Хромато-масс-спектрометрия — аналитический метод, основанный на сочетании возможностей хроматографа и масс-спектрометра, использующийся для количественного и качественного определения отдельных компонентов в сложных смесях. В этой статье будут рассмотрены основные вопросы, касающиеся сути хромато-масс-спектрометрии и ее особенностей:
- Принципы хромато-масс-спектрометрии
- Аналитическая чувствительность системы ГХ-МС
- Скорость записи
- Выбор устройства для хромато-масс-спектрометрии
- Применение в медицине и фармакологии
Принципы хромато-масс-спектрометрии
Прибор, с помощью которого проводится исследование, получил название хромато-масс-спектрометра или ХМС. Проходя через хроматограф, проба разделяется на компоненты, а масс-спектрометр отвечает за их идентификацию и анализ. В зависимости от особенностей исследуемого состава и требований к точности результата, используется одна из двух методик: или высокоточная жидкостная хроматография, или газовая хроматография с масс-спектрометрическим детектированием ГХ-МС.
Исследуемый состав вводится в испаритель хроматографа и моментально переводится в газообразную форму, смешивается с инертным газом-носителем и под давлением подается в колонку. Проходя через хроматографическую колонку, проба разделяется на компоненты, которые подаются в МС и пропускаются через спектрометрическую составляющую устройства.
Для получения спектра, молекулы компонентов пробы ионизируются, специальный датчик считывает изменение ионного тока, на основании чего записывается хроматограмма. Программное обеспечение для обработки хроматограмм позволяет сверить полученные пики с зарегистрированными ранее, и тем самым, проводя их точное качественное и количественное определение. Одновременно с этим делается снимок масс-спектра, дающий представление о строении компонентов, в том числе и не идентифицированных ранее.
Хромато-масс-спектрометрия была разработана в 50-х годах прошлого века, а первый прибор собран и протестирован в 60-х годах.
Аналитическая чувствительность системы ГХ-МС
Эффективность и результативность хромато-масс-спектрометрии задается чувствительностью ХМС, которые постоянно совершенствуются, что позволяет расширять применение системы ГХ-МС.
Высокую точность показывает селективное детектирование. Его суть сводится к записи показаний не по всему объему поступающего ионного тока, а по максимальным для предполагаемых молекул ионам. Это удешевляет метод и позволяет обнаруживать минимальное содержание заданного вещества в любых составах. Поэтому хромато-масс-спектрометрия активно применяется в медицине и фармакологии для поиска конкретных маркеров: например, гормонов или наркотиков в биологических жидкостях.
Высокой чувствительностью обладает Кристаллюкс-4000М хромато-масс-спектрометр с масс-спектрометрическим детектором (МСД) ISQ. Особенности применяемого в нем детектора заключаются в:
- использовании специальных материалов, обеспечивающих высокий ионный выход в любых рабочих режимах;
- системе автоматической обработки сигнала посредством возможностей ПО;
- системе автоматической настройки МС;
- системе автоматической диагностики МС;
- сочетании высококачественных электродов с цифровой системой детектирования, позволяющим повысить скорость сканирования;
- специальной системе подавления шумов от остаточного гелия.
Высокая чувствительность и широкая сфера применения хрома-томасс-спектрометра, вполне оправдывает его цену.
Роль масс-спектрометрического детектора (МСД)
Сердцем любой хромато-масс-спектрометрической системы и ключевым узлом, определяющим ее аналитические возможности, является **масс-спектрометрический детектор (МСД)**. После того, как хроматографическая колонка разделила пробу на отдельные компоненты, они последовательно поступают в МСД. Здесь происходит ключевой процесс — ионизация молекул в источнике ионов, после чего ионы попадают в масс-анализатор, который разделяет их по соотношению массы к заряду (m/z).
Сам процесс **масс-спектрометрического детектирования** заключается в регистрации этих разделенных ионов. Детектор преобразует ионный ток в электрический сигнал, интенсивность которого прямо пропорциональна количеству вещества. В результате для каждого момента времени формируется уникальный масс-спектр — своего рода "отпечаток пальца" молекулы, который позволяет однозначно ее идентифицировать, сравнивая с библиотечными данными.
От характеристик детектора напрямую зависят важнейшие параметры всего анализа: чувствительность, скорость сканирования и динамический диапазон. Современные детекторы, такие как используемый в системе Кристаллюкс-4000М **МСД ISQ**, обладают высокой ионной эффективностью и усовершенствованными системами подавления шумов, что позволяет достигать низких пределов обнаружения и получать надежные результаты даже при анализе сложных проб.
Скорость записи
На качество результата влияет еще и скорость записи масс-спектра, которая должна быть значительно выше, чем построение хроматографического пика. Если скорость снижается, появляются пиковые наложения и искажения результата анализа.
Этот параметр зависит от установленного масс-анализатора. Оптимальной в настоящее время является квадрупольная система, функционирующая по следующему принципу. Поток проходит через четыре магнита, создающих высокочастотное поле. Попадая в него, частицы с определенным отношением массы и заряда попадают в уловитель, все остальные «отсеиваются».
МС через равные промежутки времени сканирует спектры анализируемых веществ. Затем каждый статистический снимок обрабатывается, и суммарная величина дает представление о совокупности спектров в каждый момент времени. На большинстве современных МС (например, на агрегатах с МСД ISQ, о которых рассказывалось выше), установлен именно этот тип анализаторов.
Выбор устройства для хромато-масс-спектрометрии
Оборудование для масс-хроматографии отличается своими параметрами и возможностями. Чтобы подобрать технику, отвечающую потребностям современного пользователя, необходимо учитывать следующие параметры:
- используемый источник ионизации (электронный удар, химическая ионизация);
- чувствительность наиболее распространенных МС позволяют достичь 10–9…10–12 г на разных режимах сканирования;
- возможность сканирования: желательно, чтобы хромато-масс-спектрометр поддерживал селективный поиск по указанным группам частиц (режим SIM) , а также выполнял полное сканирование в заданном диапазоне (режим Full scan).
Большое значение для хромато-масс-спектрометрии приобретает программное обеспечение, поставляющееся в комплекте. Оно определяет возможность построения хроматограммы в режиме реального времени, контроль над стабильностью заданных параметров, автоматическое получение отчетности в удобной для специалиста форме. От ПО зависит, насколько удобен в работе хромато-масс-спектрометр. Дополнительно разработчики предлагают набор библиотек, в которых содержатся спектры для различных промышленных и научных сфер: медицины и фармакологии (гормоны, наркотики, лекарственные препараты), нефтедобывающей отрасли (углеводороды), экологии (пестициды и другие органические загрязнители) и др.
Применение хромато-масс-спектрометрии в медицине и фармакологии
Одной из наиболее значимых и быстроразвивающихся областей, где востребована хромато-масс-спектрометрия, является медицина и фармакология. Уникальное сочетание высочайшей чувствительности и селективности метода позволяет решать задачи, недоступные другим видам анализа. Главное преимущество ГХ-МС — способность обнаруживать и точно идентифицировать следовые количества конкретных соединений в сложных биологических матрицах, таких как кровь, моча или ткани.
Благодаря этому, метод стал золотым стандартом в решении следующих медицинских и фармацевтических задач:
- Клиническая токсикология: быстрое определение ядов, наркотических веществ, психотропных препаратов и алкоголя в организме для экстренной диагностики и оказания помощи.
- Фармакокинетика и разработка лекарств: изучение метаболизма лекарственных препаратов — как они усваиваются, распределяются и выводятся из организма. Это ключевой этап при создании новых, более эффективных и безопасных лекарств.
- Диагностика заболеваний: выявление специфических метаболитов (биомаркеров), указывающих на наличие врожденных или приобретенных патологий, например, нарушений обмена веществ.
- Допинг-контроль: идентификация запрещенных стимулирующих препаратов и их производных в пробах спортсменов с высочайшей степенью достоверности.
- Контроль качества в фармакологии: проверка чистоты фармацевтических субстанций и готовых лекарственных форм, обнаружение посторонних примесей, которые могут влиять на эффективность и безопасность препарата.
Таким образом, хромато-масс-спектрометрия вносит неоценимый вклад в современное здравоохранение, повышая точность диагностики, ускоряя разработку лекарств и обеспечивая безопасность пациентов.
Подбирая хромато-масс-спектрометр, необходимо учитывать все спецификации. Тогда приобретенное устройство будет полностью отвечать потребностям пользователя.
