طیف‌سنجی جرمی متوالی (Tandem MS) که به MS/MS نیز معروف است، تکنیکی قدرتمند در طیف‌سنجی جرمی (MS) است که برای ارائه اطلاعات ساختاری دقیق‌تر در مورد مولکول‌ها به کار می‌رود. این روش با استفاده از دو یا چند آنالایزر جرمی به صورت متوالی برای جداسازی و شناسایی یون‌ها بر اساس نسبت جرم به بار (m/z) آنها عمل می‌کند. این تکنیک تحلیلی قدرتمند، با واکاوی عمیق‌تر ساختار مولکول‌ها، گامی فراتر از طیف‌سنجی جرمی (MS) سنتی برداشته و دریچه‌ای نو به سوی شناخت دقیق‌تر عملکرد و ماهیت آنها می‌گشاید.
نحوه عملکرد Tandem MS:
فرآیند Tandem MS همچون یک کارآگاه ماهر عمل می‌کند. گام اول، یونیزه کردن نمونه و تبدیل آن به یون‌هایی با بار الکتریکی است. این یون‌ها سپس به اولین آنالایزر جرمی (مسئول MS1) راهنمایی می‌شوند، جایی که بر اساس نسبت جرم به بار (m/z) خود جداسازی می‌شوند. گویی هر یون بر اساس وزن و بار منحصر به فردش شناسایی می‌شود.
سپس، یون‌های منتخب به یک محفظه برخورد هدایت می‌شوند و در آنجا با ذرات خنثی مانند گاز آرگون یا هلیوم برخورد می‌کنند. این برخوردها، مانند ضربه‌ای ظریف، منجر به شکسته شدن یون‌ها به قطعات کوچکتر می‌شود. تکه‌های حاصل، اطلاعات ارزشمندی راجع به ساختار مولکول اولیه را در خود نهفته دارند.
در نهایت، قطعات شکسته شده به دومین آنالایزر جرمی (مسئول MS2) فرستاده می‌شوند و مجدداً بر اساس نسبت جرم به بار (m/z) خود جداسازی می‌شوند. این جداسازی دقیق‌تر، گویی هویت و ساختار دقیق هر قطعه را آشکار می‌کند. اطلاعات به دست آمده از این مرحله، پازل ساختار مولکول را تکمیل می‌کند.
توضیح مراحل :
- یونش: در ابتدا، نمونه مورد نظر یونیزه می‌شود تا به یون‌های با بار الکتریکی تبدیل شود. روش‌های مختلفی برای یونیزاسیون وجود دارد، مانند یونیزاسیون ضربه‌ای الکترون (EI) و یونیزاسیون ماتریس با لیزر کم‌توان (MALDI).
- انتخاب جرم: یون‌های تولید شده بر اساس نسبت جرم به بار (m/z) آنها توسط اولین آنالایزر جرمی (مسئول MS1) جدا می‌شوند. یون‌های انتخاب‌شده به سمت یک آشکارساز هدایت می‌شوند که شدت سیگنال را به عنوان یک طیف جرمی اولیه ثبت می‌کند.
- تجزیه قطعات: یون‌های انتخاب‌شده سپس به یک محفظه برخورد هدایت می‌شوند، جایی که با گاز خنثی مانند آرگون یا هلیوم برخورد می‌کنند. این برخوردها می‌تواند منجر به شکسته شدن یون‌ها به قطعات کوچکتر شود.
- انتخاب جرم مجدد: قطعات شکسته شده توسط دومین آنالایزر جرمی (مسئول MS2) بر اساس نسبت جرم به بار (m/z) آنها دوباره جدا می‌شوند. یون‌های انتخاب‌شده به سمت یک آشکارساز هدایت می‌شوند که شدت سیگنال را به عنوان یک طیف جرمی MS2 ثبت می‌کند.
کاربردهای Tandem MS:
- شناسایی و تعیین توالی پروتئین‌ها و پپتیدها: این تکنیک ستون اصلی پروتئومیکس بوده و به دانشمندان در درک عملکرد و نقش پروتئین‌ها در فرآیندهای حیاتی کمک می‌کند.
- آنالیز متابولیت‌ها: Tandem MS در شناسایی و اندازه‌گیری متابولیت‌ها در نمونه‌های زیستی مانند خون، ادرار و بافت کاربرد دارد و به درک بهتر متابولیسم و تشخیص بیماری‌ها کمک می‌کند.
- تشخیص مواد مخدر: این روش قدرتمند در شناسایی و اندازه‌گیری داروها و متابولیت‌های آنها در نمونه‌های زیستی یاری‌گر متخصصان پزشکی و قانونی است.
- سم‌شناسی: Tandem MS در شناسایی و اندازه‌گیری سموم در نمونه‌های بیولوژیکی و محیطی نقشی اساسی ایفا می‌کند و به حفظ سلامت انسان و محیط زیست کمک می‌کند.
- کنترل کیفیت غذا: این تکنیک در شناسایی و اندازه‌گیری آلاینده‌ها در مواد غذایی به کار می‌رود و به تضمین سلامت و امنیت مواد غذایی کمک می‌کند.
مزایای Tandem MS:
- افزایش دقت: Tandem MS اطلاعات ساختاری دقیق‌تری را نسبت به MS سنتی ارائه می‌دهد، زیرا یون‌ها را بر اساس نسبت جرم به بار و همچنین ساختار قطعه‌شان جدا می‌کند.
- افزایش حساسیت: Tandem MS می‌تواند مولکول‌های موجود در غلظت‌های کم را با حساسیت بیشتری نسبت به MS سنتی شناسایی کند.
- اختصاصی بودن: Tandem MS برای شناسایی مولکول‌های خاص بسیار مفید است، زیرا اطلاعات ساختاری دقیقی را ارائه می‌دهد.
کاربردهای Tandem MS:
- شناسایی پروتئین‌ها و پپتیدها: Tandem MS به طور گسترده در پروتئومیکس برای شناسایی و تعیین توالی پروتئین‌ها و پپتیدها استفاده می‌شود.
- آنالیز متابولیت‌ها: Tandem MS برای شناسایی و اندازه‌گیری متابولیت‌ها در نمونه‌های بیولوژیکی مانند خون، ادرار و بافت استفاده می‌شود.
- تشخیص مواد مخدر: Tandem MS برای شناسایی و اندازه‌گیری داروها و متابولیت‌های آنها در نمونه‌های بیولوژیکی استفاده می‌شود.
- سم‌شناسی: Tandem MS برای شناسایی و اندازه‌گیری سموم در نمونه‌های بیولوژیکی و محیطی استفاده می‌شود.
- کنترل کیفیت غذا: Tandem MS برای شناسایی و اندازه‌گیری آلاینده‌ها در غذاها استفاده می‌شود.
انواع Tandem MS:
Triple quadrupole:
این رایج‌ترین نوع Tandem MS است که از سه آنالایزر چهار قطبی استفاده می‌کند.
دستگاه طیف سنج جرمی سه قطبی (Triple Quadrupole) که به TQMS نیز معروف است، نوعی طیف سنج جرمی متوالی (Tandem MS) است که به واسطه دقت و حساسیت بالا، به ابزاری ارزشمند در عرصه‌های مختلف علمی و تحقیقاتی تبدیل شده است.
قلب تپنده TQMS: سه فیلتر چهار قطبی
این دستگاه از سه فیلتر چهار قطبی تشکیل شده است که هر کدام وظیفه‌ای منحصر به فرد را بر عهده دارند:
- فیلتر اول (Q1): این فیلتر، یون‌های بر اساس نسبت جرم به بار (m/z) مشخصی را از میان انبوه یون‌های ورودی عبور می‌دهد. گویی عمل جداسازی اولیه را انجام می‌دهد.
- سلول برخورد: در این محفظه، یون‌های منتخب با ذرات خنثی مانند گاز آرگون یا هلیوم برخورد می‌کنند. این برخورد منجر به شکسته شدن یون‌ها به قطعات کوچکتر می‌شود که اطلاعات ارزشمندی راجع به ساختار مولکول اولیه را در خود نهفته دارند.
- فیلتر دوم (Q2): قطعات شکسته شده در این فیلتر بر اساس نسبت جرم به بار (m/z) خود مجدداً جداسازی می‌شوند. گویی هویت و ساختار دقیق هر قطعه را آشکار می‌کند.
- فیلتر سوم (Q3): این فیلتر وظیفه‌ای حیاتی دارد. با آشکارساز جرمی هماهنگ شده و فقط قطعاتی را عبور می‌دهد که برای تجزیه و تحلیل مورد نظر هستند.
LC-MS:ابزار قدرتمند برای آنالیز ترکیبات پیچیده
Quadrupole/time-of-flight (Q/TOF):
این نوع Tandem MS از یک آنالایزر چهار قطبی و یک آنالایزر زمان پرواز (TOF) استفاده می‌کند.
دستگاه طیف‌سنج جرمی Quadrupole/Time-of-flight (Q/TOF) نوعی پیشرفته از طیف‌سنج جرمی متوالی (Tandem MS) است. این دستگاه با ترکیب مزایای تکنولوژی چهار قطبی (Quadrupole) و زمان پرواز (Time-of-flight)، به ابزاری قدرتمند برای تجزیه و تحلیل دقیق ساختار مولکول‌ها تبدیل شده است.
عملکرد Q/TOF: هم جداسازی دقیق و هم اندازه‌گیری سریع جرم
این دستگاه از دو بخش اصلی تشکیل شده است:
- بخش چهار قطبی (Q): شبیه به دستگاه Triple Quadrupole، بخش Q وظیفه جداسازی اولیه یون‌ها بر اساس نسبت جرم به بار (m/z) را بر عهده دارد. این بخش به عنوان یک فیلتر عمل می‌کند و تنها یون‌های خاصی را عبور می‌دهد.
- بخش زمان پرواز (TOF): یون‌های جداسازی شده توسط بخش Q وارد بخش TOF می‌شوند. در این قسمت، یون‌ها با انرژی مشخصی شتاب می‌گیرند و سپس در یک مسیر بدون میدان الکتریکی پرواز می‌کنند. زمان رسیدن هر یون به آشکارساز با جرم آن یون نسبت مستقیم دارد. یون‌های سبک‌تر سریع‌تر حرکت کرده و زودتر به آشکارساز می‌رسند، در حالی که یون‌های سنگین‌تر آهسته‌تر حرکت می‌کنند.
طیف‌سنجی جرمی شتاب‌دهنده (AMS): روشی برای اندازه‌گیری نسبت ایزوتوپ‌ها
Trap/TOF:
این نوع Tandem MS از یک تله یون و یک آنالایزر TOF استفاده می‌کند.
دستگاه طیف‌سنج جرمی Trap/TOF (Trap/Time-of-flight) نوعی پیشرفته از طیف‌سنج جرمی متوالی (Tandem MS) است که با ترکیب مزایای تکنولوژی تله یون (Trap) و زمان پرواز (Time-of-flight) به ابزاری قدرتمند برای تجزیه و تحلیل دقیق ساختار مولکول‌ها تبدیل شده است.
عملکرد Trap/TOF: به دام انداختن، جداسازی و اندازه‌گیری دقیق
این دستگاه از دو بخش اصلی تشکیل شده است:
- بخش تله یون (Trap): این بخش وظیفه به دام انداختن و ذخیره یون‌ها را بر عهده دارد. یون‌ها با اعمال میدان الکتریکی کنترل شده در یک منطقه محدود به دام می‌افتند.
- بخش زمان پرواز (TOF): یون‌های به دام افتاده در بخش Trap به بخش TOF منتقل می‌شوند. در این قسمت، یون‌ها با انرژی مشخصی شتاب می‌گیرند و سپس در یک مسیر بدون میدان الکتریکی پرواز می‌کنند. زمان رسیدن هر یون به آشکارساز با جرم آن یون نسبت مستقیم دارد. یون‌های سبک‌تر سریع‌تر حرکت کرده و زودتر به آشکارساز می‌رسند، در حالی که یون‌های سنگین‌تر آهسته‌تر حرکت می‌کنند.
Orbitrap/MS:
این نوع Tandem MS از یک Orbitrap و یک آنالایزر MS دیگر مانند quadrupole یا TOF استفاده می‌کند.
دستگاه طیف‌سنج جرمی Orbitrap/MS نوعی پیشرفته از طیف‌سنج جرمی متوالی (Tandem MS) است که با بهره‌گیری از تکنولوژی Orbitrap، به دقتی بی‌نظیر در تجزیه و تحلیل ساختار مولکول‌ها دست می‌یابد. این دستگاه در میان دانشمندان به عنوان “پادشاه دقت” در عرصه طیف‌سنجی جرمی شناخته می‌شود.
توضیحات دستگاه ICP یا پلاسمای جفت شده القایی
قلب تپنده Orbitrap/MS: تکنولوژی منحصر به فرد Orbitrap
برخلاف سایر دستگاه‌های Tandem MS که از فیلترهای چهار قطبی یا TOF برای جداسازی یون‌ها استفاده می‌کنند، Orbitrap/MS از یک محفظه استوانه‌ای شکل به نام Orbitrap بهره می‌برد. در این محفظه، یون‌ها به دور یک محور مرکزی به دام می‌افتند و حرکتی نوسانی-چرخشی را تجربه می‌کنند. فرکانس این حرکت با نسبت جرم به بار (m/z) یون‌ها مرتبط است. یون‌ها با جرم بیشتر، فرکانس نوسان کمتری دارند و بالعکس.
Tandem MS ابزاری قدرتمند برای مطالعه ساختار و عملکرد مولکول‌ها است. این روش طیف گسترده‌ای از کاربردها را در زمینه‌های مختلف علمی از جمله زیست‌شناسی، شیمی و پزشکی دارد.
