В этой статье мы сравним два способа анализа состава вещества в масс-спектрометрии: времяпролетный масс-спектрометр (TOF) и хромато-масс-спектрометр.
Что такое масс-спектрометрия и для чего она нужна
Масс-спектрометрия определяет состав вещества, массу иона, его заряд и структуру. Это метод, который позволяет измерять молекулы. Он применяется в химии, биологии, медицине, фармацевтике и материаловедении.
Разберемся, чем отличается времяпролетный масс-спектрометр (TOF-MS) от хромато-масс-спектрометра (GC-MS или LC-MS).
Как работает TOF-масс-спектрометр
В основе времяпролетного масс-спектрометра (TOF) заложен следующий принцип: частицы, заряженные после ионизации, получают одинаковую энергию независимо от их массы, и далее двигаются с постоянными скоростями от источника ионов в бесполевом пространстве к детектору. Чем меньше масса иона (точнее- m/z) — тем большую скорость он приобретает, выходя из источника ионов и, следовательно, быстрее достигнет детектора. Измерив время пролёта, прибор в соответствии с отношениями масс к заряду (m/z) зарегистрированных ионов отображает значения ионных токов исследуемых компонент последовательно на временной шкале в режиме реального времени, тем самым формируя масс-спектр.
Таким образом, TOF-масс-спектрометры «снимают» весь спектр практически мгновенно — за 50-100 микросекунд. Поэтому отпадает необходимость проводить сканирование по массам: прибор видит все массы сразу. Это делает TOF-системы невероятно быстрыми и чувствительными.
Принцип работы хромато-масс-спектрометра
Хромато-масс-спектрометр (чаще GC-MS или LC-MS) объединяет два прибора: хроматограф и масс-анализатор. Сначала смесь разделяется на отдельные компоненты в колонке — по летучести, полярности или другим свойствам. Потом каждый компонент по очереди попадает в масс-спектрометр для идентификации.
Такой подход даёт возможность разложить сложный образец на части и изучить каждую из них в деталях. Это особенно важно в аналитической химии, фармацевтике и экологии. Но есть и минус — разделение занимает время, поэтому весь анализ проходит значительно медленнее, чем в TOF.
10 преимуществ времяпролетных масс-спектрометров (TOF-MS) перед хромато-масс-спектрометрами
- Мгновенный результат. Времяпролетный масс-спектрометр (TOF) измеряет весь спектр за доли миллисекунды. Это удобно при изучении быстрых реакций и процессов, где важна каждая микросекунда.
- Нет сканирования. В отличие от квадрупольных систем, TOF регистрирует все ионы одновременно — чувствительность выше, а данные полнее.
- Минимум подготовки. Образец часто можно анализировать напрямую, без сложного разделения или дериватизации.
- Широкий диапазон масс. TOF легко «взвешивает» как лёгкие молекулы, так и белки массой в сотни килодальтон.
- Высокое разрешение. Современные отражательные времяпролетные масс-спектрометры TOF способны отличать молекулы, различающиеся на тысячные доли массы.
- Надёжность. В конструкции нет подвижных деталей, что снижает износ и делает прибор устойчивым в долгосрочной работе.
- Гибкость. TOF совместим с разными источниками ионов — от источника ионов в методе матрично-активированной лазерной десорбции/ионизации (MALDI) и с ионизацией электрораспылением (ESI) до лазерной десорбции.
- Большая пропускная способность. Анализ тысяч образцов подряд — привычная задача для времяпролетного масс-спектрометра (TOF).
- Полные данные. Каждый импульс фиксируется целиком, и к исходным данным можно вернуться в любой момент.
- Совместимость с современными методами. TOF легко интегрируется с MALDI-имиджингом, плазменным анализом и другими продвинутыми подходами.
В каких областях используют времяпролетные масс-спектрометры (TOF)
Времяпролетные масс-спектрометры (TOF) активно применяются там, где важны скорость измерения, контроль широкого диапазона масс и высокая точность. Это такие области исследований, как: взрывное горение, контроль кинетики термохимических реакций, лазерная десорбция, биотехнологии, протеомика, фармакология. Если же нужно быстро проверить состав неизвестного вещества — TOF справится идеально.
Газовые времяпролетные масс-спектрометры (кроме научных исследований) нашли применение при контроле многопоточного производства. Полный анализ одной точки отбора занимает не более полутра секунд, а если прибор встраивается в технологический цикл с десятью точками отбора, то полный анализ всех точек по всем компонентам составит не более тридцати секунд.
Хромато-масс-спектрометры, напротив, подходят для ситуаций, когда образец сложен и требует предварительного разделения. Они остаются незаменимыми при анализе многокомпонентных смесей, эфирных масел или лекарственных соединений.
Но если задача заключается в том, чтобы оперативно получить полную картину состава вещества, то преимущество остаётся за времяпролетными масс-спектрометрами.
