Тандемная масс-спектрометрия
Для получения структурной информации с помощью масс-спектрометрии молекула должна претерпеть фрагментацию с образованием ионов, значения m/z которых могут быть соотнесены со структурой. Вспомним, что методы «мягкой» ионизации, такие как FAB, MALDI и ЕSI, производят одиночные молекулярные ионы, энергии которых недостаточно для фрагментации. Однако фрагментация становится достижимой при использовании специальной камеры столкновений (от английского collision cell – CC) в тандемной масс-спектрометрии (MS/МS).
Рис. 8.11. Принцип тандемной масс-спектрометрии. MS1 и MS2 – первый и второй масс-спектрометры. СС – камера столкновений. Смесь пяти пептидов сканируется для получения спектров пяти (M+H)+ ионов, обозначенных на рисунке как (P1-P5). После сканирования только один отобранный ион (P4) проникает в камеру столкновений. Фрагменты (F1-F6), полученные в результате деструкции иона предшественника P4 (часть молекул которого сохраняет целостность), затем анализируются с помощью MS2 для записи спектра ионного продукта
Основным экспериментом в тандемной масс-спектрометрии является полное сканирование ионных продуктов. Ионы с определенным значением m/z отбираются в первом масс-спектрометре (MS1, рис. 8.11). Затем они попадают в камеру столкновений, обычно наполненную инертным газом. Ионы активируются в результате столкновений и фрагментируются. Ионные продукты фрагментации анализируются вторым масс-спектрометром (MS2), который рассчитан на сканирование заданного диапазона масс.Поскольку для записи всего спектра требуется всего лишь 1-2 минуты, можно настроить MS1 на регистрацию следующего иона предшественника и получить его спектр столкновений и т.д.
Существует два типа таких инструментов. Первый представляет собой два масс-спектрометра, работающих в тандеме. Часто используются комбинации двух квадруполей для масс-анализа или двух магнитных анализаторов, либо комбинации из одного магнитного и одного квадрупольного спектрометра. С этой точки зрения связка магнитного и электрического секторов может рассматриваться как тандемная масс-спектрометрия (MS с двойной фокусировкой).
Инструменты второго типа состоят из анализатора, который способен хранить ионы: масс-спектрометры с ионно-циклотронным резонансом и квадрупольной ионной ловушкой. Эти устройства позволяют отбирать определенные ионы, выбрасывая из ловушки все остальные. Далее происходит возбуждение отобранных ионов, их фрагментация в течение определенного времени, после чего фрагменты ионов наблюдаются в масс-спектре. Этот процесс может быть повторен, чтобы проанализировать фрагменты фрагментов.
Альтернативный подход заключается в использовании тройной квадрупольной схемы (рис. 8.12), которая, несмотря на низкую чувствительность и узкий диапазон масс, является гораздо более дешевой. Первый квадруполь Q1 используется в качестве масс-анализатора, отобранный пик вводится в ячейку столкновений (CC), а продукты деструкции анализируются во втором квадруполе Q2.
Для проведения тандемного анализа масс с квадрупольным прибором,
необходимо разместить три квадруполя в ряд.
Рис. 8.12. Схема тройной квадрупольной системы. Q1 и Q2 – первая и вторая квадрупольные системы. Третий квадруполь q используется в качестве ячейки столкновений. Такая конфигурация имеет название Q1qQ2
Существуют также «гибридные» инструменты, называемые так потому, что в них сочетаются магнитные сектора, квадруполи и времяпролетные инструменты в линейной и ортогональной проекциях.
Использование тандемных гибридных масс-спектрометров необходимо для исследования сложных смесей ионов, как в случае карбогидратов (Лекция 8).