ÚVOD DO TANDEMOVÉ HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE
Vědecké články | 2020 | Chemické listyInstrumentace
Ve vědecké i aplikační praxi analytické chemie představuje tandemová hmotnostní spektrometrie (THS) klíčový nástroj pro hloubkovou strukturní analýzu molekul, kvalitativní i kvantitativní určení složek v komplexních směsích a pro výzkum fyzikálně-chemických vlastností iontů. Díky možnosti selektivní fragmentace je THS nezbytná v proteomice, farmaceutických a environmentálních aplikacích, v QA/QC i v klinické diagnostice.
Cílem referátu je uvést teoretické základy a praktické provedení THS ve dvou základních režimech – v prostoru (dvěma či více analyzátory za sebou) a v čase (iontové pasti) – a systematicky představit hlavní metody aktivace iontů, jejich mechanismy i přístrojové uspořádání. Přehled doplňuje katalog scanovacích režimů a ukázky aplikací od základního výzkumu po rutinní analýzy.
Veškeré experimenty THS vycházejí ze tří kroků: izolace prekurzoru, selektivní aktivace a analýza fragmentů. Aktivace lze rozdělit do čtyř kategorií:
Rozlišení THS v prostoru a v čase umožňuje cílenou selekci a fragmentaci iontů s vysokou specifitou:
THS se stala standardní metodou v proteomice, metabolomice, klinické chemii, monitoringu životního prostředí, v potravinářské a farmaceutické analýze. Díky vysoké citlivosti a selektivitě při sledování SRM/MRM přechodů poskytuje spolehlivou kvantifikaci i ve složitých matricích.
Vývoj THS směřuje k automatizaci ladění SRM přechodů, real-time rozhodování v iontových pastech, širšímu využití hybridních přístrojů kombinujících kvadrupóly, ICR, TOF a iontovou mobilitu, k rozvoji akčních spektroskopických metod (NRMS, UVPD ve vysokém rozlišení) a k integraci s pokročilou datovou analýzou pomocí AI a databázových vyhledávačů.
Tandemová hmotnostní spektrometrie nabízí rozmanitou paletu aktivačních metod a konfigurací analyzátorů umožňujících získat kvalitativní, kvantitativní a strukturální informace o molekulách i komplexních směsích. Rychlý rozvoj instrumentace a softwaru dále rozšiřuje její uplatnění v základním výzkumu i v rutinních laboratorních postupech.
1. Sekiya S., Nagoshi K., Iwamoto S., Tanaka K., Takayama M.: J. Am. Soc. Mass Spectrom. 26, 1588 (2015).
2. Sleno L., Volmer D. A.: J. Mass Spectrom. 39, 1091 (2004).
3. McLuckey S. A.: J. Am. Soc. Mass Spectrom. 3, 599 (1992).
4. Wysocki V. H., Kenttamaa H. I., Cooks R. G.: Int. J. Mass Spectrom. Ion Processes 75, 181 (1987).
5. Wright P. J., Zhang J., Douglas D. J.: J. Am. Soc. Mass Spectrom. 19, 1906 (2008).
6. Holmes J. L.: Org. Mass Spectrom. 20, 169 (1985).
7. McLafferty F. W., Tureček F.: Interpretation of Mass Spectra, 4th ed., Univ. Science Books 1993.
8. Gross J. H.: Mass Spectrometry, 2nd ed., Springer 2011.
9. Laskin J.: Eur. J. Mass Spectrom. 21, 377 (2015).
10. Cooks R. G., Ast T., Mabud Md. A.: Int. J. Mass Spectrom. Ion Processes 100, 209 (1990).
11. Nikolaev E. N. et al.: Int. J. Mass Spectrom. 212, 535 (2001).
12. Mikhailov V. A., Cooper H. J.: J. Am. Soc. Mass Spectrom. 20, 763 (2009).
13. Zubarev R. A. et al.: Anal. Chem. 72, 563 (2000).
14. Syka J. E. P. et al.: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 101, 9528 (2004).
15. Schwartz J. C. et al.: J. Am. Soc. Mass Spectrom. 13, 659 (2002).
16. Tureček F., Julian R. R.: Chem. Rev. 113, 6691 (2013).
17. Savitski M. M. et al.: Angew. Chem., Int. Ed. 45, 5301 (2006).
18. Dunbar R. C.: Mass Spectrom. Rev. 23, 127 (2004).
19. Robotha S. A., Brodbelt J. S.: J. Am. Soc. Mass Spectrom. 26, 1570 (2015).
20. Swaney D. L. et al.: Nat. Methods 5, 959 (2008).
21. McLafferty F. W., Tureček F.: Interpretation of Mass Spectra (op. cit.).
22. McLafferty F. W.: Science 247, 925 (1990).
23. Tureček F. et al.: J. Am. Soc. Mass Spectrom. 3, 493 (1992).
24. Schalley C. A. et al.: Chem. Soc. Rev. 27, 91 (1998).
25. Herman Z.: Int. J. Mass Spectrom. 212, 413 (2001).
26. Polfer N. C., Dugourd P. (ed.): Laser Photodissociation and Spectroscopy of Mass-Separated Biomolecular Ions, Springer 2013.
GC/MSD, GC/MS/MS, LC/MS, LC/MS/MS
ZaměřeníVýrobceSouhrn
Význam tématu
Ve vědecké i aplikační praxi analytické chemie představuje tandemová hmotnostní spektrometrie (THS) klíčový nástroj pro hloubkovou strukturní analýzu molekul, kvalitativní i kvantitativní určení složek v komplexních směsích a pro výzkum fyzikálně-chemických vlastností iontů. Díky možnosti selektivní fragmentace je THS nezbytná v proteomice, farmaceutických a environmentálních aplikacích, v QA/QC i v klinické diagnostice.
Cíle a přehled článku
Cílem referátu je uvést teoretické základy a praktické provedení THS ve dvou základních režimech – v prostoru (dvěma či více analyzátory za sebou) a v čase (iontové pasti) – a systematicky představit hlavní metody aktivace iontů, jejich mechanismy i přístrojové uspořádání. Přehled doplňuje katalog scanovacích režimů a ukázky aplikací od základního výzkumu po rutinní analýzy.
Použitá metodika a instrumentace
Veškeré experimenty THS vycházejí ze tří kroků: izolace prekurzoru, selektivní aktivace a analýza fragmentů. Aktivace lze rozdělit do čtyř kategorií:
- Ze srážek: CID (collision induced dissociation) v kvadrupólech, FT-ICR-MS, TOF, sektorových přístrojích; SID (surface induced dissociation).
- Snížením náboje: ETD (electron transfer dissociation) v iontových pastech; ECD (electron capture dissociation) v ICR buňkách.
- Fotony: IRMPD (infrared multiphoton dissociation) v ICR a pastech; UVPD (ultraviolet photodissociation) v TOF a FT-ICR-MS.
- Termálně či černým tělesem: BIRD pro přesné stanovení aktivačních energií.
- QqQ, QqTOF, Q-LIT, kvadrupól–iontová past–FT-ICR, sektor–Q, tandem-TOF, reTOF.
- Iontové pasti RF a FT-ICR-MS pro THS v čase.
Hlavní výsledky a diskuse
Rozlišení THS v prostoru a v čase umožňuje cílenou selekci a fragmentaci iontů s vysokou specifitou:
- THS v prostoru: první analyzátor vybírá prekurzor, mezi analyzátory probíhá aktivace, druhý analyzátor měří fragmenty.
- THS v čase: izolace a aktivace v pasti, opakované MSn experimenty, tvorba fragmentačních stromů.
- Product ion scan, neutral loss scan, precursor scan, SRM/MRM (selected/multiple reaction monitoring).
Přínosy a praktické využití metody
THS se stala standardní metodou v proteomice, metabolomice, klinické chemii, monitoringu životního prostředí, v potravinářské a farmaceutické analýze. Díky vysoké citlivosti a selektivitě při sledování SRM/MRM přechodů poskytuje spolehlivou kvantifikaci i ve složitých matricích.
Budoucí trendy a možnosti využití
Vývoj THS směřuje k automatizaci ladění SRM přechodů, real-time rozhodování v iontových pastech, širšímu využití hybridních přístrojů kombinujících kvadrupóly, ICR, TOF a iontovou mobilitu, k rozvoji akčních spektroskopických metod (NRMS, UVPD ve vysokém rozlišení) a k integraci s pokročilou datovou analýzou pomocí AI a databázových vyhledávačů.
Závěr
Tandemová hmotnostní spektrometrie nabízí rozmanitou paletu aktivačních metod a konfigurací analyzátorů umožňujících získat kvalitativní, kvantitativní a strukturální informace o molekulách i komplexních směsích. Rychlý rozvoj instrumentace a softwaru dále rozšiřuje její uplatnění v základním výzkumu i v rutinních laboratorních postupech.
Reference
1. Sekiya S., Nagoshi K., Iwamoto S., Tanaka K., Takayama M.: J. Am. Soc. Mass Spectrom. 26, 1588 (2015).
2. Sleno L., Volmer D. A.: J. Mass Spectrom. 39, 1091 (2004).
3. McLuckey S. A.: J. Am. Soc. Mass Spectrom. 3, 599 (1992).
4. Wysocki V. H., Kenttamaa H. I., Cooks R. G.: Int. J. Mass Spectrom. Ion Processes 75, 181 (1987).
5. Wright P. J., Zhang J., Douglas D. J.: J. Am. Soc. Mass Spectrom. 19, 1906 (2008).
6. Holmes J. L.: Org. Mass Spectrom. 20, 169 (1985).
7. McLafferty F. W., Tureček F.: Interpretation of Mass Spectra, 4th ed., Univ. Science Books 1993.
8. Gross J. H.: Mass Spectrometry, 2nd ed., Springer 2011.
9. Laskin J.: Eur. J. Mass Spectrom. 21, 377 (2015).
10. Cooks R. G., Ast T., Mabud Md. A.: Int. J. Mass Spectrom. Ion Processes 100, 209 (1990).
11. Nikolaev E. N. et al.: Int. J. Mass Spectrom. 212, 535 (2001).
12. Mikhailov V. A., Cooper H. J.: J. Am. Soc. Mass Spectrom. 20, 763 (2009).
13. Zubarev R. A. et al.: Anal. Chem. 72, 563 (2000).
14. Syka J. E. P. et al.: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 101, 9528 (2004).
15. Schwartz J. C. et al.: J. Am. Soc. Mass Spectrom. 13, 659 (2002).
16. Tureček F., Julian R. R.: Chem. Rev. 113, 6691 (2013).
17. Savitski M. M. et al.: Angew. Chem., Int. Ed. 45, 5301 (2006).
18. Dunbar R. C.: Mass Spectrom. Rev. 23, 127 (2004).
19. Robotha S. A., Brodbelt J. S.: J. Am. Soc. Mass Spectrom. 26, 1570 (2015).
20. Swaney D. L. et al.: Nat. Methods 5, 959 (2008).
21. McLafferty F. W., Tureček F.: Interpretation of Mass Spectra (op. cit.).
22. McLafferty F. W.: Science 247, 925 (1990).
23. Tureček F. et al.: J. Am. Soc. Mass Spectrom. 3, 493 (1992).
24. Schalley C. A. et al.: Chem. Soc. Rev. 27, 91 (1998).
25. Herman Z.: Int. J. Mass Spectrom. 212, 413 (2001).
26. Polfer N. C., Dugourd P. (ed.): Laser Photodissociation and Spectroscopy of Mass-Separated Biomolecular Ions, Springer 2013.
Podobná PDF
CHEMIE IONTŮ V PLYNNÉ FÁZI: ZÁKLADNÍ POJMY
2020||Vědecké články
Chem. Listy 114, 89−95 (2020) Referát CHEMIE IONTŮ V PLYNNÉ FÁZI: ZÁKLADNÍ POJMY neboli molekulárním iontem (M+●). To je vyjádřeno rovnicí (2): František Tureček Department of Chemistry, University of Washington, Seattle, WA, USA [email protected] M → M+● + e– (2)…
Klíčová slova
iead, ieadenergie, energiereferát, referátenergií, energiíelektronu, elektronuprotonu, protonukee, keeiontu, iontuiontových, iontovýchrozpadu, rozpaduiontů, iontůjsou, jsoupřenosu, přenosufragmentů, fragmentůplynné
URČENÍ POLOH NÁSOBNÝCH VAZEB V LIPIDECH POMOCÍ HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE. ČÁST I
2023|Agilent Technologies|Vědecké články
Referát www.chemicke-listy.cz URČENÍ POLOH NÁSOBNÝCH VAZEB V LIPIDECH POMOCÍ HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE. ČÁST I Štěpán Strnad, Vladimír Vrkoslav a Josef Cvačka Ústav organické chemie a biochemie Akademie věd České republiky, Flemingovo nám. 2, 166 10 Praha 6, Česká republika [email protected] Došlo…
Klíčová slova
ozid, ozidpro, prolipidů, lipidůiontů, iontůřetězcích, řetězcíchdvojné, dvojnémobilitní, mobilitnífragmentaci, fragmentacivazeb, vazebnáboje, nábojevazby, vazbyionty, iontydvojných, dvojnýchspektrometrie, spektrometrielipidy
DOPLŇKOVÉ METODY V HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRII
2020||Vědecké články
Chem. Listy 114, 126−132 (2020) Referát DOPLŇKOVÉ METODY V HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRII František Tureček chemických principů iontové reaktivity. Například přítomnost dvou iontů ve spektru, jejichž m/z se liší o 15 jednotek, ukazuje na ztrátu methylové skupiny z iontu, z čehož se…
Klíčová slova
stavu, stavuiontů, iontůreferát, referátiontu, iontuzáření, zářenídisociaci, disociacienergie, energieenergii, energiiiontech, iontechživota, životaspektrometrie, spektrometriehmotnostní, hmotnostníams, amsjsou, jsouanalýza
HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE VE STRUKTURNÍ BIOLOGII: URČOVÁNÍ VYŠŠÍ STRUKTURY PROTEINŮ A PROTEINOVÝCH KOMPLEXŮ
2020||Vědecké články
Chem. Listy 114, 187−199 (2020) Referát HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE VE STRUKTURNÍ BIOLOGII: URČOVÁNÍ VYŠŠÍ STRUKTURY PROTEINŮ A PROTEINOVÝCH KOMPLEXŮ Tomáš Vaisar určenou strukturou. Tento dynamický charakter proteinových struktur představuje podstatnou překážku pro určení struktury pomocí rentgenové krystalografie nebo NMR, neboť v…
Klíčová slova
proteinů, proteinůproteinu, proteinuhmotnostní, hmotnostníreferát, referátkomplexů, komplexůjsou, jsouspektrometrie, spektrometriezesítění, zesítěníproteinových, proteinovýchtak, takpak, pakčinidla, činidlasíťovací, síťovacízesítěných, zesítěnýchnebo