Общая архитектура масс-спектрометра

Первый масс-спектрометр был построен в 1913 году, когда Дж. Дж. Томпсон предложил использовать постоянные магнитные и электрические поля для разделения двух изотопов благородного газа Ne, используя различие в поведении заряженных частиц с разным импульсом и энергией в электромагнитном поле. В любом масс-спектрометре ионы сначала переводятся в газовую фазу, затем разгоняют до определенной скорости в электромагнитном поле, разделяют в масс-анализаторе, а затем детектируют и получают масс-спектр. Поэтому все масс-спектрометры состоят из пяти основных частей: впрыскивателя образца, ионизационной камеры, масс-анализатора, детектора ионов и блока обработки данных (рис. 8.1).

 

 

 

Рис. 8.1. Схема основных блоков масс-спектрометра

 

Система введения образца состоит из устройства, осуществляющего впрыск раствора, зондов для инъекции малолетучих жидкостей и различных хроматографических приспособлений. Органические вещества в большинстве случаев представляют собой многокомпонентные смеси. Задача масс-спектрометрии состоит в том, чтобы определить сколько и какие компоненты составляют органическое вещество. Для этого идеальным является объединение хроматографии с масс-спектрометрией. Газовая хроматография как нельзя лучше подходит для совмещения с ионным источником электронной или химической ионизации масс-спектрометра, поскольку в колонке хроматографа вещества уже находятся в газовой фазе. Приборы, в которых масс-спектрометрический детектор скомбинирован с газовым хроматографом, называются хромато-масс-спектрометрами.

Большинство биологических макромолекул невозможно разделить на компоненты с помощью газовой хроматографии, но можно сделать это помощью жидкостной хроматографии. Для сочетания жидкостной хроматографии с масс-спектрометрией сегодня используют источники ионизации с электраспылением (ESI) и химической или фотонной ионизацией при атмосферном давлении (APCI и APPI). Комбинацию жидкостных хроматографов с масс-спектрометрами называют LC/MS. До недавнего времени самые мощные системы для органического анализа, востребованные современной протеомикой, строились на основе сверхпроводящего магнита и работали по принципу ионно-циклотронного резонанса. Они носят название FT/MS, поскольку в них используется фурье-преобразование сигнала. Недавно они получили мощного конкурента в лице орбитальной ловушки, которая для своей работы не требует сверхпроводящего магнита, но также использует фурье-преобразование сигнала.

Начнем с общих характеристик масс-спектрометров, которые должны приниматься во внимание при постановке того или иного эксперимента. К ним, в первую очередь относятся: чувствительность, динамический диапазон и скорость сканирования.