Massa Spectrometrie
HC 1
Alle methoden van spectroscopie gebruiken absorpte en straling, je meet een spectrum. Massa
spectrometrie behoort niet bij de spectroscopie methoden, het is een andere energie-transfer en je
bepaalt de massa van een molecuul door het meten van de massa-lading (m/z) rato van het ion.
Alleen geladen soorten kunnen geanalyseerd worden met massaspectrometrie. Het is een
destructeve methode. Sample consumpte is erg laag, in de orde van picomolen.
Massa spectrometrie is een zeer gevoelige methode, er kunnen moleculaire vingerafdrukken mee
gemaakt worden. Het heef testen efcicnter gemaakt, zeker die van metabolische ziekten (testen
van baby’s). Levels van aminozuren, suikers en andere metabolieten kunnen snel bepaald worden.
Wanneer snel een diagnose wordt gesteld, kunnen de meeste ziektes snel behandeld worden. Alle
cellen in een organisme bevaten hetzelfde DNA, maar de eiwiten verschillen sterk van cel tot cel.
1914 – J.J. Thomson ontdekte eerste
elektron en maakte de eerste
massaspectrometer. Hoe zwaarder het ion,
hoe meer het afgebogen wordt. Er werden
twee massa’s van Neon gemeten, waarmee
dus ook de isotopen werden ontdekt.
Spectrometers kunnen opgedeeld worden in 4 sectess de ingang secte, de scheidingssecte, de
selecte secte en de m/z metng.
In aanwezigheid van een magnetsch velds
Verschillende elementen reageren anders
Verschillende ladingen ook, we meten de m/z rato
Bij een bepaalde resolute kunnen isotopen onderscheiden worden
Verschillende elementaire composites
Spectrums op de x-as de m/z rato, op de y-as
de relateve hoeveelheid. De atomaire massa
eenheid (u) is 1/12 van de massa van een
koolstof-12 atoom.
1g
1 u= =1,66∙ 10−27kg .
N avogadro
Moleculen moeten dus geïoniseerd worden.
Probleem met biomoleculen is dat ze zeer
fragile zijn en moeilijk te ioniseren. Moleculen
moeten eerst in de gasfase komen en
vervolgens ioniseren. Vroeger gebruikte men elektron impact (EI). Later werd dit chemische ionisate
(CI). Met elektrospray ionisate (ESI) en MALDI kunnen vaste stofen gasvormig gemaakt worden.
ESI is een zachte ionisate methode die ook ionen met meerdere ladingen vormt, zeer geschikt voor
eiwit analyse. Bij ESI begint men met moleculen in oplossing, welke verneveld wordt met een
capillair en druppeltjes met een µm groote worden gevormd. Dit wordt richtng de MS gespoten,
waar een warm gas vandaan komt zodat de watermoleculen van het molecuul weggeblazen worden
1
,en de druppeltjes in de nm range komen. De druppeltjes gaan ook over een elektrisch veld, waardoor
de moleculen lading krijgen (protonen blijven achter op molecuul). Positeve ionen worden gevormd
door protonering ( M +nH )n+¿ .¿Negateve ionen worden gevormd door proton abstracte
( M −nH)n−¿ ¿. Kleine moleculen worden het vaakst enkel geprotoneerd (of gedeprotoneerd)
( M + H )+ ¿¿ of ( M −H )−¿ ¿. Ionen of peptden en eiwiten krijgen vaak meerdere ladingen. Niet alle
ionen krijgen dezelfde lading.
Bij laser desorpte neemt het analyt energie op uit de laser, wat resulteert in desorptes het analyt
laat los van het oppervlak. Er ontstaan geladen en neutrale gasmoleculen, maar door het elektrische
veld worden alleen de geladen analyten getransporteerd. Een ander nadeel is dat het analyt hiervoor
licht moet kunnen absorberen. Bij MALDI (Matrix-Assisted Laser Desorpton Ionizaton) wordt
laserlicht op de sample geschoten dat in een matrix zit. De matrix zorgt ervoor dat het molecuul niet
kapot gaat. De matrix moleculen worden hierdoor geladen, maar kunnen hun lading overdragen aan
moleculen van de sample door gasfase proton transfer. De matrix heef een sterke absorpte bij de
golflengte van de laser. Voordelens
Snel en makkelijk
Zeer gevoelig
Tolerant voor zouten
Simpele spectra
Wat kunnen we leren van een massaspectrums
1. Moleculaire massa informate bepaal zs voor kleine moleculen is z =1, maar dit geldt niet
voor peptden en eiwiten. Bereken M (massa van een proton = 1,0073), dus dit moet er nog
vanaf getrokken worden bij ESI+. Bij negateve ESI moet deze massa erbij opgeteld worden.
2. Elementaire composite van exacte massa metngen.
3. Structurele informate uit fragmentate spectra.
4. Isotopen verschillende typen atomen van hetzelfde element met een ander aantal
neutronen. In de natuur zijn de meeste elementen aanwezig in meer dan de isotopische
vorm. MS kan onderscheid maken tussen deze iso-vormen en ook de abundante rato geven.
Isotoop verdelingspatronen volgen binomium van Newton. Het intensiteit patroon voor n
atomen met x1, y2, …
isotopische massa’s met
intensiteit a, b… wordt gegeven
door (a+ b+…)n.
Wat doe je wanneer je een stof hebt
die meerdere atomen met signifcante isotopen bevat?
1. Bereken (a+ b+…)n voor beide atomen individueel
2. Plaats ze in een matrix
3. Bereken de rato’s van Ms [M+2] s [M+4], etc.
Een bucky ball bestaat uit 60 koolstofatomen. Natuurlijke isotoop hoeveelhedens 12C 98,9% en 13C
1,1%. Met de moleculaire formule en isotoop voorspelling kunnen de isotoop rato’s geschat worden,
en daaruit kan weer bepaald worden van welk molecuul sprake is. Voor de intensiteit van de M+0,
n n−1 n ( n−1 ) n−2 2
M+1, M+2, … pieken geldts a + n∙ a b+ a b +… . Men kan ook de isotoop rato’s
2
schaten.
2
, Verder geldts
Isotoop ratoos schaten
Intensity [M+1]/ Intensity [M] = n∙ abundance .
+¿ M+ z ∙ H −¿ M −z ∙ H
= ¿ = ¿
Voor de neutrale massa’s geldens m ESI z en m ESI z . De lading van een piek kan
afgeleid worden uit het isotopen patroon. Wanneer het massaverschil tussen twee isotopen 1 dalton
is, kan de lading berekend worden door 1 te delen door het m/z verschil tussen hen. Als de resolute
te laag is om het isotopenpatroon af te lezen, kan de lading van een piek bepaald worden met de
‘charge state distributon’ (CSD). Hierbij hebben twee naburige pieken dezelfde massa maar
m
z2
verschillen ze in een elementaire lading en geldts z=
m m
−
z 2 z1
De pieken in een spectrum hebben een wijdte bij de halve lengte (‘full width at half maximum’,
FWHM), ook wel ∆ mp genoemd. Twee pieken worden als gescheiden gezien als geldts ∆ m p =∆ m.
m m2
Voor de piek resolute geldts R= en resolving power= . De massanauwkeurigheid
∆ mp m2−m1
2×(mexperiment −mexact )
wordt gegeven doors × 106.
mexperiment +mexact
HC 2
Om de elementaire composite uit een massaspectrum af te leiden, is hoge resolute MS nodig.
Hiervoor zijn speciale massa flters nodig, TOF, Orbitrap of FT-ICR.
Bij metabolomics worden kleine moleculen in een cel in kaart gebracht. Untargeted (global)
metabolomics doels zo veel mogelijk metabolieten als mogelijk identfceren en meten hoe hun levels
verschillen tussen samples. Alle metabolieten samen van een cel wordt het metaboloom genoemd.
Hieronder vallens
- Lipiden
- Koolwaterstofen
- Aminozuren
- Energiemoleculen
- Nucleotden
- Vitaminen
De meeste metabolieten zijn kleiner dan 1500 Dalton. Ze vallen dus binnen een nauwe massarange.
Metabolieten worden geïdentfceerd op hun massa, waaruit de moleculaire formule kan worden
afgeleid. Hiervoor is een hoge resolving power (pieken van elkaar kunnen scheiden) en hoge massa
accuracy nodig.
3
