออนไนซ์และความละเอียดเชิงพื้นที่ทำให้การถ่ายภาพโปรตีนที่มีความเที่ยงตรงสูง วิธีการไอออนไนซ์โดยรอบเช่น desorption electrospray ionization (DESI) และการวิเคราะห์โดยตรงในแบบเรียลไทม์ (DART) เป็นตัวแทนของการก้าวกระโดดไปข้างหน้า: พวกเขาอนุญาตให้ตัวอย่างเป็นไอออนและวิเคราะห์โดยตรงในอากาศโดยไม่ต้องเตรียมการอย่างกว้างขวาง เทคนิคเหล่านี้ช่วยให้การวิเคราะห์อย่างรวดเร็วในสถานที่สำหรับการใช้งานทางนิติวิทยาศาสตร์การตรวจสอบด้านสิ่งแวดล้อมและการควบคุมคุณภาพ

เทคโนโลยีการวิเคราะห์

นวัตกรรมในเครื่องวิเคราะห์จำนวนมากได้ปรับปรุงความสามารถของ MS อย่างมาก ตัวอย่างเช่น OrbitRap Analyzer มีความละเอียดสูงเป็นพิเศษโดยดักไอออนในสนามไฟฟ้าสถิตซึ่งความถี่การแกว่งของพวกเขาให้การวัด M \ / z ที่แม่นยำสูง เครื่องมือ orbitrap ที่ทันสมัยสามารถบรรลุมวลมวลสูงกว่า 100,000 ที่ค่ากลาง m \ / z ทำให้พวกเขามีค่าสำหรับการศึกษาโปรตีโอมิกและเมแทบอลิซึมโดยละเอียด Fourier transform Ion Cyclotron Resonance (FT ICR) MS ให้ความละเอียดและความแม่นยำที่สูงขึ้นโดยการดักไอออนในสนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งและวิเคราะห์การเคลื่อนไหวของไซโคลตรอน การสะท้อน TOF (MR TOF) หลายครั้งขยายเส้นทางการบินผ่านการสะท้อนหลายครั้งเพิ่มความละเอียด TOF เพิ่มเติมโดยไม่ต้องขยายเครื่องมือ ระบบไฮบริดผสมผสานเทคโนโลยี: เครื่องมือ quadrupole orbitrap และ quadrupole tof ใช้ quadrupole เพื่อเลือกไอออนและเครื่องวิเคราะห์ orbitrap หรือ TOF เพื่อให้ได้การวัดความเร็วสูงและความละเอียดสูง ลูกผสมเหล่านี้ให้ทั้งการเลือกและความแม่นยำสำหรับการวิเคราะห์ตัวอย่างที่ซับซ้อน นอกจากนี้ระบบ quadrupole triple quadrupole (qqq) ยอดเยี่ยมในการหาปริมาณเป้าหมาย: โดยการดำเนินการ MS^2 ในซีรีย์ (ด้วยเซลล์การชนระหว่างสอง quadrupoles) พวกเขาตรวจสอบการเปลี่ยนไอออนเฉพาะด้วยความแม่นยำสูง QQQ ใช้กันอย่างแพร่หลายในโปรตีโอมิกเชิงปริมาณและการตรวจทางคลินิกสำหรับการวัด biomarker ที่เชื่อถือได้

การประมวลผลข้อมูลและ AI

นอกเหนือจากความก้าวหน้าของฮาร์ดแวร์แล้ววิธีการวิเคราะห์ข้อมูลและการวิเคราะห์ข้อมูลกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว การเรียนรู้ของเครื่องจักร (ML) และปัญญาประดิษฐ์ (AI) ถูกนำมาใช้มากขึ้นเพื่อตีความชุดข้อมูล MS ที่ซับซ้อนการปรับปรุงการจดจำรูปแบบและลดเวลาการวิเคราะห์ วิธีการเหล่านี้สามารถตรวจจับยอดสเปกตรัมโดยอัตโนมัติสัญญาณที่ทับซ้อนกัน deconvolute และปริมาณการวิเคราะห์ที่แม่นยำยิ่งขึ้นลดความผิดพลาดของมนุษย์ ตัวอย่างเช่นอัลกอริทึมขั้นสูงสามารถระบุและหาปริมาณได้โดยอัตโนมัติการแก้ไขสำหรับเสียงรบกวนพื้นฐานและให้ผลลัพธ์ที่มีความแม่นยำสูง เครื่องมืออัตโนมัติดังกล่าวปรับปรุงเวิร์กโฟลว์และเพิ่มความสามารถในการทำซ้ำซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการศึกษาโปรตีโอมิกและเมแทบอลิซึมขนาดใหญ่

การประยุกต์ใช้สเปกโตรเมตรีมวล

Mass spectrometry ใช้ในหลากหลายสาขารวมถึง:

โปรตีโอมิกส์และเมแทบอลิซึม: ในวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิต MS ช่วยให้สามารถระบุและปริมาณของโปรตีนและเมตาโบไลต์หลายพันรายการในตัวอย่างที่ซับซ้อนช่วยค้นพบไบโอมาร์คเกอร์และการวิเคราะห์เส้นทางการเผาผลาญ นักวิจัยสามารถโปรไฟล์โมเลกุลของเซลล์อย่างละเอียดเพื่อทำความเข้าใจกระบวนการทางชีวภาพและกลไกโรค
การวินิจฉัยทางคลินิกและชีวการแพทย์:ในการแพทย์ MS ใช้เพื่อระบุตัวบ่งชี้ทางชีวภาพโรคศึกษาเภสัชจลนศาสตร์ยาและสนับสนุนการแพทย์ที่แม่นยำ ตัวอย่างเช่นโปรตีนหรือเมตาโบไลต์ในเลือดหรือเนื้อเยื่อสามารถวิเคราะห์เพื่อวินิจฉัยโรคในช่วงต้นหรือตรวจสอบการตอบสนองการรักษา
การตรวจสอบด้านสิ่งแวดล้อมและนิติวิทยาศาสตร์:MS ตรวจพบมลพิษในอากาศน้ำและดิน (เช่นโลหะหนักยาฆ่าแมลงและสารพิษอินทรีย์) และระบุสารพิษและยาเสพติดในตัวอย่างทางชีวภาพเพื่อให้มั่นใจถึงความปลอดภัยด้านสิ่งแวดล้อมและสาธารณะ ตัวอย่างเช่นการวิเคราะห์ร่องรอยของน้ำสำหรับสารกำจัดศัตรูพืชตกค้างหรืออากาศสำหรับสารอินทรีย์ระเหยง่ายสามารถทำได้ด้วยความไวสูง
ความปลอดภัยของอาหารและวัสดุวิทยาศาสตร์:MS ใช้เพื่อทดสอบสิ่งปนเปื้อนและสารเติมแต่งในอาหารและเครื่องดื่ม (เช่นสารกำจัดศัตรูพืชสารเติมแต่งที่ผิดกฎหมาย) เพื่อให้มั่นใจถึงความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ นอกจากนี้ยังมีความสำคัญในด้านวิทยาศาสตร์วัสดุและนาโนเทคโนโลยีสำหรับการจำแนกองค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างของวัสดุใหม่
การสำรวจอวกาศและการวิเคราะห์เซลล์เดียว:MS Instruments วิเคราะห์ตัวอย่างต่างดาว (เช่นการตรวจจับโมเลกุลอินทรีย์บนพื้นผิวดาวเคราะห์หรือในอุกกาบาต) และเซลล์แต่ละเซลล์ (เซลล์เดี่ยว MS) พัฒนาความเข้าใจของเราทั้งจักรวาลและชีววิทยาพื้นฐาน

แนวโน้มในอนาคต

เมื่อความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีนวัตกรรมใหม่ยังคงเกิดขึ้นในมวลสาร ตัวอย่างเช่นการรวมของการเตรียมตัวอย่าง microfluidic แหล่งไอออน nanoengineered ใหม่และการวิเคราะห์ข้อมูลที่ขับเคลื่อนด้วย AI จะช่วยเพิ่มความไวและปริมาณงานต่อไป โดยสรุปสเปคตรัมมวลจะยังคงผลักดันขอบเขตของวิทยาศาสตร์อย่างต่อเนื่องเปิดโอกาสใหม่ในพื้นที่เช่นการตรวจสอบสิ่งแวดล้อมการวินิจฉัยทางการแพทย์และเคมีพื้นฐาน

โซลูชั่นสำหรับสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs) ความล้มเหลวในการปิดผนึกตัวอย่าง: กลยุทธ์สำคัญในการเพิ่มความแม่นยำในการวิเคราะห์

ต่อไป:

ขวดตัวอย่าง EPA 8–60 มล. มาตรฐานสำหรับการตรวจสอบสิ่งแวดล้อมที่เชื่อถือได้