Масс-спектрометр (лабораторный масс-спектрометр) в основном состоит из системы ввода проб, источника ионов, масс-анализатора, детектора, вакуумной системы и системы анализа данных. Среди них источник ионов, масс-анализатор и программное обеспечение для анализа данных являются основными компонентами масс-спектрометрии, которые можно комбинировать с различными системами впрыска, образуя множество типов масс-спектрометрических анализаторов. Далее мы “разберем” масс-спектрометр, чтобы рассказать о принципе работы и функциях его основных компонентов.
ионный источник
Источник ионов — это устройство, которое ионизирует нейтральные атомы или молекулы и извлекает из них ионный пучок. Оно способно ионизировать молекулы исследуемого образца и объединять ионы в ионный пучок, обладающий определенной энергией и геометрической формой. Образцы могут быть обнаружены с помощью масс-спектрометрии только после ионизации с помощью ионного источника. В связи с разнообразием анализов образцов и различиями в требованиях к анализу методы и принципы ионизации веществ также варьируются.
Будучи наиболее распространенной моделью на рынке, система жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии в основном использует ионный источник атмосферного давления (API) в качестве источника ионов. Среди них источник ионов при атмосферном давлении (API) подразделяется на: электрическую распылительную ионизацию при атмосферном давлении (ESI), химическую ионизацию при атмосферном давлении (APCI) и фотоионизацию при атмосферном давлении (APPI). Система жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии (LC-MS) преобразует молекулярные соединения в жидкой фазе в заряженные ионы в газообразном состоянии, которые затем поступают в масс-анализатор.
Ионный источник является одним из наиболее важных компонентов масс-спектрометра, а конструкция его иглы и траектории прохождения играет решающую роль, влияя на такие ключевые характеристики, как эффективность ионизации, защита от загрязнения и эффективность пропускания образца. В результате это стало ключевым направлением технологических разработок для ведущих брендов, включая конструкцию распылительной иглы под углом 60 градусов, которая соответствует динамике воздушного потока и ускоряет газификацию; существуют также конструкции игл для ионных источников, которые не нацелены непосредственно на отверстие в конусе для проб, например, технология Zspark от компании Waters. Благодаря притяжению электрического поля распыляемая жидкость достигает отверстия конуса по траектории в форме буквы “Z”, что повышает устойчивость системы к загрязнению. В то же время конструкция камеры Zspark с возможностью нагрева также значительно ускоряет процесс ионизации образца.
Анализатор качества
Между источником ионов и детектором расположен масс-анализатор. Он разделяет заряженные ионы, поступающие из источника ионов, в зависимости от различных отношений заряда к массе и направляет их к детектору для определения содержания. Метод разделения изотопов разных элементов или одного и того же элемента на основе отношения заряда к массе заряженных ионов является основным принципом работы масс-спектрометра для определения содержания изотопов. Таким образом, рабочие характеристики масс-анализатора напрямую влияют на точность и достоверность результатов масс-спектрометра.
В практическом применении к основным типам масс-анализаторов относятся магнитный анализатор, квадрупольный анализатор (также известный как QQQ), ионно-ловушечный анализатор, анализатор с измерением времени пролета (TOF), масс-анализатор на основе ионного циклотронного резонанса (ICR) и т. д. В настоящее время в клинической масс-спектрометрии преобладают такие технические устройства, как тандемная масс-спектрометрия с тройным квадруполем и масс-спектрометрия с измерением времени пролета.
В настоящее время сложность клинических образцов предъявляет более высокие требования к качественным и количественным возможностям масс-спектрометров, что тесно связано с выбором масс-анализаторов. В последние годы ведущие компании, занимающиеся исследованиями и разработками в области масс-спектрометрии, внедрили ряд технологических инноваций в сфере масс-анализаторов.
Например, широкое применение технологии многоступенчатой тандемной масс-спектрометрии позволило значительно повысить общие рабочие характеристики масс-анализаторов. Технология тройной квадрупольной масс-спектрометрии обеспечивает каскадную функциональность, сохраняя при этом высокую количественную чувствительность квадруполя и повышая качественные возможности масс-спектрометрии. На рынке соответствующих технологий доминируют такие ведущие компании, как Waters, Thermo Fisher и Agilent. Применение технологии многоступенчатой тандемной масс-спектрометрии, основанной на последовательном соединении различных типов масс-анализаторов, позволяет лучше интегрировать и сбалансировать преимущества разных анализаторов в плане возможностей качественного и количественного анализа, скорости анализа, разрешения и чувствительности, а также оптимизировать систему в соответствии с различными аналитическими потребностями.
программное обеспечение для анализа данных
Программное обеспечение для анализа данных предназначено для анализа и обработки данных, полученных на раннем этапе, а также для вывода точных результатов. В связи с быстрым развитием технологий масс-спектрометрического оборудования и совместным применением знаний из различных дисциплин объем и сложность данных продолжают расти. Крупные предприятия и группы экспертов также разработали комплексные программные платформы для анализа данных, предназначенные для обработки и анализа масс-спектрометрических данных.
С учетом актуальности результатов клинических лабораторных исследований, пропускной способности по образцам и рабочего процесса компания Waters выпустила новейший программный модуль для обработки данных — MS Quan, который ориентирован на клинический рабочий процесс, обладает простым интерфейсом, предоставляет обширную информацию и позволяет значительно сократить время обработки данных, благодаря чему клиенты могут сэкономить больше времени и уделить больше внимания более значимой работе.