Kütle spektrometrisi: Revizyonlar arasındaki fark

'''Kütle spektrometrisi, '''[[Ingilizce|İngilizce]]:''' Mass spectrometry''' ('''MS'''), [[Chemical species|kimyasal türler]]<nowiki/>i iyonize edip oluşan [[İyon|iyonlarıiyon]]ları [[Mass-to-charge ratio|kütle/yük oranını]] esas alarak sıralayan bir analitik teknik. Daha basit terimler ile, bir [[Mass spectrum|kütle spektrumu]] bir numunen içindeki kütleleri ölçer. Kütle spektrometrisi bir çok ffarklı alanda kullanılır ve kompleks karışımlara uygulandığı kadar saf numunelere de uygulanır.

Bir kütle spektrumu, kütle/yük oranının bir fonsiyonu olan iyon sinyallerinin grafiğidir. Bu spektrumlar, bir numunenin elementsel veya [[Isotopic signature|izotopik imzaları]], parçacıkların ve [[Molekül|moleküllerinmolekül]]lerin kütlerlerini belirlemek ve moleküllerin kimyasal yapılarını orataya çıkarmak için kullanılır.  [[Peptit|Peptitlerin]]lerin ve diğer kimyasal bileşiklerin kimyasal yapıları kütle spektrometrisi ile ortaya çıkartılabilir. 

Tipik bir MS prosedüründe, katı, sıvı veya gaz olabilecek bir numune iyonlaştırılır, bu işlem numuneye elektron bombardımanı ile yapılabilir. Bu işlem bazı numune moleküllerinin yüklü parçalara ayrılmalarına sebebiyet verir. Sonrasında bu iyonlar kütle/yük oranına göre birbirinden ayrılırlar, bu ayrılma genellikle onları hızlandırıp bir lektrik veya magnetik alana maruz bırakarak başarılır. Aynı kütle/yük oranına sahip iyonlar aynı sapma harekerini yaşar.<ref name="isbn0-9660813-2-3">{{cite book|author=Sparkman, O. David|title=Mass spectrometry desk reference|publisher=Global View Pub|location=Pittsburgh|year=2000|isbn=0-9660813-2-3}}</ref> İyonlar[[Electron multiplier| elektron çoklayıcısı]] gibi yüklü parçacıkları tanımlayabilen bir mekanizma tarafından tespit edilir. Sonuçlar kütle/yük oranının bir fonksiyonu olan belirlenen iyonların bağıl çokluğunun spektrumlar halinde görüntülenir. Numunedeki atomlar veya moleküller bilinen kütlelerin (bir bütün molekül gibi) cihaz tarfından tanımlanmış kütleler veya karakteristik bir parçalanma örneği ile bağdaştırılması ile tespit edilebilir.

''Spectrograph'' kelimesi 1884' te [[International scientific vocabulary|uluslararası bilimsel kelime haznesi]]<nowiki/>nin bir parçası oldu.<ref>"[http://dev.m-w.com/dictionary/spectrograph Definition of spectrograph]{{dead link|date=September 2017|bot=InternetArchiveBot|fix-attempted=yes}}." Merriam Webster. Accessed 13 June 2008.</ref><ref>{{cite journal|last1=Downard|first1=Kevin|title=Mass Spectrometry - A Foundation Course|publisher=Royal Society of Chemistry|year=2004|isbn=978-0-85404-609-6|doi=10.1039/9781847551306}}</ref> İlkel ''spektrometri'' cihazlarının, iyonların kütle/yük oranını ölçmüş olanları [[Spectrograph|kütle spektrografları]] şeklinde adlandırlır. Bu cihazlar kütle değerlerinin [[Tayf|spektrumlarını]] bir [[Photographic plate|fotografik tabağa]] kaydeden aletlerden oluşur.<ref name="a804629h">{{cite journal|title=Francis Aston and the mass spectrograph|journal=[[Dalton Transactions]]|year=1998|first=Gordon|last=Squires|pages=3893–3900|doi=10.1039/a804629h|issue=23}}</ref><ref>{{cite journal|vauthors=Downard KM|title=Historical account: Francis William Aston: the man behind the mass spectrograph|journal=European Journal of Mass Spectrometry|volume=13|issue=3|pages=177–90|year=2007|pmid=17881785|doi=10.1255/ejms.878}}</ref> ''Kütle spektroskopu kütle spektrografına'' benzerdir. Fakat kütle spektroskopu ışık hüzmesinin bir [[Phosphor|fosfor]] ekranına yansıtılması işlemiye farklılık gösterir.<ref>{{cite book|last=Thomson|first=J.J.|authorlink=J. J. Thomson|title=Rays Of Positive Electricity and Their Application to Chemical Analysis|publisher=Longman's Green and Company|year=1913|location=London|url=https://archive.org/details/RaysOfPositiveElectricity}}</ref> Kütle spektroskopu konfigürasyonu konfigürasyonu düzeltmelerin etkilerinin hızlıca gözlenmesi için kullanılırdı. Alet bir kere düzgünce ayarlandığında, bir fotografik tabak eklenir ve işleme mağruz bırakılırdı. Kütle spektroskopu terimi, [[osiloskop]] ile dolaylı yoldan ölçümün  fosfor ekran ile gösterimin yerini almasına rağmen, hala kullanımı sürmektedir.<ref name="Siri_1947">{{cite journal|title=Mass spectroscope for analysis in the low-mass range|journal=Review of Scientific Instruments|year=1947|first=William|last=Siri|volume=18|issue=8|pages=540–545|doi=10.1063/1.1740998|bibcode=1947RScI...18..540S}}</ref> ''Kütle spektroskopisi'' teriminin kullanımı ışık [[Spektroskopi|spektroskopisispektroskopi]]si terimi ile karıştırılma olasılığından dolayı artık kullanılmamaktadır.<ref name="Price 1991">{{cite journal|vauthors=Price P|title=Standard definitions of terms relating to mass spectrometry : A report from the committee on measurements and standards of the American society for mass spectrometry|journal=Journal of the American Society for Mass Spectrometry|volume=2|issue=4|pages=336–48|date=August 1991|pmid=24242353|doi=10.1016/1044-0305(91)80025-3}}</ref> Kütle spektrometri ifadesi sıkça ''kütle-spek'' veya basitçe ''MS ''şeklinde kısaltılır.

2002' de, [[Nobel Kimya Ödülü]][[Electrospray ionization| elektrosprey iyonizasyonunu]] (electrospray ionization, ESI) geliştirmesi sebebi ile [[John Bennett Fenn]]' e ve[[Soft laser desorption| yumuşak lazer salınımının]] (soft laser desorption- SLD) icadı ile bu tekniğin biyolojik makromoleküller, özellikle proteinler, üzerine uygulanması üzerine yaptığı çalışmalardan dolayı [[Koichi Tanaka]]' ya verilmiştir.<ref>{{cite news|title=The Nobel Prize in Chemistry 2002: Information for the Public|date=9 October 2002|publisher=The Nobel Foundation|url=https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2002/popular.html|access-date=2007-08-29}}</ref>

[[Dosya:Mass_Spectrometer_Schematic.svg|küçükresim|Sektör tipi kütle analizörlü basit bir spektrometrenin şeması. Bu alet, [[Karbon-13|karbon -13]] [[Urea breath test| üre nefes testinde]] olduğu gibi, karbon dioksit [[İzotop|izotoplizotop]]l<nowiki/>arının oranlarının ([[Isotope ratio mass spectrometry|IRMS]]) ölçümü için kullanılabilir.]]

[[Ion source|İyon kaynağı]] [[Analit|analitianalit]]i (analiz işleminde bulunan materyal) iyonlaştıran kütle spektrometre parçası. Daha sonra iyonlar [[Manyetik alan|manyeti]]<nowiki/>k veya [[Elektriksel alan|elektrik alanda]]<nowiki/>n kütle analizörüne aktarılır.

İyonlaştırma amaçlı teknikler, ne tip numunelerin kütle spektrometrisi tarafından analiz edileceğinin belirlenmesinde kilit noktadır. [[Electron ionization|Elektron iyonizasyon]] ve [[Chemical ionization|kimyasal iyonizasyon]] [[Gaz|ga]]<nowiki/>zlar ve [[Vapor|buharlar]] için kullanılır. Kimyasal iyonizasyon kaynaklarında, analit, kaynaktaki çarpışamlardaki, kimyasal iyon-molekül tepkimeleri ile iyonlaşır. İki teknik biyolojik [[sıvı]] ve [[Katı|katılardakatı]]larda sıkça kulllanılır. Bu iki teknik [[Electrospray ionization|elektrosprey iyonizasyon]] ([[John Bennett Fenn|John Fenn]] tarafından icat edimiştir<ref>{{cite journal|vauthors=Fenn JB, Mann M, Meng CK, Wong SF, Whitehouse CM|title=Electrospray ionization for mass spectrometry of large biomolecules|journal=Science|volume=246|issue=4926|pages=64–71|date=October 1989|pmid=2675315|doi=10.1126/science.2675315|bibcode=1989Sci...246...64F}}</ref>) ve [[Matrix-assisted laser desorption/ionization|matriks-yardımlı lazer salınım/iyonizasyon]]<nowiki/>dur (matrix-assisted laser desorption/ionization-MALDI). MALDI benzeri bir teknik olarak "Yumuşak Lazer Salınımı (Soft Laser Desorption-SLD)" adı ile K. Tanaka tarafından oluşturumuştur.<ref>{{cite journal|vauthors=Tanaka K, Waki H, Ido Y, Akita S, Yoshida Y, Yoshida T|title=Protein and Polymer Analyses up to m/z 100 000 by Laser Ionization Time-of flight Mass Spectrometry|journal=[[Rapid Communications in Mass Spectrometry|Rapid Commun Mass Spectrom]]|volume=2|issue=20|pages=151–3|year=1988|doi=10.1002/rcm.1290020802|bibcode=1988RCMS....2..151T}}</ref> Tanaka bu buluşu sebebi ile M. Karas ve F. Hillenkamp (MALDI' nin mucitleri) ile beraber Nobel Ödülü ile ödüllendirilmiştir.  <ref>{{cite journal|vauthors=Karas M, Bachman D, Bahr U, Hillenkamp F|title=Matrix-Assisted Ultraviolet Laser Desorption of Non-Volatile Compounds|journal=[[International Journal of Mass Spectrometry|Int J Mass Spectrom Ion Proc]]|volume=78|pages=53–68|year=1987|doi=10.1016/0168-1176(87)87041-6|bibcode=1987IJMSI..78...53K}}

Bir kaç önemli analizör özelliği vardır. Bunlar, kütle çöznürlük gücü, kütle kesinliği, kütle menzili, lineer dinamik menzili ve hız şeklinde sıralanır. Kütle çözünürlük gücü birbirinden faklı iki yakın m/z zirvenin birbirinden ayırt edilebilme ölçüsüdür. Kütle kesinliği ölçülen ''m/z'' ölçüm hatasının doğru m/z' ye oranıdır. Kütle menzili verilen analizöre uygun olarak analiz edilebilecek m/z aralığıdır. Lineer dinamik menzil iyon sinyalinin analit konsantrasyonu ile lineer olduğu aralıktır. Hız deneyin zaman çerçevesidir ve birim zamana düşen oluşturlabilecek spectra sayısının belirlenmesinde kullanılır.

{{Details|Sektör kütle spektrometresi}}Bir sektör alan kütle analizörü [[Elektrik yükü|yüklü parçacıkların]] [[Hız|hızınıhız]]ını ve/veya yolunu etkilemek amacı ile bir statik elektrik ve/veya manyetik alan kullanır. Yukarıda gösterildiği üzere, [[sektör aleti]] iyonlar kütle analizöründen geçerken onların rotalarını değiştirir. Bu işlemi m/z oranına göre yapar, daha çok yüklü ,hızlı ve hafif parçacıklar daha çok sapma gösterir. Bu analizör daha inçe menzil seçimleri için kullanılabilir veya bir aralığın içinde bulunan bütün ''m/z''' leri tarayarak ortamda bulunan iyonların kataloğunu çıkartmak için kullanabilir.<ref>{{Cite journal|year=1986|title=Extending the Mass Range of a Sector Mass Spectrometer|vauthors=Cottrell JS, Greathead RJ|journal=Mass Spectrometry Reviews|volume=5|pages=215–247|doi=10.1002/mas.1280050302|issue=3|bibcode=1986MSRv....5..215C}}</ref>

{{Details|uçuş süresi kütle spektrometri}}Uçuş süresi (time-of-flight/TOF) analizörü aynı potansiyel ile iyonları bir [[Elektrik Alan|elekrik alan]] kullanarak hızlandırır ve iyonların detektöre varma sürelerini ölçer. Eğer bütün parçalar aynı [[Elektrik yükü|yüke]] sahip ise, [[kinetik enerji]]<nowiki/>leri de aynı olma eğilimindedir ve bu durumda yionların [[Hız|hızlarıhız]]ları [[Kütle|kütlelerinekütle]]lerine bağıl olarak değişir.<ref>In the event that the ions do not start at identical kinetic energies, some ions may lag behind higher kinetic energy ions decreasing resolution. Reflectron geometries are commonly employed to correct this problem. {{Cite journal|doi=10.1002/mas.1280120202|title=Time-of-flight mass analyzers|year=1993|author=Wollnik, H.|journal=Mass Spectrometry Reviews|volume=12|pages=89–114|issue=2|bibcode=1993MSRv...12...89W}}</ref> Ancak aynı m/z' ye sahip olanlar parçalar bile detektöre farklı zamanlarda varabilirler çünkü farklı ilk hızlara sahiptirlerdir. İyonun ilk hızı kütleye bağıl değildir, yani ilk hız kütleden bağımsızdır, bu da TOF-MS(TOF- kütle spektrometri) tekniğinin problemli noktasıdır. İlk hızlar arasındaki fark kendini son hızlarda da gösterir, ilk hızlardaki fark son hızlardaki farka dönüşür. Böylece, aynı m/z değerine sahip iyonlar detektöre farklı zamanlarda varmış olur. Bu problemin üzerinden gelebilmek için zaman-gecikmesi odaklı/ertelenmiş ekstraksiyon TOF-MS ile birleştirilir.<ref>{{Cite journal|last=Guilhaus|first=Michae|date=|title=Principles and Instrumentation in Time-of-flight Mass Spectrometry|url=https://pdfs.semanticscholar.org/f8b2/3adb80b33deadb9a1e521409e84b9fdae04d.pdf|journal=JOURNAL OF MASS SPECTROMETRY|volume=30|pages=1519È1532|via=Google Scholar}}</ref>

{{Details|Kuadrupol iyon tuzağı}}[[Kuadrupol iyon tuzağı]] kuadrupol kütle analizörü ile aynı fiziksel presipleri paylaşır fakat iyonları yakalaması ve sonra düzenekten çıkartması özelliği yönünden farklı bir konuma sahiptir. İyonlar başlıca kuadrupol RF (Kuadrupol RF alanı,genellikle DC vya yardımcı AC potansiyellerine bağlı ,iki tane sonbaşlık elektrotunun arasındaki bir çember elektrotun içersinde kalan alanı ifade eder) alanında tutulurlar. Numune dahili olarak (bir elektron veya lazer hüzmesi ile) veya harici olarak(bir sonbaşlık elektrotundaki bir açıklıktan alete giriş sağlanarak) iyonize edilir.

</ref> Yörünge tuzağı yüksek kütle kesinliğine, yüksek hassaslığa ve iyi bir dinamik aralığına(menziline) sahiptir.

{{Details|Fourier transform iyon siklotron rezonans}}[[Fourier transform iyon siklotron rezonans]] (Fourier transform mass spectrometry-FTMS),veya tam adıyla Fourier transform iyon siklotron rezonans MS, kütleyi iyonların [[Siklotronlama|siklotronlamasısiklotronlama]]sı ile üretilen [[resim akımı]]<nowiki/>nı belirleyerek ölçer. Bir detektör([[elektron çoklayıcısı]]) ile iyonların sapmalarını ölçmek yerine iyonlar bir [[Penning tuzağı]]<nowiki/>na(bir statik elektrik/manyetik [[Iyon tuzağı|iyon tuzağı]]) doldurulur. Penning tuzağında iyonlar etkin bir biçimde bir düzeneğin parçası haline gelir. Boşlukta sabitlenmiş pozisyondaki detektörler, kendilerine yakın noktalardan geçen iyonların elektrik sinyalini ölçer ve periyodik sinyaller üretir. İyonların döndürülmesinin frekansı m/z oranı tarafından belirlendiğinden, [[Fourier transfromu]] sinyaller üzerinde kullanılarak m/z oranı belirlenebilir. [[Fourier transform kütle spektrometri]]<nowiki/>si (Fourier transform mass spectrometry-FTMS) yüksek hassaslık (bir iyon birden fazla kere "hesap" edildiğinden), ve daha yüksek [[Çözünürlük (spektrometri)|çözünürlüğe]] (daha ince ölçümler sağlar) sahip olmasından avantajlı konumdadır.<ref>

[[Dosya:TandemMS.svg|küçükresim|Biyolojik moleküller için ESI veya MALDI kullanan ardışık MS ]]

MS' i kütle belirleme ve kütle çözünürlüğünde güçlendirmek için MS' e ardışık [[Kromatografi|kromatografikkromatografi]]k ve diğer ayrım tekniklerinin kullanılır.

[[ImageDosya:ObwiedniaPeptydu.gif|thumb|İzotopik dağılım gösteren bir peptik kütle spektrumu]]

Çoğu MS hem ''negatif iyon modu'' veya ''pozitif iyon modu''nda çalışabilme yeteneğine sahiptir. Bu yetenek gözlenen iyonların pozitif mi yoksa negatif mi olduğunu anlamak açısından çok önemlidir. Genellikle bu durum nötral kütleyi hesaplamakta çok önemli olsa da aynı zamanda molekülün doğası hakkında ipuçları da verir.

Farklı tip iyon kaynakları-orijinal molekülden üretilmiş- birbirinden farklı bir dizi parçacık oluşumu ile sonuçlanır. Bir elektron iyonlaştırma kaynağı bir çok parça (çoğu tek yüklü(-1) radikaller) üretirken ESI genellikle radikal olmayan yarımoleküler iyonlar üretir, bu moleküller genelde multi yüklüdür. Ardışık MS amaç olarak parça iyonları kaynak-sonrası üretir ve deney tarafından üretilen verinin çeşidini şiddetli bir şekilde değiştirebilir.

Numunenin kökeni hakkında bilgi molekülün bileşenleri ve parçaları hakkında bilgi sağlayabilir. Bir sentez/imalat işlemi ürünü numunesi hedef molekül çevresinde düşünüldüğünde kimyasal safsızlıklar içerecektir. Ham bir şekilde hazırlanmış biyolojik numuneler muhtemelen belli bir miktarda tuz içerecektir. Bu tuz, belli analizlerde, analit molekülle birleşerek bir birleşim ürünü oluşturabilir.

Sonuçlar aynı zamanda numunenin nasıl hazırlandığına ve ne şekilde MS' e sokulduğu ile de ilşkilidir. Bunun önemli bir örneği, MALDI noktalaması için kullanılan matrikstir, matriks yayılım/iyonlaşma olayı enerjisinin kontrolünde lazerden daha önemlii bir faktördür. Bazen numuler sodyum veya diğer iyon taşıyan türlerle muamele edilir ve böylece, protone edilmiş türler yerine, toplanma ürünleri elde edilmiş olur.

Moleküllerin kesin [[Kimyasal yapı|yapıları]] ve [[Peptit dizisi|peptit dizileri]] parça kütleleri setleri ile deşifre edildiğinden, kütle spektrumunun yorumu çeşitli tekniklerin kombinasyonunu gerektirir. Genellikle bilinmeyen bir bileşiğin kütlesini belirlemek için ilk strateji bileşiğin deneysel kütle spektrumunu kütle spektrum kütüphanesi ile karşılaştırmaktır. Eğer eşleşme yoksa, ya manuel yorumlamaya geçilir<ref>{{cite book|last1=Tureček|first1=František|last2=McLafferty|first2=Fred W.|name-list-format=vanc|year=1993|title=Interpretation of mass spectra|publisher=University Science Books|place=Sausalito|isbn=0-935702-25-3|url=https://books.google.com/?id=xQWk5WQfMQAC&printsec=frontcover}}</ref> yada yazılım yardımlı [[kütle spektrası yorumlaması]] uygulanır. MS' te olan [[İyonlaşma|iyonizasyon]] ve parçalanmanın bilgisayar simülasyonu peptit yapısı veya dizisinden bir moleküle kadar tanımlama yapmak için kullanılacak ilk araçtır. Bir [[önsel]] yapısal bilgi [[In silico|''in siliko'']](bilgisayarda) parçalanır ve sonuç gözlenen spektrum ile karşılaştırılır. Böyle similasyonlar genelde bir parçalama kütüphanesi tarafından desteklenir. <ref>Mistrik, R. (2004). [https://web.archive.org/web/20120111151406/http://www.highchem.com/publications/a-new-concept-for-the-interpretation-of-mass-spectra.html A New Concept for the Interpretation of Mass Spectra Based on a Combination of a Fragmentation Mechanism Database and a Computer Expert System.] in Ashcroft, A.E., Brenton, G., Monaghan, J.J. (Eds.), ''Advances in Mass Spectrometry'', Elsevier, Amsterdam, vol. 16, pp. 821.{{Dead link|date=January 2015}}</ref> Kütüphane bilinen parçalanma reaksiyonlarını içerir. Hem ufak moleküller hem de [[Peptit kütle parmakizi|proteinler]] için geliştirilmiş bu fikir [[Kütle spektrometrisi yazılımı|MS yazılımı]]<nowiki/>nı avatajlı kılar.