Kütle spektrometrisi, İngilizce: Mass spectrometry (MS), kimyasal türleri iyonize edip oluşan iyonları Kütle-yük oranını esas alarak sıralayan bir analitik teknik. Daha basit terimler ile, bir kütle spektrumu bir numunen içindeki kütleleri ölçer. Kütle spektrometrisi birçok farklı alanda kullanılır ve kompleks karışımlara uygulandığı kadar saf numunelere de uygulanır.
Sektör enstrümanı, kütle analizörü olarak statik elektrik veya manyetik sektör veya ikisinin bir kombinasyonunu kullanan bir kütle spektrometresi sınıfı için kullanılan genel bir terimdir. Bu sektörlerin popüler bir kombinasyonu BEB (manyetik-elektrik-manyetik) olmuştur. Çoğu modern sektör enstrümanı, çift odaklı enstrümanlardır, iyon ışınlarını hem yöne hem de hıza odaklarlar.
Elektrosprey iyonizasyon, bir aerosol oluşturmak için bir sıvıya yüksek voltajın uygulandığı bir elektrosprey kullanarak iyon üretmek için kütle spektrometresinde kullanılan bir tekniktir. Özellikle makromoleküllerden iyon üretiminde faydalıdır çünkü iyonize edildiğinde bu moleküllerin parçalanma eğiliminin üstesinden gelir.
Kütle spektrometrisinde, matris destekli lazer desorpsiyon/iyonizasyonu (MALDI), minimum parçalanma ile büyük moleküllerden iyonlar oluşturmak için bir lazer enerjisi emici matris kullanan bir iyonizasyon tekniğidir. Daha geleneksel iyonizasyon yöntemleriyle iyonize edildiğinde kırılgan olma ve parçalanma eğiliminde olan biyomoleküllerin ve büyük organik moleküllerin analizinde uygulanmıştır. Gaz fazında büyük moleküllerin iyonlarını elde etmenin nispeten yumuşak bir yolu olması bakımından elektrosprey iyonizasyonuna (ESI) benzer, ancak MALDI tipik olarak çok daha az sayıda çok-yüklü iyon üretir.
Kimyasal iyonizasyon, kütle spektrometresinde kullanılan yumuşak bir iyonizasyon tekniğidir. İlk olarak Burnaby Munson ve Frank H. Field tarafından 1966'da tanıtıldı. Bu teknik, gaz iyon molekülü kimyasının bir dalıdır. Reaktif gaz molekülleri elektron iyonizasyonu ile iyonize edilir ve bunu takiben iyonlaşmayı sağlamak için gaz fazındaki analit molekülleri ile reaksiyona girerler. Negatif kimyasal iyonizasyon, yük değişimli kimyasal iyonizasyon ve atmosferik basınçlı kimyasal iyonizasyon, bu tekniğin yaygın varyasyonlarından bazılarıdır. CI, organik bileşiklerin tanımlanması, yapılarının aydınlatılması ve miktar tayininde birkaç önemli uygulamaya sahiptir. Analitik kimyadaki uygulamaların yanı sıra, kimyasal iyonizasyonun faydaları biyokimyasal, biyolojik ve tıbbi alanlara da uzanmaktadır.
Kıvılcım iyonizasyonu katı bir örnekten gaz fazı iyonları üretmek için kullanılan bir yöntemdir. Hazırlanan katı numune buharlaştırılır ve aralıklı bir deşarj veya kıvılcım ile kısmen iyonize edilir. Bu teknik öncelikle kütle spektrometresi alanında kullanılmaktadır. Bir kütle spektrometresi ile birleştirildiğinde, tüm cihaz, kıvılcım iyonizasyon kütle spektrometresi veya kıvılcım kaynağı kütle spektrometresi olarak adlandırılır.
Hızlı atom bombardımanı, yüksek enerjili atomlardan oluşan bir ışının iyonlar oluşturmak için bir yüzeye çarptığı kütle spektrometrisinde kullanılan bir iyonizasyon tekniğidir. Michael Barber tarafından 1980 yılında Manchester Üniversitesi'nde geliştirilmiştir. Atomlar yerine yüksek enerjili iyon demeti kullanıldığında (ikincil iyon kütle spektrometrisinde olduğu gibi, yöntem sıvı ikincil iyon kütle spektrometrisi olarak adlandırlır. FAB ve LSIMS' de analiz edilecek malzeme matris adı verilen uçucu olmayan kimyasal koruma ortamı ile karıştırılır ve yüksek enerjili atom ışınıyla vakum altında bombardımana tutulur. Atomlar tipik olarak argon veya ksenon gibi bir inert gazlardandır. Yaygın matrisler arasında gliserol, tiogliserol, 3-nitrobenzil alkol, 18-taç-6 eter, 2-nitrofeniloktil eter, sülfolan, dietanolamin ve trietanolamin bulunur. Bu teknik, ikincil iyon kütle spektrometrisi ve plazma desorpsiyon kütle spektrometrisine benzer.
Silikon üzerinde desorpsiyon/iyonizasyon (DIOS), kütle spektrometresi analizi için gaz fazı iyonları oluşturmak amacı ile kullanılan yumuşak bir lazer desorpsiyon yöntemidir. DIOS, ilk yüzey tabanlı yüzey destekli lazer desorpsiyon/iyonizasyon yaklaşımı olarak kabul edilir. Önceki yaklaşımlar, bir gliserol matrisinde nanopartiküller kullanılarak gerçekleştirilmiştir, DIOS ise nano yapılı bir yüzey üzerine bir numunenin biriktirildiği ve numunenin lazer ışığı enerjisinin adsorpsiyonu yoluyla nanoyapılı yüzeyden doğrudan desorbe edildiği matris içermeyen bir tekniktir. DIOS, organik molekülleri, metabolitleri, biyomolekülleri ve peptitleri analiz etmek ve nihayetinde dokuları ve hücreleri görüntülemek için kullanılmıştır.
İkincil iyon kütle spektrometrisi, numunenin yüzeyini odaklanmış bir birincil iyon ışınıyla püskürterek ve ortaya çıkan ikincil iyonları toplayıp analiz ederek katı yüzeylerin ve ince filmlerin bileşimini analiz etmek için kullanılan bir tekniktir. İkincil iyonların kütle/yük oranları bir kütle spektrometresi ile ölçülürek yüzeyin temel, izotopik veya moleküler bileşimini 1 ila 2 nm derinliğe kadar belirlenebilir. SIMS, ppm'den ppb'ye kadar değişen temel algılama sınırlarıyla en hassas yüzey analizi tekniğidir.
Uçuş zamanı kütle spektrometrisi (TOFMS), bir iyonun kütle-yük oranının bir uçuş zamanı ölçümüyle belirlendiği bir kütle spektrometresi yöntemidir. İyonlar, gücü bilinen bir elektrik alanı tarafından hızlandırılır. İyonun hızı, kütle-yük oranına bağlıdır. İyonun bilinen bir mesafede bir detektöre ulaşması için geçen süre ölçülür. Bu süre iyonun hızına bağlı olacaktır ve bu nedenle, iyonun kütle-yük oranının bir ölçüsüdür. Bu oran ve bilinen deneysel parametrelerden iyon tanımlanabilir.
Fourier dönüşümü iyon siklotron rezonansı kütle spektrometrisi, sabit bir manyetik alandaki iyonların siklotron frekansına dayalı olarak kütle-yük oranını (m/z) belirlemek için kullanılan bir tür kütle analizörüdür (veya kütle spektrometresi).
Kütle spektrometrisinde çözünürlük, bir kütle spektrumunda birbirine yakınkütle-yük oranları olan iki tepe noktasını ayırt etme yeteneğinin bir ölçüsüdür.
İyon-foton detektörü , kütle spektrometresinde iyonları tespit etmek için kullanılan bir bileşendir.
Bir reflektron, darbeli bir iyon kaynağı, alansız bölge, iyon aynası ve iyon dedektörü içeren ve içine giren iyonların hareket yönünü tersine çevirmek için iyon aynasında bulunan statik veya zamana bağlı bir elektrik alanı kullanan bir uçuş zamanı kütle spektrometresidir.
Kütle spektrometresi görüntüleme veya İngilizce karşılığı olan mass spectrometry imaging'nin kısaltmasıyla MSI, kütle spektrometrisinde moleküllerin moleküler kütlelerine göre uzamsal dağılımını görselleştirmek için kullanılan bir tekniktir. Bir noktada bir kütle spektrumunu topladıktan sonra, numune başka bir bölgeye taşınmak üzere hareket ettirilir ve tüm numune taranana kadar bu şekilde devam eder. Ortaya çıkan spektrumda ilgilenilen bileşiğe karşılık gelen bir tepe seçilerek, MS verileri örnek boyunca dağılımını haritalamak için kullanılır. Bu, bileşik piksele göre uzamsal olarak çözümlenmiş dağılımının resimleriyle sonuçlanır. Her bir veri seti gerçek bir resim galerisi içerir, çünkü her spektrumdaki herhangi bir tepe uzamsal olarak haritalanabilir. MSI' nın genel olarak kalitatif bir yöntem olarak kabul edilmesine rağmen, bu teknikle üretilen sinyal, analitin nispi bolluğuyla orantılıdır. Bu nedenle, zorlukların üstesinden gelindiğinde miktar tayini mümkündür. Radyokimya ve immünohistokimya gibi yaygın olarak kullanılan geleneksel metodolojiler MSI ile aynı amaca ulaşsa da, aynı anda birden fazla örneği analiz etme yeteneklerinde sınırlıdırlar ve araştırmacılar çalışılan örnekler hakkında önceden bilgi sahibi olmazsa yetersiz olabilirler. MSI alanındaki en yaygın iyonizasyon teknolojileri DESI görüntüleme, MALDI görüntüleme ve ikincil iyon kütle spektrometresi görüntülemedir.
Üst-alt proteomik, kütle ölçümü ve ardışık kütle spektrometresi (MS/MS) analizi için izole edilmiş bir protein iyonunu depolamak üzere bir iyon yakalayıcı kütle spektrometresi veya MS/MS ile birlikte iki boyutlu jel elektroforezi gibi diğer protein saflaştırma yöntemlerini kullanan bir protein tanımlama yöntemidir. Üst-alt proteomik, yekpare haldeki proteinlerin analizi yoluyla benzersiz proteoformları tanımlama ve niceleme yeteneğine sahiptir. Kütle spektrometresi sırasında yekpare haldeki proteinler tipik olarak elektrosprey iyonizasyon ile iyonize edilir ve bir Fourier dönüşümü iyon siklotron rezonansı, kuadrupol iyon tuzağı veya Orbitrap kütle spektrometresinde tutulur. Ardışık kütle spektrometresi için parçalanma, elektron yakalama ayrışması veya elektron transfer ayrışması ile gerçekleştirilir. Etkili bir parçalanma, kütle spektrometresi tabanlı proteomikten önce numunenin işleme safyası için kritiktir. Proteom analizi rutin olarak yekpare haldeki proteinlerin sindirilmesini ve ardından kütle spektrometresi (MS) kullanılarak elde edilen protein tanımlamasını içerir. Üst-alt MS (jelsiz) proteomik, protein yapısını, yekpare haldeki bir kütlenin ölçümü ve ardından gaz fazında doğrudan iyon ayrışması yoluyla sorgular.
Seçilmiş iyon akış tüpü kütle spektrometrisi, iz gaz analizi için bir kantitatif kütle spektrometresi tekniğidir ve bir akış tüpü boyunca iyi tanımlanmış bir süre boyunca seçilen pozitif öncü iyonlarla iz uçucu bileşiklerin kimyasal iyonizasyonunu içerir. Havada, solukta veya şişelenmiş sıvı numunelerin baş boşluğunda bulunan eser bileşiklerin mutlak konsantrasyonları, numune hazırlamaya veya standart karışımlarla kalibrasyona gerek kalmadan prekürsör ve ürün iyon sinyal oranlarının oranından gerçek zamanlı olarak hesaplanabilir. Ticari olarak temin edilebilen SIFT-MS cihazlarının algılama sınırı, tek haneli pptv aralığına kadar uzanır.
Lazer sprey iyonizasyonu (LSI), yüklü bir partikül yığını oluşturmak için bir nötr partikül spreyi veya ablasyon materyali ile etkileşime giren bir lazer kullanarak iyon oluşturmak için kullanılan çeşitli yöntemlerden birini ifade eder. Bu şekilde oluşan iyonlar, kütle spektrometresi ile m/z oranına göre ayrılabilir. Lazer sprey, daha büyük moleküllerin tespiti için sıvı kromatografi-kütle spektrometresi ile birleştirilebilen birkaç iyon kaynağından biridir.
Çarpışmaya bağlı ayrışma, gaz fazında seçilen iyonların parçalanmasını indüklemek için bir kütle spektrometresi tekniğidir. Seçilen iyonlar genellikle iyon kinetik enerjisini artırmak amacı ile bir elektrik potansiyeli uygulanarak hızlandırılır ve daha sonra nötr moleküllerle çarpışmalarına izin verilir. Çarpışmada kinetik enerjinin bir kısmı iç enerjiye dönüştürülür, bu da bağ kırılmasına ve moleküler iyonun daha küçük parçalara parçalanmasına neden olur. Bu fragman iyonları daha sonra ardışık kütle spektrometresi ile analiz edilebilir.
Kızılötesi çoklu foton ayrışması, genellikle orijinal (ana) molekülün yapısal analizi için gaz fazındaki molekülleri parçalamak amacıyla kütle spektrometrisinde kullanılan bir tekniktir.
