Масс-спектрометрия

H...-HN-CH-CO
 
. . .

NH-CH-CO-NH-CH-CO-
…OH 
R
i-1
 
R
i
 
R
i+1
 
H
+
 
N-
конец 
C-
конец 

Использование химических агентов
пептиды 
MPSER 
…… 
GTDIMR 
PAKID 
…… 
ВЭЖХ 
To
MS/MS 
MPSER
GTDIMR
PAKID
...... 
белок 
Фрагменты пептидов также могут «терять» нейтральные 
NH
3
и
H
2
O
группы
. 

Фрагментация белка
y
3 
b
2 
y
2 
y
1 
b
3 
a
2 
a
3 
HO NH
3
+
 
| | 

R
1
O R
2
O R
3 
 

O R
4 
| || | || | || | 
H -- N --- C --- C --- N --- C --- C --- N --- C --- C --- N --- C -- COOH 
| | | | | | | 
H H H H H H H
b
2
-
H
2
O

y
3
 -
H
2
O 
b
3
- 
NH
3
 
y
2
 - 
NH
3
 
N-
конец
 
С
-
конец
 

N- and C-
концевые пептиды
Глицин 
Пролин 
Фенил 
аланин 
Аспарагин 
Пролин Фенил 
аланин 
Аспарагин Аланин

Концевые пептиды и типы ионов
Пептид 
ММ (D) 57 + 97 + 147 + 114 = 415 
Пептид 
ММ (D) 57 + 97 + 147 + 114 
– 18
= 397 
БЕЗ 

415 

486 
 
301 
154 
57 
 71 
185 
332 
429 

Масс-спектр
G 
V 
D 
L 
K 
mass 
0 
57 Da = ‘G’ 99 Da = ‘V’ 
L 
K 
D 
V 
G 
Пики на масс-спектрограмме
: 

Фрагменты
N
-конца 

Фрагменты С
-
конца

Фрагменты с потерей нейтральных частиц (
-H
2
O, -NH
3
) 

«Шумы»
. 
D 
H
2
O

Качественный анализ 

Наиболее представительные ионы и соответствующие им 
структуры помещены в таблицы, их используют при 
интерпретации масс-спектров 

Кроме того сравнивают масс-спектры изучаемого 
соединения с каталогом спектров (до 150 000 спектров 
различных соединений) 

При идентификации исходят из того, что характер 
фрагментации неизвестного вещества и соединения с 
предполагаемой структурой одинаков, а спектры 
получены в близких экспериментальных условиях, что не 
всегда выполняется ( например, спектры изомеров не 
различаются) 

В любом случае вероятность совпадения масс-спектров 
одного и того же вещества выше, чем масс-спектров 
разных веществ 
55 

Библиотеки масс-спектральных данных 
NIST 07
, 
NIST 08 
– 
библиотеки масс-спектральных данных, 
созданные и поддерживаемые Национальным институтом 
стандартизации и технологии США, около 300 000 масс-спектров. 
 
WILEY 07 
– библиотека масс-спектральных данных, созданная 
профессором Мак-Лафферти, при участии Национального бюро 
стандартов США, около 450 000 масс-спектров, во многом 
пересекается с библиотеками NIST. 
 
Библиотеки
, 
созданные и поддерживаемые в НИОХ СО РАН, по 
природным соединениям, веществам, часто используемым в 
синтезах химиками НИОХ СО РАН, продуктам и полупродуктам 
синтезов – суммарно до 10 000 масс-спектров. Содержат, помимо 
самих 
масс-спектров, 
информацию 
о 
методе 
записи 
хроматограммы, из которой взят масс-спектр, время удержания 
или индекс удержания. 
 
Литературный поиск 
при помощи РЖХ, каталогов CAS и Belstein – 
в редких случаях. 

Количественный анализ 

Возможны 
вещественный
и 
элементный 
анализ 

Количественный анализ смесей органических 
соединений часто ограничен сложностью масс-
спектра 

Поэтому 
метод МС сочетают 
с различными видами 
хроматографии и капиллярного зонного 
электрофореза 

1)
Для вещественного анализа используют ГХ 

В ходе хроматографирования регистрируют во 
времени интенсивность какого-либо пика с 
определенным массовым числом 

В результате получается зависимость сигнала 
детектора от времени , как в хроматографии 
57 


Для построения масс-хроматограммы берут 
интенсивности пиков нескольких ионов из каждого 
записанного масс-спектра и строят график 
зависимости этих интенсивностей от номера масс-
спектра, соответствующего времени удерживания 
58 


2)
Сочетание метода разделения и МС-определения 
возможно в виде 
тандемной МС

Один масс-спектрометр служит для выделения 
молекулярных пиков отдельных веществ из масс-
спектра их смеси 

Второй – для фрагментации выделенных веществ и 
дальнейшей идентификации 

3)
непосредственный анализ по масс-спектру
Для этого измеряют интенсивность пика
определяемого компонента и внутреннего стандарта 
– обычно это меченая изотопом разновидность 
определяемого вещества или его гомолог 
59 


Элементный анализ 

Для ионизации образцов используют электрическую 
искру, индуктивно связанную плазму, тлеющий 
разряд 

Искровую ионизацию применяют для твердых проб, 
используют масс-анализатор с двойной 
фокусировкой 

Абсолютный предел обнаружения 10
-12 
г, 
одновременно можно определять до 60-70 элементов 

При использовании ИСП или тлеющего разряда 
применяют квадрупольные масс-анализаторы 

МС с ИСП – очень важный метод анализа растворов, 
позволяющий определять любые элементы (с 
m/z
начиная от 3) и пределом обнаружения 0,1-10 частей 
на миллион (10
–5
–10
–3
%) 
60 

Аналитические возможности метода 

Позволяет определять массы ядер и атомов и 
оценивать распространенность изотопов в природе 

По соотношению масс изотопов материнского и 
дочернего излучений определяют возраст горных 
пород, археологических и др. объектов 

МС применяют 

для элементного анализа твердых неорганических 
веществ и материалов 

для идентификации и установления структуры 
органических соединений, включая определение 
молярной массы

для исследования состава и структуры поверхностей 
твердых тел (локальный, послойный и фазовый 
анализ) 
61 


Для МС характерны 

Использование небольших навесок ( 1 мг и меньше) 

Высокая чувствительность 

все элементы периодической системы определяют с 
чувствительностью 10
-12
г 

при использовании лазерных источников ионизации 
достигается чувствительность 10
-19
г

Универсальность – возможность анализа широкого 
круга объектов от элементов до сложных белковых 
молекул 

Высокая специфичность и селективность

Недостаток
масс-спектрометрии: это деструктивный 
метод анализа, и используемый образец нельзя 
восстановить для дальнейшего анализа или синтеза
62 

Области применения МС 

Ядерная энергетика

Археология 

Нефтехимия 

Геохимия (изотопная геохронология) 

Агрохимия 

Химическая промышленность 

Анализ полупроводниковых материалов, особо чистых 
металлов, тонких пленок и порошков (например, 
оксидов 
U 
и РЗЭ) 

Фармацевтика - для контроля качества производимых 
лекарств и выявления фальсификатов 

Медицинская диагностика 

Биохимия – идентификация белков, исследование 
метаболизма лекарственных средств 
63 

Аналитический контроль в ядерной энергетике 
64 

Основные применения изотопной и элементной масс-
спектрометрии в различных аспектах ядерной энергетики : 

1. Разработка и производство ядерного топлива 
– определение 
примесей посторонних элементов и изотопного состава 
расщепляющихся материалов, в частности для для анализа 
изотопных отношений гексафторида урана

2. Переработка вторичного ядерного топлива для повторного 
использования 
- никакими другими методвами, кроме МС 
невозможно установить степень регенерации топлива 

Разбавление ураном с природной распространенностью или 
обедненным ураном требует контроля изотопного состава, как и в 
случае производства нового топлива. Однако, требуется проводить 
дополнительный тщательный контроль на предельно низком 
уровне содержания изотопов 
232
U, 
233
U, 
234
U, 
236
U и ряда техногенных 
элементов, например, технеция (Tc), плутония (Pu), к появлению 
которых приводит нахождение материалов в реакторе

65 

3. Хранение отходов ядерных материалов 
- во время 
хранения, помимо дозиметрии, должен проводиться 
контроль и по изотопному / элементному составу, 
для чего МС незаменима

4. Установление источников происхождения 
расщепляющихся материалов

Если мажорные компоненты материалов (например, 
уран или плутоний), как правило, не несут информации 
об источнике происхождения, то минорные компоненты 
на уровне микропримесей являются отпечатками 
технологических процессов или месторождений 

Информативными характеристиками является как 
микрокомпонентный примесный состав, так и 
соотношение изотопов в этих компонентах

66 

5. Контроль окружающей среды 

Влияние на окружающую среду - это попадание 
радионуклидов и токсичных элементов в воздух, почву, 
воду, растения 

Методы масс-спектрометрии позволяют определять 
содержание этих элементов в объектах окружающей 
среды на предельно низком уровне, определение 
изотопных отношений элементов в объектах 
окружающей среды позволяет получить информацию 
об источнике загрязнения и времени их попадания

Только один показательный пример. Производимые с 
1986 г. измерения 
90
Sr
в годовых кольцах деревьев 
Англии позволяют проводить оценку диссипации 
окружающей средой выброса радионуклидов в момент 
Чернобыльской аварии 

67 

6. Контроль воздействия расщепляющихся 
материалов на живые организмы 

Выявление присутствия расщепляющихся 
материалов в живых организмах требует очень 
высокой чувствительности, кроме того анализ 
надо проводить в присутствии сложнейших 
биологических матриц.

Анализ элементного и изотопного состава 
позволяет определить источник попадания 
радионуклидов или техногенных элементов в 
организм человека, животных или продукты 
питания, выяснить механизм воздействия на 
живые организмы


МС изучает окаменевшие останки 
68 


МС поможет изучить наноалмазы 
69 


МС применялась для анализа марсианского грунта 
ещё в семидесятых годах прошлого века, во времена 
программы "Викинг"
70 

 
 
 
 
 
 
 
 

Метод
масс
-
спектрометрии
позволяет 
выявить контрафактные ценные бумаги
71 


МС – экспрессный
метод анализа
респираторных газов

Диагностика сахарного диабета на основе МС- регистрации
13 
СО
2
в выдыхаемом воздухе после приема тестовой 
мочевины, содержащей повышенное количество стабильного 
13 
С
изотопа по сравнению с его природной 
распространенностью
72 


Гемаскрин ДНК 
новорожденных - 
диагностика 
наследственных 
особенностей
(генетического 
полиморфизма) 
73 


Хромато–МС - метод мониторинга изменений в 
определенных белках (гистонах), которые могут 
служить биомаркером у пациентов с хронической 
лейкемией 
74 

Спасибо за внимание! 
75