Hmotnostní spektrometrie

Technika hmotnostní spektrometrie (MS) je spojována s přívlastky "vysoce specifická", "velmi citlivá", "technicky komplexní", její historie se datuje k začátku dvacátého století a objevu Josepha Johna Thomsona dokazujícímu existenci elektronů a "pozitivního záření". Thomson společně s F.W.Astonem navrhli techniku měření, která ovšem pro rutinní využívání zůstala ještě několík desetiletí v ústraní.

Hmotnostní spektrometrie (MS) je analytická metoda sloužící k převedení molekul na ionty, rozlišení těchto iontů podle poměru hmotnosti a náboje (m/z) a následnému záznamu relativních intenzit jednotlivých iontů. MS je řazena mezi spektrální techniky, i když podle definice by tam patřit neměla, protože spektrální techniky měří rozdíly energií mezi dvěma stavy molekuly a sledují pravděpodobnost přechodu (IČ, UV, NMR, atd.), MS je mezi tyto techniky řazena pro formální podobnost získaných záznamů (hmotnostních spekter) s jinými spektry a podobné využití (strukturní analýza)

Tato metoda je vhodná především pro:

• identifikaci neznámých sloučenin,
• kvantifikaci známých sloučenin,
• objasňování struktury látek.

• MS je nástroj studia všech druhů látek, poskytuje informace o jejich složení, kvantitativních aspektech a struktuře a to i z minimálního množství látky než obvyklé analytické techniky
• mohou být studovány ultranízké koncentrace látek - např. zeptomoly proteinů (10^-21 mol) nebo femtogramy (10^-15g) karcenogenních látek v potravinách.

Hlavní procesy v MS

• Příprava vzorku
• Převod vzorku do plynné fáze
• Ionizace vzorku
• Analýza iontů
• Detekce iontů zpracování dat
• Interpretace spekter

Hlavní součásti hmotnostních spektrometrů jsou

• Iontový zdroj - slouží k převedení neutrálních molekul analytu na nabité částice (tzv. ionizace)
• Hmotnostní analyzátor - slouží k rozdělení iontů v plynné fázi za vysokého vakua podle poměru hmotnosti a náboje (m/z)
• Detektory - slouží k detekci iontů po jejich separaci podle m/z a k určení relativní intenzity jednotlivých iontů

další části přístroje

• vakuový systém
• zařízení pro zavádění vzorků (sonda)

• iontová optika sloužící k urychlení a fokusaci iontů
• počítač na ovládání a ladění přístroje, sběr a ukládání dat, porovnání spekter s knihovnou

Spojení hmotnostní spektrometrie a separačních technik poskytuje možnost v jedné analýze zároveň separovat i identifikovat složitou směs látek, kombinuje výhody obou technik. Alternativní způsob spočívající v izolaci látek po jejich chromatografické separaci a následném změření hmotnostních spekter pro jednotlivé látky off-line technikou je velmi pracný, obtížný a pro složité směsi látek nebo látky ve stopové koncentraci ve směsi zcela nevhodný.

Technické řešení spojení GC-MS a zejména LC-MS bylo složité zejména z důvodů:

• rozdíl tlaků mezi hmotnostním analyzátorem (např. nejběžnější kvadrupólový 10^-3 Pa) a analyzovanými látkami vstupujícími do iontového zdroje za atmosférického tlaku (tj. 105 Pa) je nejméně 8 řádů (pro magnetický analyzátor ještě více)
• analyzované látky jsou neseny v toku plynu (GC, průtok u kapilárních kolon asi 1ml/min) nebo kapaliny (HPLC, asi 1 ml/min nebo méně), které jsou ve značném nadbytku a musí být odstraněny před vstupem do vakuové části přístroje 

Další informace:

• Ionizace a iontové zdroje
• Analyzátory
• Detekce
• GC-MS
• LC-MS                        
• MS tandemová

• Principy analytických postupů
• Separační techniky

Pozn.

Texty kapitoly věnované hmotové spektrometrii jsou na řadě míst inspirovány prezentacemi přednášek předmětu „Hmotnostní spektrometrie v organické analýze“ zveřejněnými na webových stránkách Univerzity Pardubice http://user.upce.cz/~holcapek/. S laskavým svolením autora Doc. Ing. Michala Holčapka, Ph.D.

Jaroslava Vávrová 

.