La spectrométrie de masse
La spectrométrie de masse (MS) est une technique d'analyse pour la détermination de la composition élémentaire d'un échantillon ou une molécule. Elle est également utilisée pour élucider la structure chimique des molécules, telles que des peptides et autres composés chimiques. Le principe consiste à ioniser MS des composés chimiques pour produire des molécules chargées ou des fragments de molécules et la mesure de leurs ratios de masse-charge [1] Dans une procédure typique MS.:

1. un échantillon est chargé sur l'instrument MS, et la vaporisation subit.
2. les composants de l'échantillon sont ionisés par un d'une variété de méthodes (par exemple, par les répercussions d'un faisceau d'électrons), ce qui entraîne la formation de particules chargées (ions)
3. les ions positifs sont ensuite accélérés par un champ électrique
4. calcul du ratio masse-charge (m / z) des particules sur la base des détails de la motion des ions comme ils transit à travers les champs électromagnétiques, et
5. détection des ions, qui à l'étape 4 ont été triées en fonction de m / z.

MS instruments composée de trois modules: une source d'ions, qui peut convertir les molécules en phase gazeuse échantillon en ions (ou, dans le cas de l'ionisation par électronébulisation, ions se déplacent qui existent en solution dans la phase gazeuse), un analyseur de masse, qui trie les ions par leurs masses en appliquant des champs électromagnétiques, et un détecteur, qui mesure la valeur d'une quantité d'indicateurs et fournit donc des données pour le calcul de l'abondance de chaque ion présent. Cette technique a deux usages qualitatifs et quantitatifs. Il s'agit notamment de l'identification des composés inconnus, la détermination de la composition isotopique des éléments dans une molécule, et de déterminer la structure d'un composé en observant sa fragmentation. D'autres utilisations incluent quantifier la quantité d'un composé dans un échantillon ou d'étudier les fondements de la chimie des ions en phase gazeuse (la chimie des ions et des neutres dans le vide). MS est actuellement en usage très répandu dans les laboratoires d'analyse de cette étude physiques, chimiques, ou biologiques d'une grande variété de composés.
Table des matières

* 1 Étymologie
* 2 Histoire
* 3 Exemple simplifié
* 4 Instrumentation
o 4.1 technologies source d'ions
o 4.2 technologies analyseur de masse
+ 4.2.1 Secteur
+ 4.2.2 Temps de vol
+ 4.2.3 quadripolaire
+ 4.2.4 piège à ions quadripolaire
+ 4.2.5 piège ionique quadripolaire linéaire
+ 4.2.6 transformée de Fourier de résonance cyclotronique ionique
+ 4.2.7 Orbitrap
Détecteur o 4.3
o caractéristiques 4,4 Analyseurs
+ 4.4.1 Mass pouvoir de résolution
+ 4.4.2 précision de la masse
+ 4.4.3 gamme de masse
+ 4.4.4 gamme dynamique linéaire
+ 4.4.5 Vitesse
* 5 spectrométrie de masse en tandem
* 6 configurations commune spectromètre de masse et des techniques
* 7 Les techniques chromatographiques couplée à la spectrométrie de masse
o 7,1 chromatographie en phase gazeuse
o 7,2 chromatographie en phase liquide
o 7,3 mobilité ionique
* 8 et analyse des données
o 8,1 représentations données
o 8,2 analyse des données
* 9 Applications
o 9,1 rapport isotopique MS: isotope de rencontres et de suivi
o 9,2 analyse de traces de gaz
o 9,3 sonde atomique
o 9,4 Pharmacocinétique
o 9,5 caractérisation des protéines
o 9,6 exploration spatiale
o 9,7 respiré détecteur de gaz
* Étymologie

Le spectrographe mot a été utilisé depuis 1884 comme un «vocabulaire scientifique international". [2] [3] Les racines linguistiques sont une combinaison et l'élimination des morphèmes liés et des morphèmes libres qui se rapportent aux conditions spectr-um et phot-ograph-ic plaque [4]. dispositifs spectrométrie précoce qui a mesuré le rapport masse sur charge des ions sont appelés spectrographes de masse qui se composait d'instruments qui ont enregistré un spectre des valeurs de masse sur une plaque photographique. [5] [6] Un spectroscope de masse est similaire d'un spectrographe de masse, sauf que le faisceau d'ions est dirigé sur un écran fluorescent. [7] Une configuration spectroscope de masse a été utilisé dans les instruments de début quand il a été souhaité que les effets des ajustements soient rapidement observé. Une fois que l'instrument a été correctement ajusté, une plaque photographique a été inséré et exposés. Le spectroscope de masse durée a continué à être utilisée même si l'éclairage direct d'un écran fluorescent a été remplacé par des mesures indirectes avec un oscilloscope. [8] L'utilisation de la spectroscopie de masse terme est désormais déconseillée en raison de la possibilité de confusion avec la spectroscopie de la lumière. [ 1] [1] [9] La spectrométrie de masse est souvent abrégé en masse-spec ou simplement comme MS [1]. Thomson a également noté que d'un spectroscope de masse est similaire à un spectrographe de masse, sauf que le faisceau d'ions est dirigé sur une substance fluorescente écran. [10] Le suffixe-champ désigne ici l'observation directe des spectres (large) des masses.
* Histoire
Pour plus de détails sur ce sujet, voir Histoire de la spectrométrie de masse.
Réplique d'un spectromètre de masse au début
Francis William Aston a remporté en 1922 le prix Nobel de chimie pour ses travaux en spectrométrie de masse

En 1886, Eugen Goldstein a observé des rayons dans les rejets de gaz à basse pression qui ont voyagé loin de l'anode et par la voie d'une cathode perforée, opposée à la direction des rayons cathodiques chargés négativement (dont Voyage de la cathode vers l'anode). Goldstein a appelé ces rayons chargés positivement anode "Kanalstrahlen", la traduction standard de cette expression en anglais est «rayons canaux». Wilhelm Wien a constaté que de forts champs électriques ou magnétiques des rayons déviés canal et, en 1899, a construit un appareil avec en parallèle des champs électriques et magnétiques qui sépare les rayons positifs en fonction de leur rapport charge / masse (Q / m). Wien a constaté que le ratio de la charge à la masse dépend de la nature du gaz dans le tube à décharge. Savant anglais JJ Thomson ensuite amélioré sur les travaux de Wien en réduisant la pression pour créer un spectrographe de masse.

La première application de la spectrométrie de masse à l'analyse des acides aminés et de peptides a été signalé en 1958 [11]. Carl-Ove Andersson a souligné les ions fragments principaux observés dans l'ionisation des esters méthyliques [12].

Certaines des techniques modernes de spectrométrie de masse ont été mis au point par Arthur Jeffrey Dempster et FW Aston en 1918 et 1919 respectivement. En 1989, la moitié des Prix Nobel de physique a été décerné à Hans Dehmelt et Wolfgang Paul pour le développement de la technique de piège à ions dans les années 1950 et 1960. En 2002, le prix Nobel de chimie a été décerné à John Bennett Fenn pour le développement de l'ionisation par électronébulisation (ESI) et Koichi Tanaka pour le développement de la désorption laser doux (SLD) et leur application à l'ionisation des macromolécules biologiques, en particulier des protéines. [ 13] Le développement précoce de la désorption laser assistée par matrice / ionisation (MALDI) par Franz Hillenkamp et Michael Karas n'a pas été reconnu comme tel malgré les comparables (sans doute plus) l'impact pratique de cette technique, en particulier dans le domaine de l'analyse des protéines. [14 ] Ceci est dû au fait que, bien que MALDI a d'abord été signalé en 1985, [15], il n'a pas été appliquée à l'ionisation des protéines jusqu'en 1988 [16], après le rapport de Tanaka [17].
* Exemple simplifié
Schéma d'un spectromètre de masse simple avec un analyseur de type de masse à secteur. Celui-ci est pour la mesure des ratios d'isotopes de carbone dioxyde de carbone (IRMS), comme dans le test respiratoire à l'urée de carbone-13

L'exemple suivant décrit le fonctionnement d'un analyseur de spectromètre de masse, ce qui est du type secteur. (Types analyseur d'autres sont traités ci-dessous.) Considérons un échantillon de chlorure de sodium (sel de table). Dans la source d'ions, l'échantillon est vaporisé (transformée en gaz) et ionisée (transformé en particules chargées électriquement) en sodium (Na +) et de chlorure (Cl-) ions. atomes de sodium et les ions sont monoisotopique, avec une masse d'environ 23 uma. atomes de chlore et les ions sont de deux isotopes de masses d'environ 35 uma (à une abondance naturelle d'environ 75 pour cent) et environ 37 uma (à une abondance naturelle d'environ 25 pour cent). La partie analyseur du spectromètre contient des champs électriques et magnétiques, qui exercent des forces sur les ions qui traversent ces domaines. La vitesse d'une particule chargée peut être augmenté ou diminué en passant par le champ électrique, et sa direction peut être modifiée par le champ magnétique. L'ampleur de la déviation de la trajectoire de l'ion en mouvement dépend de son ratio masse-charge. ions légers obtenir dévié par la force magnétique plus des ions plus lourds (basé sur la deuxième loi de Newton, F = ma). Le flux d'ions triés passer de l'analyseur au détecteur, qui enregistre l'abondance relative de chaque type d'ions. Cette information est utilisée pour déterminer la composition en éléments chimiques de l'échantillon initial (c'est à dire que le sodium et le chlore sont présents dans l'échantillon) et la composition isotopique de ses constituants (le ratio de 35Cl de 37Cl).
* Instrumentation
technologies * source d'ions

La source d'ions est la partie du spectromètre de masse qui ionise le matériel en cours d'analyse (l'analyte). Les ions sont ensuite transportés par des champs magnétiques ou électriques à l'analyseur de masse.

Techniques d'ionisation ont été la clé de déterminer quels types d'échantillons peuvent être analysés par spectrométrie de masse. ionisation électronique et ionisation chimique sont utilisés pour les gaz et vapeurs. Dans les sources d'ionisation chimique, l'analyte est ionisé par des réactions ion-molécule chimique lors de collisions dans la source. Deux techniques souvent utilisées avec des liquides et solides des échantillons biologiques comprennent ionisation par électronébulisation (inventé par John Fenn) et la désorption laser assistée par matrice / ionisation (MALDI, développée par K. Tanaka et séparément par M. Karas et F. Hillenkamp [citation nécessaire]) .

Plasma à couplage inductif (ICP) sources sont principalement utilisés pour l'analyse des cations d'un large éventail de types d'échantillons. Dans ce type de source d'ions à la technologie, une «flamme» de plasma qui est électriquement neutre globale, mais qui a eu une fraction importante de ses atomes ionisés à haute température, est utilisé pour atomiser molécules de l'échantillon mis en place et de continuer à dépouiller les électrons externes de ces atomes. Le plasma est généralement produite à partir de gaz argon, puisque l'énergie de première ionisation des atomes d'argon est plus élevé que le premier de tous les autres éléments en dehors de Lui, O, F et Ne, mais inférieure à l'énergie deuxième ionisation de tous, sauf les métaux les plus électropositifs. Le chauffage est réalisé par un courant radio-fréquence passée à travers une bobine entourant le plasma.

D'autres incluent une décharge luminescente, désorption de champ (FD), bombardement d'atomes rapides (FAB), thermospray, la désorption / ionisation sur silicium (DIOS), l'analyse directe en temps réel (DART), ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI), la spectrométrie de masse d'ions secondaires (SIMS), une étincelle d'ionisation et d'ionisation thermique (TIMS) [18].

Ion attachement ionisation est une technique récente d'ionisation douce qui permet d'analyser la fragmentation libre.
technologies * analyseur de masse

analyseurs de masse séparer les ions en fonction de leur rapport masse-charge. Les deux lois suivantes régissent la dynamique des particules chargées dans des champs électriques et magnétiques dans le vide:

\ Mathbf {F} = Q (\ mathbf {E} + \ Mathbf {v} \ Times \ mathbf {B} ) (Loi de force de Lorentz);

\ Mathbf {F} m = \ mathbf {a} (Deuxième loi de Newton dans le cas non-relativiste, c'est à dire valable uniquement à la vitesse d'ions beaucoup plus faible que la vitesse de la lumière).

Ici F est la force appliquée à l'ion, m est la masse de l'ion, a est l'accélération, Q est la charge ionique, E est le champ électrique, et vx B est le produit vectoriel de la vitesse des ions et du champ magnétique sur le terrain

En égalisant les expressions ci-dessus pour la force appliquée sur les rendements d'ions:

(M / Q) \ mathbf {a} = \ Mathbf {E} + \ Mathbf {v} \ Times \ mathbf {B} .

Cette équation différentielle est l'équation classique du mouvement des particules chargées. Avec les conditions initiales de la particule, il détermine complètement mouvement de la particule dans l'espace et le temps en termes de m / Q. Ainsi, les spectromètres de masse pourrait être considéré comme "spectromètres de masse à charge". Lors de la présentation des données, il est courant d'utiliser le m (officiellement) dimension / z, où z est le nombre de charges élémentaires (e) de l'ion (z = Q / e). Cette quantité, mais il est officieusement appelé le Rapport masse-charge, plus exactement parler représente le rapport entre le nombre de masse et le nombre de charge, z.

Il existe plusieurs types d'analyseurs de masse, utilisant des champs statiques ou dynamiques, et les champs magnétiques ou électriques, mais tous fonctionnent selon l'équation différentielle ci-dessus. Chaque type d'analyseur a ses forces et ses faiblesses. spectromètres de masse ont recours à deux ou plusieurs analyseurs de masse pour la spectrométrie de masse en tandem (MS / MS). En plus des analyseurs de masse plus communs énumérés ci-dessous, il ya d'autres conçus pour des situations particulières.
* Secteur
Pour plus de détails sur ce sujet, voir l'instrument du secteur.

Un analyseur de champ secteur de la grande utilise un champ électrique et / ou le champ magnétique d'affecter le chemin d'accès et / ou de la vitesse des particules chargées en quelque sorte. Comme indiqué plus haut, les instruments du secteur plier les trajectoires des ions lors de leur passage à travers l'analyseur de masse, en fonction de leurs ratios de masse-charge, dévier le plus chargé et plus rapides, plus légers ions plus. L'analyseur peut être utilisé pour sélectionner un nombre restreint de m / z ou pour défiler à travers une gamme de m / z pour cataloguer les ions présents [19].
* Temps de vol
Pour plus de détails sur ce sujet, voir l'heure de la spectrométrie de masse en vol.

Le temps de vol (TOF) analyseur utilise un champ électrique pour accélérer les ions à travers le même potentiel, et puis le temps des mesures qu'ils prennent pour atteindre le détecteur. Si toutes les particules ont la même charge, les énergies cinétiques seront identiques, et leurs vitesses ne dépendra que de leurs masses. ions légers atteindra le premier détecteur [20].
* Quadripolaire
Pour plus de détails sur ce sujet, voir analyseur de masse quadripolaire.

analyseurs de masse quadripolaire utiliser des champs électriques oscillants de manière sélective stabiliser ou déstabiliser les chemins d'ions en passant par une fréquence radio (RF) champ quadripolaire. Seule une seule masse / charge est passé à travers le système à tout moment, mais les changements les potentiels sur les lentilles magnétiques permet un large éventail de valeurs m / z à balayer rapidement, soit en continu ou en une succession de sauts discrets. Un analyseur de masse quadripolaire actes comme une masse filtre sélectif et est étroitement liée à la trappe ionique quadripolaire, en particulier le piège ionique quadripolaire linéaire, sauf qu'il est conçu pour passer les ions non capturé plutôt que de percevoir les piégés, et c'est pour cette raison visée comme un quadripôle de transmission. Une variation commune du quadrupôle est le triple quadripôle. spectromètres de masse quadripolaire triple de trois quadripôles disposés parallèlement à ions entrant. Les premiers actes quadrupolaire un filtre de masse. Le deuxième acte quadrupolaire une cellule de collision où les ions sélectionnés sont divisés en fragments. Les fragments obtenus sont analysés par le quadripôle tiers.
* Piège à ions quadripolaire
Pour plus de détails sur ce sujet, voir piège à ions quadripolaire.

Le piège à ions quadripolaire fonctionne sur les mêmes principes physiques que l'analyseur de masse quadripolaire, mais les ions sont piégés et séquentiellement éjecté. Les ions sont créés et pris au piège dans un quadripôle principalement RF potentiel et séparées par m / Q, de façon non destructive ou destructive.

Il ya beaucoup de masse de séparation de charge / et les méthodes d'isolement, mais le plus couramment utilisé est le mode d'instabilité de masse dans laquelle le potentiel RF est inclinée de telle sorte que l'orbite des ions avec une masse un b> sont stables tandis que les ions de masse avec b deviennent instables et sont éjectés sur l'axe z sur un détecteur.

Ions peut également être éjecté par la méthode d'excitation de résonance, où une tension d'excitation supplémentaire oscillatoire est appliquée aux électrodes bouchon, et l'amplitude de la tension de piégeage et / ou la fréquence d'excitation de tension varie de façon à apporter des ions dans un état de résonance dans l'ordre de leur masse / rapport de charge. [21] [22]

Le spectromètre de masse d'ions cylindrique piège est un dérivé du spectromètre de masse à piège ionique quadripolaire.
* Piège ionique quadripolaire linéaire

Un piège à ions linéaire quadrupolaire est semblable à un piège à ions quadripolaire, mais il ions pièges dans un champ quadripolaire deux dimensions, au lieu d'un champ en trois dimensions quadrupolaire dans un piège ionique quadripolaire. LTQ Thermo Fisher («quadripôle piège linéaire") est un exemple de la trappe ionique linéaire [23].
* Transformée de Fourier de résonance cyclotronique ionique
Un spectromètre de masse FT-ICR
Pour plus de détails sur ce sujet, voir transformée de Fourier spectrométrie de masse.

Transformée de Fourier spectrométrie de masse (FTMS), ou plus précisément à transformée de Fourier d'ions à résonance cyclotron MS, les mesures de masse par la détection de l'image du courant produit par les ions cyclotroning en présence d'un champ magnétique. Au lieu de mesurer la déviation des ions avec un détecteur comme un multiplicateur d'électrons, les ions sont injectés dans un piège de Penning (statique électrique / piège à ions magnétique) où ils forment effectivement partie d'un circuit. Détecteurs à des positions fixes dans l'espace de mesurer le signal électrique d'ions qui passent près d'eux au fil du temps, la production d'un signal périodique. Comme la fréquence du cyclisme un ion est déterminée par son rapport masse sur charge, cela peut être déconvolué en effectuant une transformée de Fourier sur le signal. FTMS a l'avantage d'une grande sensibilité (puisque chaque ion est "compté" plus d'une fois) et la résolution beaucoup plus élevée et donc la précision. [24] [25]

Résonance cyclotronique ionique (ICR) est une technique ancienne de masse analyse semblable à FTMS, sauf que les ions sont détectés avec un détecteur traditionnel. Ions piégés dans un piège de Penning sont excités par un champ électrique RF jusqu'à ce qu'ils l'impact de la paroi de la cage, où le détecteur est situé. Ions de masses différentes sont résolus en fonction du temps d'impact.
* Orbitrap
Pour plus de détails sur ce sujet, voir Orbitrap.

Très semblable FTMS non magnétique a été réalisée, où les ions sont piégés électrostatique sur une orbite autour d'une centrale, électrode en forme de broche. La limite d'électrode les ions de telle sorte qu'ils orbite autour de l'électrode centrale et osciller long du grand axe de l'électrode centrale. Cette oscillation génère une image en cours dans les plaques de détecteur qui est enregistré par l'instrument. Les fréquences de ces courants sur l'image dépend de la masse à la charge des ratios des ions. Les spectres de masse sont obtenus par transformation de Fourier des courants image enregistrée.

Similaires à transformée de Fourier d'ions spectromètres de masse à résonance cyclotron, Orbitraps une haute précision en masse, de sensibilité et d'une bonne dynamique [26].
* Détecteur
Une particule dynode continue détecteur multiplicateur.

Le dernier élément du spectromètre de masse est le détecteur. Les dossiers détecteur soit la charge induite ou le courant produit quand un ion passe ou frappe une surface. Dans un instrument à balayage, le signal produit dans le détecteur au cours de l'analyse par rapport à où l'instrument est dans l'analyse (ce qui m / Q) va produire un spectre de masse, un record d'ions en fonction de m / Q.

En règle générale, un certain type de multiplicateur d'électrons est utilisé, bien que d'autres détecteurs, y compris des cages de Faraday et de détecteurs ioniques à photons sont également utilisés. Parce que le nombre d'ions de quitter l'analyseur de masse à un instant donné est généralement assez faible, une amplification considérable est souvent nécessaire pour obtenir un signal. détecteurs de plaque à microcanaux sont couramment utilisés dans les instruments modernes commercial. [27] Dans FTMS et Orbitraps, le détecteur se compose d'une paire de surfaces métalliques dans l'analyseur de masse / région piège à ions laquelle les ions ne passent près comme ils oscillent. Aucun courant continu est produit, seul un faible courant AC image est produite dans un circuit entre les électrodes. D'autres détecteurs inductifs ont également été utilisés [28].
* Caractéristiques Analyseurs
* Messe pouvoir de résolution

Le pouvoir de résolution de masse est la mesure de la capacité de distinguer deux pics de m légèrement différente / z.
* La précision de masse

La précision de la masse est le rapport de la m / z erreur de mesure de la vraie m / z. Habituellement mesurée en ppm ou en unités de masse milli.
* La gamme de masse

La gamme de masse est la gamme de m / z prêtent à une analyse par un analyseur donné.
* Linéaire dynamique

Le domaine de linéarité est la plage sur laquelle le signal d'ions est linéaire avec la concentration de l'analyte.
* Vitesse

Vitesse se réfère à la période de l'expérience et est finalement utilisé pour déterminer le nombre de spectres par unité de temps qui peuvent être générés.
* Spectrométrie de masse en tandem
Article détaillé: spectrométrie de masse en tandem

Un spectromètre de masse en tandem est l'un capable de multiples séries de spectrométrie de masse, généralement séparés par une certaine forme de fragmentation molécule. Par exemple, un analyseur de masse peut isoler un peptide de nombreux entrer dans un spectromètre de masse. Un analyseur de masse secondes puis se stabilise alors que les ions peptidiques entrent en collision avec un gaz, les obligeant à se fragmenter par dissociation induite par collision (CID). Un analyseur de masse troisième trie ensuite les fragments produits par les peptides. Tandem MS peut également être fait dans un analyseur de masse unique au fil du temps, comme dans un piège ionique quadripolaire. Il existe différentes méthodes pour la fragmentation des molécules pour le tandem MS, y compris dissociation induite par collision (CID), la dissociation par capture d'électrons (ECD), la dissociation de transfert d'électrons (ETD), la dissociation multiphotonique infrarouge (IRMPD) et noir infrarouge dissociation radiative (BIRD). Une application importante en utilisant la spectrométrie de masse en tandem est dans l'identification des protéines [29].

spectrométrie de masse en tandem permet une variété de séquences expérimentales. Beaucoup de spectromètres de masse commerciaux sont conçus pour accélérer l'exécution de ces séquences de routine que la surveillance seule réaction (SRM), suivi de réactions multiples (MRM), et de l'ion précurseur scan. En SRM, le premier analyseur ne permet qu'une seule masse par les moniteurs et deuxième analyseur pour un seul utilisateur défini ion fragment. MRM permet de l'utilisateur défini plusieurs ions fragments. SRM et MRM sont le plus souvent utilisé avec la numérisation des instruments où l'événement de masse seconde analyse est cyclique limitée. Ces expériences sont utilisés pour augmenter la spécificité de la détection de molécules connues, notamment dans les études pharmacocinétiques. ion précurseur analyse se réfère à la surveillance d'une perte spécifique de l'ion précurseur. Les analyseurs de masse premier et deuxième balayer le spectre partagé par un utilisateur défini m / z. Cette expérience est utilisé pour détecter des motifs spécifiques à l'intérieur des molécules inconnues.

Un autre type de spectrométrie de masse en tandem utilisé pour la datation au radiocarbone est Accelerator Mass Spectrometry (AMS), qui utilise de très hautes tensions, habituellement dans la gamme méga volt, pour accélérer des ions négatifs dans un type de spectromètre de masse en tandem.
* Common configurations spectromètre de masse et des techniques

Quand une configuration spécifique de la source, un analyseur, et le détecteur devient classique dans la pratique, souvent un acronyme composé se pose pour le désigner, et le sigle composé peut être mieux connu des nonspectrometrists que les acronymes composant. La quintessence de ce est MALDI-TOF, qui se réfère simplement à la combinaison d'un désorption laser assistée par matrice source d'ionisation / avec un analyseur de masse à temps de vol. Le surnom de MALDI-TOF est plus largement reconnue par les en spectrométrie de masse de non-MALDI TOF ou individuellement. D'autres exemples comprennent Spectrométrie de masse à plasma (ICP-MS), spectrométrie de masse par accélérateur (SMA), thermique par spectrométrie de masse à ionisation (TIMS) et la spectrométrie de masse source étincelle (SSMS). Parfois, l'utilisation des génériques "MS" connote effectivement un analyseur de masse très précis et un système de détection, comme c'est le cas avec l'AMS, qui est toujours en fonction du secteur.

Certaines applications de la spectrométrie de masse ont développé monikers que, même si à proprement parler semble se référer à une large application, dans la pratique, sont venus au lieu d'évoquer un particulier ou un nombre limité de configurations de l'appareil. Un exemple de ceci est la spectrométrie de masse (IRMS), qui fait référence dans la pratique à l'utilisation d'un nombre limité de secteurs analyseurs de masse en fonction, ce nom est utilisé pour désigner à la fois l'application et l'instrument utilisé pour l'application.
* Les techniques chromatographiques couplée à la spectrométrie de masse

Une amélioration importante de la masse et la masse résoudre déterminer les capacités de la spectrométrie de masse est de l'utiliser en tandem avec les techniques de séparation chromatographique.
* Chromatographie en phase gazeuse
Un chromatographe en phase gazeuse (à droite) directement couplé à un spectromètre de masse (à gauche)
Voir aussi: chromatographie en phase gazeuse / spectrométrie de masse

Une combinaison courante est la chromatographie gazeuse et spectrométrie de masse (GC / MS ou GC-MS). Dans cette technique, un chromatographe en phase gazeuse est utilisée pour séparer différents composés. Ce flux de composés séparés est alimenté en ligne dans la source d'ions, un filament métallique à laquelle la tension est appliquée. Ce filament émet des électrons qui ionisent les composés. Les ions peuvent alors fragmenter davantage, ce qui donne des modèles prévisibles. Intact ions et des fragments de passer dans l'analyseur du spectromètre de masse et est finalement détectée [30].
chromatographie en phase liquide *
Voir aussi: La chromatographie liquide / spectrométrie de masse

Similaires à chromatographie en phase gazeuse MS (GC / MS), chromatographie liquide / spectrométrie de masse (LC / MS ou LC-MS) sépare composés par chromatographie avant qu'ils ne soient introduits à la source d'ions et un spectromètre de masse. Il diffère du GC / MS en ce que la phase mobile est liquide, généralement un mélange de solvants organiques et l'eau, au lieu du gaz. Le plus souvent, une source d'ionisation par électrospray est utilisé dans LC / MS. Il ya aussi des techniques d'ionisation nouvellement développés comme le jet laser.
* De mobilité ionique
Voir aussi: mobilité ionique spectrométrie de spectrométrie de masse

spectrométrie de mobilité ionique / spectrométrie de masse (IMS / MS ou IMMS) est une technique où les ions sont d'abord séparés par des temps de dérive à travers des gaz neutre sous un gradient de potentiel électrique appliquée avant d'être introduits dans un spectromètre de masse [31]. Drift temps est une mesure du rapport le rayon de la charge de l'ion. Le cycle d'utilisation de l'IMS (le temps pendant lequel l'expérience a lieu) est plus longue que la plupart des techniques de spectrométrie de masse, tels que le spectromètre de masse pourrez déguster le long du parcours de la séparation IMS. Ce produit de données sur la séparation IMS et le rapport masse-charge des ions d'une manière similaire à la LC / MS [32].

Le cycle d'IMS est faible par rapport à la chromatographie liquide ou des séparations chromatographie en phase gazeuse et peut donc être couplé à de telles méthodes, la production de triple modalités telles que la CL / IMS / MS [33].
* Les données et l'analyse
Spectre de masse d'un peptide montrant la répartition isotopique
* Les représentations de données
Voir aussi: La spectrométrie de masse de données au format

La spectrométrie de masse produit différents types de données. La représentation la plus commune de données est le spectre de masse.

Certains types de données de spectrométrie de masse sont les mieux représentés comme un chromatogramme de masse. Types de chromatogrammes incluent une sélection de détection d'ions (SIM), courant ionique total (TIC), et certains chromatogramme surveillance de la réaction (SRM), parmi beaucoup d'autres.

D'autres types de données de spectrométrie de masse sont bien représentées comme une carte de contours en trois dimensions. Dans cette forme, la masse-charge, m / z est sur l'axe des x, l'intensité de l'axe des y, et un paramètre supplémentaire expérimentales, comme le temps, est enregistré sur l'axe z.
* L'analyse des données

Notions de base

La spectrométrie de masse d'analyse des données est un sujet complexe qui est très spécifique au type d'expérience la production des données. Il ya des subdivisions générale des données qui sont fondamentales pour la compréhension des données.

spectromètres de masse Beaucoup de travail en mode d'ions négatifs ou en mode d'ions positifs. Il est très important de savoir si les ions observés sont négativement ou positivement chargée. Cela est souvent important dans la détermination de la masse neutre, mais elle indique aussi quelque chose sur la nature des molécules.

Différents types de résultat source d'ions dans des tableaux différents de fragments produits par les molécules d'origine. Une source d'ionisation d'électrons produit de nombreux fragments, et surtout un seul accusé (1 -) des espèces, alors que d'une source électrospray produit habituellement espèces quasimolecular qui peut être à plusieurs charges. spectrométrie de masse tandem produit délibérément fragment post ions-source et peuvent changer radicalement le type de données réalisée par une expérience.

En compréhension de l'origine d'un échantillon, certaines attentes peut supposer que les molécules composant de l'échantillon et leur fragmentation. Un échantillon d'une synthèse / processus de fabrication sera probablement contenir des impuretés chimiquement lié à l'élément cible. Un échantillon relativement grossièrement préparée biologique sera probablement contenir une certaine quantité de sel, qui peuvent former des adduits avec les molécules d'analyte dans certaines analyses.

Les résultats peuvent aussi dépendre en grande partie sur la façon dont l'échantillon a été préparé et comment il a été exécuté / introduit. Un exemple important est la question de la matrice qui est utilisé pour repérer MALDI, car une grande partie de l'énergétique de la désorption événement ionisation / est contrôlée par la matrice plutôt que la puissance du laser. Parfois, les échantillons sont dopés avec des ions de sodium ou d'une autre porte-espèces à produire plutôt que de produits d'addition d'une espèce protonée.

La plus grande source d'ennuis quand en spectrométrie de masse non-essayer de procéder à la spectrométrie de masse sur leurs propres ou de collaborer avec une spectrométrie de masse est insuffisante définition de l'objectif de recherche de l'expérience. définition adéquate de l'objectif expérimental est une condition préalable à la collecte des données appropriées et l'interpréter avec succès. Parmi les décisions qui peuvent être atteints avec la spectrométrie de masse sont de masse moléculaire, structure moléculaire, et la pureté de l'échantillon. Chacune de ces questions nécessite une procédure différente expérimentales. Il suffit de demander un "spectre de masse" ne sera probablement pas répondre à la vraie question à portée de main.

Interprétation des spectres de masse
Article détaillé: analyse du spectre de masse

Depuis la structure précise ou une séquence peptidique de la molécule est déchiffrée par l'ensemble des masses des fragments, l'interprétation des spectres de masse nécessite l'utilisation combinée de différentes techniques. Habituellement, la première stratégie pour identifier un composé inconnu est de comparer son spectre de masse expérimental contre une bibliothèque de spectres de masse. Si la recherche est en place vide, alors l'interprétation manuelle [34] ou un logiciel d'interprétation assistée des spectres de masse sont effectuées. simulation informatique des processus d'ionisation et de fragmentation se produisent dans un spectromètre de masse est l'outil principal pour l'attribution séquence structure ou d'un peptide à une molécule. Une information a priori structurel est fragmenté in silico et le modèle obtenu est comparé avec le spectre observé. Cette simulation est souvent pris en charge par une bibliothèque de fragmentation [35] qui contient les circuits publiés dans des réactions de décomposition connue. Logiciel de prendre avantage de cette idée a été développée pour les deux petites molécules et des protéines.

Une autre façon d'interpréter les spectres de masse implique des spectres de masse exacte. Une valeur du rapport masse-charge (m / z) avec une précision entier ne peut représenter un très grand nombre de structures d'ions théoriquement possible. Les chiffres de masse plus précis de réduire considérablement le nombre de formules moléculaires candidat, mais chacun peut encore représenter grand nombre de composés structurellement divers. Un algorithme appelé générateur de formule calcule toutes les formules moléculaires qui, théoriquement, forme une masse donnée avec une tolérance spécifiée.

Une technique récente pour élucidation de la structure en spectrométrie de masse, appelé empreintes ion précurseur identifie différents morceaux de l'information structurelle en effectuant une recherche des spectres en tandem de la molécule à l'étude avec une bibliothèque des spectres produit-ion des ions précurseurs caractérisé la structure.
Applications *
* Rapport isotopique MS: isotope de rencontres et de suivi
Spectromètre de masse pour déterminer le rapport isotopique 16O/18O et 12C/13C de carbonate biogène
Article détaillé: spectrométrie de masse de rapport isotopique

spectrométrie de masse est également utilisé pour déterminer la composition isotopique des éléments dans un échantillon. Differences in mass among isotopes of an element are very small, and the less abundant isotopes of an element are typically very rare, so a very sensitive instrument is required. These instruments, sometimes referred to as isotope ratio mass spectrometers (IR-MS), usually use a single magnet to bend a beam of ionized particles towards a series of Faraday cups which convert particle impacts to electric current. A fast on-line analysis of deuterium content of water can be done using Flowing afterglow mass spectrometry, FA-MS. Probably the most sensitive and accurate mass spectrometer for this purpose is the accelerator mass spectrometer (AMS). Isotope ratios are important markers of a variety of processes. Some isotope ratios are used to determine the age of materials for example as in carbon dating. Labeling with stable isotopes is also used for protein quantification. (see protein characterization below)
* Trace gas analysis

Several techniques use ions created in a dedicated ion source injected into a flow tube or a drift tube: selected ion flow tube (SIFT-MS), and proton transfer reaction (PTR-MS), are variants of chemical ionization dedicated for trace gas analysis of air, breath or liquid headspace using well defined reaction time allowing calculations of analyte concentrations from the known reaction kinetics without the need for internal standard or calibration.
* Atom probe
Main article: Atom probe

An atom probe is an instrument that combines time-of-flight mass spectrometry and field ion microscopy (FIM) to map the location of individual atoms.
* Pharmacokinetics
Main article: Pharmacokinetics

Pharmacokinetics is often studied using mass spectrometry because of the complex nature of the matrix (often blood or urine) and the need for high sensitivity to observe low dose and long time point data. The most common instrumentation used in this application is LC-MS with a triple quadrupole mass spectrometer. Tandem mass spectrometry is usually employed for added specificity. Standard curves and internal standards are used for quantitation of usually a single pharmaceutical in the samples. The samples represent different time points as a pharmaceutical is administered and then metabolized or cleared from the body. Blank or t=0 samples taken before administration are important in determining background and insuring data integrity with such complex sample matrices. Much attention is paid to the linearity of the standard curve; however it is not uncommon to use curve fitting with more complex functions such as quadratics since the response of most mass spectrometers is less than linear across large concentration ranges.[36][37][38]

There is currently considerable interest in the use of very high sensitivity mass spectrometry for microdosing studies, which are seen as a promising alternative to animal experimentation.
* Protein characterization
Main article: Protein mass spectrometry

Mass spectrometry is an important emerging method for the characterization of proteins. The two primary methods for ionization of whole proteins are electrospray ionization (ESI) and matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI). In keeping with the performance and mass range of available mass spectrometers, two approaches are used for characterizing proteins. In the first, intact proteins are ionized by either of the two techniques described above, and then introduced to a mass analyzer. This approach is referred to as "top-down" strategy of protein analysis. In the second, proteins are enzymatically digested into smaller peptides using proteases such as trypsin or pepsin, either in solution or in gel after electrophoretic separation. Other proteolytic agents are also used. The collection of peptide products are then introduced to the mass analyzer. When the characteristic pattern of peptides is used for the identification of the protein the method is called peptide mass fingerprinting (PMF), if the identification is performed using the sequence data determined in tandem MS analysis it is called de novo sequencing. These procedures of protein analysis are also referred to as the "bottom-up" approach.
* Space exploration

As a standard method for analysis, mass spectrometers have reached other planets and moons. Two were taken to Mars by the Viking program. In early 2005 the Cassini-Huygens mission delivered a specialized GC-MS instrument aboard the Huygens probe through the atmosphere of Titan, the largest moon of the planet Saturn. This instrument analyzed atmospheric samples along its descent trajectory and was able to vaporize and analyze samples of Titan's frozen, hydrocarbon covered surface once the probe had landed. These measurements compare the abundance of isotope(s) of each particle comparatively to earth's natural abundance.[39]. Also onboard the Cassini-Huygens spacecraft is an ion and neutral mass spectrometer which has been taking measurements of Titan's atmospheric composition as well as the composition of Enceladus' plumes.

Mass spectrometers are also widely used in space missions to measure the composition of plasmas. For example, the Cassini spacecraft carries the Cassini Plasma Spectrometer (CAPS),[40] which measures the mass of ions in Saturn's magnetosphere.
* Respired gas monitor

Mass spectrometers were used in hospitals for respiratory gas analysis beginning around 1975 through the end of the century. Some are probably still in use but none are currently being manufactured.[41]

Found mostly in the operating room, they were a part of a complex system, in which respired gas samples from patients undergoing anesthesia were drawn into the instrument through a valve mechanism designed to sequentially connect up to 32 rooms to the mass spectrometer. A computer directed all operations of the system. The data collected from the mass spectrometer was delivered to the individual rooms for the anesthesiologist to use.

The uniqueness of this magnetic sector mass spectrometer may have been the fact that a plane of detectors, each purposely positioned to collect all of the ion species expected to be in the samples, allowed the instrument to simultaneously report all of the gases respired by the patient. Although the mass range was limited to slightly over 120 u, fragmentation of some of the heavier molecules negated the need for a higher detection limit.[42]