کروماتوگرافی مایع-طیف‌سنجی جرمی (LC-MS) یک تکنیک آنالیز قدرتمند است که ترکیب قابلیت‌های جداسازی کروماتوگرافی مایع (HPLC) را با قدرت شناسایی طیف‌سنجی جرمی (MS) به کار می‌گیرد. این روش به طور گسترده‌ای در زمینه‌های مختلف علمی، از جمله شیمی، زیست‌شناسی، پزشکی و داروسازی برای شناسایی و اندازه‌گیری ترکیبات مختلف در نمونه‌های پیچیده استفاده می‌شود.
نحوه عملکرد LC-MS:
· جداسازی با کروماتوگرافی مایع:
- نمونه به ستون HPLC تزریق می‌شود که حاوی دو فاز، فاز ثابت و فاز متحرک است.
- مولکول‌های مختلف در نمونه با سرعت‌های متفاوتی بین این دو فاز بر اساس تمایلاتشان به هر فاز حرکت می‌کنند.
- این جداسازی مولکول‌ها را بر اساس خواص فیزیکوشیمیایی آنها مانند قطبیت، جرم و اندازه به ارمغان می‌آورد.
- فاز متحرک به طور مداوم از ستون عبور می‌کند و مولکول‌ها را با سرعت‌های مختلف به سمت آشکارساز هدایت می‌کند.
· یونیزاسیون:
- مولکول‌های جدا شده از ستون HPLC به طیف‌سنج جرمی منتقل می‌شوند.
- در آنجا، مولکول‌ها با استفاده از تکنیک‌های مختلف یونیزاسیون مانند یونیزاسیون الکترواسپر (ESI) یا یونیزاسیون ماتریکس کمکی لیزری (MALDI) به یون تبدیل می‌شوند.
- هر تکنیک یونیزاسیون مزایا و معایب خاص خود را برای انواع مختلف مولکول‌ها دارد.
· تجزیه و تحلیل جرم:
- یون‌های تولید شده بر اساس نسبت جرم به بار (m/z) خود توسط آنالیزور طیف‌سنج جرمی جدا می‌شوند.
- هر یون یک سیگنال منحصر به فرد در طیف جرمی تولید می‌کند که مانند اثر انگشت مولکول عمل می‌کند.
- نسبت جرم به بار برای هر یون بر اساس مسیر منحنی آن در آنالیزور طیف‌سنج جرمی تعیین می‌شود.
· شناسایی و اندازه‌گیری:
- طیف جرمی حاصل با پایگاه‌های داده از طیف‌های شناخته شده مقایسه می‌شود تا هویت مولکول‌های موجود در نمونه مشخص شود.
- کتابخانه‌های طیف جرمی شامل طیف‌های مولکول‌های شناخته شده هستند و به عنوان مرجعی برای شناسایی مولکول‌ها در نمونه عمل می‌کنند.
- از شدت سیگنال‌های طیف جرمی برای تعیین غلظت نسبی هر مولکول در نمونه استفاده می‌شود.
مزایای LC-MS:
· حساسیت بالا: یکی از برجسته‌ترین مزایای LC-MS، حساسیت فوق‌العاده آن است. این روش می‌تواند حتی مقادیر بسیار کم ترکیبات را در نمونه‌ها، در حد نانوگرم یا حتی پیکوگرم، تشخیص دهد. این حساسیت بالا برای تجزیه و تحلیل نمونه‌های زیستی پیچیده مانند خون، ادرار و بافت که اغلب حاوی ترکیبات با غلظت پایین هستند، بسیار مهم است.
· اختصاصی بالا: جدا از حساسیت، LC-MS همچنین از اختصاصیت بالایی برخوردار است. به این معنی که می‌تواند به طور مؤثر مولکول‌های خاص را در مخلوط‌های پیچیده از ترکیبات مختلف شناسایی کند. این امر به لطف اطلاعات ترکیبی به دست آمده از جداسازی کروماتوگرافی و تجزیه و تحلیل جرمی امکان‌پذیر است.
· قابلیت تطبیق پذیری: LC-MS روشی بسیار تطبیق‌پذیر است و می‌توان از آن برای طیف گسترده‌ای از نمونه‌ها و ترکیبات استفاده کرد. این روش قادر به تجزیه و تحلیل مولکول‌های کوچک مانند داروها و متابولیت‌ها، مولکول‌های زیستی بزرگ مانند پروتئین‌ها و پپتیدها، و همچنین مواد پیچیده مانند مواد غذایی و نمونه‌های محیطی است.
· اطلاعات ساختاری: علاوه بر شناسایی و اندازه‌گیری ترکیبات، LC-MS همچنین می‌تواند اطلاعات ارزشمندی در مورد ساختار مولکول‌ها ارائه دهد. نسبت جرم به بار به دست آمده از طیف‌سنجی جرمی، اطلاعاتی در مورد وزن مولکولی و گاهی اوقات حتی ساختار جزئی مولکول در اختیار ما قرار می‌دهد. این اطلاعات برای شناسایی مولکول‌های ناشناخته و درک عملکرد آنها بسیار مفید است.
کاربردهای LC-MS:
حوزه پزشکی و دارویی:
- تحقیقات دارویی: شناسایی و اندازه‌گیری داروها و متابولیت‌های آنها در خون، ادرار و بافت‌ها برای بررسی نحوه عملکرد داروها در بدن، متابولیسم آنها و تعیین دوز مناسب.
- سم‌شناسی: تشخیص و اندازه‌گیری سموم و داروهای غیرمجاز در نمونه‌های زیستی برای اهداف پزشکی قانونی و کنترل دوپینگ.
- توسعه داروهای جدید: شناسایی و تجزیه و تحلیل ترکیبات زیستی مرتبط با بیماری‌ها برای کشف داروهای جدید و ارزیابی اثربخشی آنها.
مواد غذایی:
- ایمنی مواد غذایی: تشخیص و اندازه‌گیری سموم، باقیمانده داروهای دامپزشکی، آلاینده‌های میکروبی و سایر ترکیبات مضر در مواد غذایی برای اطمینان از ایمنی مصرف‌کنندگان.
- کنترل کیفیت مواد غذایی: تجزیه و تحلیل مواد مغذی مانند ویتامین‌ها، مواد معدنی و اسیدهای چرب در مواد غذایی برای اطمینان از کیفیت و ارزش غذایی آنها.
- تشخیص تقلبات غذایی: تشخیص وجود مواد غیرمجاز یا ناخالصی‌ها در مواد غذایی برای حفظ سلامت مصرف‌کنندگان و انصاف در تجارت.
حوزه زیست‌شناسی:
- پروتئومیکس: شناسایی و تجزیه و تحلیل پروتئین‌ها در سلول‌ها و موجودات زنده برای درک عملکرد سلولی، مسیرهای بیوشیمیایی و بیماری‌ها.
- متابولومیکس: مطالعه متابولیت‌های موجود در سلول‌ها و بافت‌ها برای درک فرآیندهای متابولیک و کشف نشانگرهای زیستی برای بیماری‌ها.
- توالی‌یابی زیستی: شناسایی و تعیین توالی اسیدهای آمینه در پپتیدها و پروتئین‌ها برای درک ساختار و عملکرد آنها.
سایر حوزه‌ها:
- محیط زیست: پایش آلاینده‌های زیست محیطی مانند آفت‌کش‌ها، مواد شیمیایی صنعتی و داروهای تجویزی در آب، خاک و هوا برای ارزیابی کیفیت محیط زیست.
- پزشکی قانونی: شناسایی مواد مخدر، داروها و سایر مواد شیمیایی در نمونه‌های زیستی و صحنه جرم برای حل پرونده‌های جنایی.
- تحقیقات مواد: تجزیه و تحلیل مواد جدید و شناسایی ترکیبات ناشناخته برای توسعه مواد با خواص خاص.
تفاوت های مهم HPLC و LC :
LC (Liquid Chromatography) و HPLC (High-Performance Liquid Chromatography) به هم مرتبط هستند، اما تفاوت هایی نیز با هم دارند. در اینجا توضیحی در مورد این تفاوت ها آمده است:
کروماتوگرافی مایع (LC):
- یک تکنیک کلی برای جداسازی اجزای یک مخلوط بر اساس برهمکنش هایشان با دو فاز مختلف است: یک فاز ساکن (stationary phase) جامد و یک فاز متحرک (mobile phase) مایع.
- از نظر تئوری، هر روشی که از این اصل برای جداسازی اجزای مایع استفاده کند، نوعی کروماتوگرافی مایع در نظر گرفته می شود.
- به طور معمول، LC از نیروی جاذبه برای حرکت فاز متحرک از طریق فاز ساکن استفاده می کند.
- به دلیل اتکای آن به نیروی جاذبه، جریان آهسته است و زمان جداسازی اجزای مخلوط می تواند زیاد باشد.
- به دلیل سادگی و هزینه کمتر نسبت به HPLC، گاهی اوقات در آموزش یا برای اهداف آموزشی مورد استفاده قرار می گیرد.
کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC):
- نوع خاصی از کروماتوگرافی مایع است که برای غلبه بر محدودیت های LC طراحی شده است.
- از پمپ برای تحت فشار قرار دادن فاز متحرک و هدایت آن از طریق ستون پر از ذرات ریز فاز ساکن استفاده می کند.
- فشار بالا باعث افزایش سرعت جریان و کاهش زمان جداسازی اجزای مخلوط می شود.
- ذرات ریزتر فاز ساکن در HPLC نیز به جداسازی بهتر اجزای مخلوط کمک می کند.
- به دلیل پیچیدگی بیشتر و هزینه بالاتر تجهیزات، HPLC رایج ترین تکنیک مورد استفاده در آزمایشگاه های امروزی است.
به طور خلاصه:
- LC یک اصطلاح کلی برای هر روشی است که از دو فاز مایع و جامد برای جداسازی اجزای یک مخلوط استفاده می کند.
- HPLC نوع خاصی از LC است که با استفاده از فشار بالا و ذرات ریزتر برای دستیابی به جداسازی سریعتر و کارآمدتر طراحی شده است.
کروماتوگرافی مایع Agilent HPLC 1260 infinity II
LC-MS یک ابزار تحلیلی قدرتمند و متنوع است که کاربردهای گسترده‌ای در تحقیقات علمی و کنترل کیفیت دارد. به دلیل حساسیت، اختصاصی و تطبیق‌پذیری بالا، به ابزاری ضروری برای دانشمندان در زمینه‌های مختلف تبدیل شده است.
