מבוא לספקטרומטריית מסה

Introduction to Mass Spectrometry
JoVE Science Education
Analytical Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Science Education Analytical Chemistry
Introduction to Mass Spectrometry

112,958 Views

13:45 min
August 24, 2015

Overview

מקור: המעבדה של ד”ר ח’ולוד אל-ג’מאל – קינגס קולג’ לונדון

ספקטרומטריית מסה היא טכניקה אנליטית בכימיה המאפשרת זיהוי של תרכובות לא ידועות בתוך מדגם, כימות חומרים ידועים, קביעת המבנה ומאפיינים כימיים של מולקולות שונות.

ספקטרומטר מסה מורכב ממקור יינון, מנתח וגלאי. התהליך כרוך יינון של תרכובות כימיות כדי ליצור יונים. בעת שימוש בפלזמה מצמידה אינדוקטיבית (ICP), דגימות המכילות אלמנטים של עניין הם הציגו לתוך פלזמה ארגון כמו טיפות תרסיס. הפלזמה מייבשת את התרסיס, מנתקת את המולקולות, ואז מסירה אלקטרון מהרכיבים כדי להתגלות על ידי ספקטרומטר המסה. שיטות יינון אחרות כגון יינון אלקטרוספראי (ESI) ויינון ירידה בלייזר בסיוע מטריצה (MALDI) משמשות לניתוח דגימות ביולוגיות. לאחר הליך היוניזציה, יונים מופרדים בספקטרומטר המסה בהתאם ליחס המסה-לטעינה שלהם (m/z), והשפע היחסי של כל סוג יונים נמדד. לבסוף, הגלאי מורכב בדרך כלל במכפיל אלקטרונים שבו התנגשות של יונים עם אנודה טעונה מובילה למפל של מספר גדל והולך של אלקטרונים, אשר ניתן לזהות על ידי מעגל חשמלי המחובר למחשב.

בסרטון וידאו זה, ההליך של ניתוח ICP-MS יתואר על ידי זיהוי של 56Fe כדוגמה.

Principles

ICP-MS משלב מקור ICP בטמפרטורה גבוהה (פלזמה משולבת באופן אינדוקטיבי) עם ספקטרומטר מסה.

דגימות צריכות להיות בצורה יונית לפני הזנת מנתח המסה כדי להתגלות. תהליך העיכול של דגימות מוצקות מורכב מדגירה של דגימות מוצקות לחומצה חזקה ומחמצן בטמפרטורה גבוהה ולתקופת זמן ממושכת בהתאם לנתח המתכת. המדגם מוצג כמו תרסיס לתוך פלזמת ICP (טמפרטורה של 6,000-10,000 K) כדי להמיר אטומים גזיים, אשר מיוננים.

מנתח המסה הנפוץ ביותר הוא מסנן המסה של quadrupole. זה עובד כמסנן אלקטרוסטטי המאפשר רק יונים של יחס מסה לטעינה אחת (m/ z) להגיע לגלאי בזמן נתון. זה יכול להפריד עד 15,000 דלטון (Da) לשנייה ולכן נחשב בעל תכונות ניתוח רב אלמנטרי בו זמנית. ICP-MS היא שיטה רגישה מאוד המאפשרת זיהוי של אלמנטים עם ריכוזים מתחת לחלקיקים למיליארד (ppb), ומתחת לחלקיקים לטריליון (ppt) עבור אלמנטים מסוימים.

לבסוף, מערכת הגלאים ממירה את מספר היונים ההולכים את הגלאי לאות חשמלי. באמצעות תקני כיול (דגימות של ריכוז ידוע עבור אלמנט מסוים), ניתן להעריך את הריכוז של מדגם עבור אלמנט אחד או כמה עניין.

Procedure

1. ניקוי צינורות פוליקרבונט

  1. השתמש בצינורות פוליקרבונט עמידים בפני פתרונות חומציים לעיכול מדגם. על מנת להסיר כל עקבות מזהמים של ברזל, למלא את כל הצינורות עם 5 מ”ל של 0.1 M HCl.
  2. מניחים צינורות באמבט מים במשך שעה אחת ב 50 מעלות צלזיוס.
  3. לשטוף את הצינורות עם 5 מ”ל של מים מילי-Q ולייבש את הצינורות בתנור או מכסה המנוע הכימי.

2. הכנת דגימה ועיכול

  1. מניחים 200 מיקרול של מדגם ב 1.8 מ”ל של חומצה חנקתית מרוכזת (65%).
  2. מניחים צינורות באמבט מים למשך הלילה בשעה 50 מעלות צלזיוס. התאם את הפרוטוקול על ידי הגדלת הטמפרטורה אם יש צורך בהפחתה של זמן העיכול הכולל.
  3. תן לצינורות להתקרר בטמפרטורת החדר.
  4. לדלל את הדגימות על ידי הוספת 8 מ”ל של מי מילי-Q כדי להשיג ריכוז חומצה חנקתית סופית מפוח 20% (v/ v).
  5. צינורות צנטריפוגות ב 3,000 x g במשך 10 דקות כדי גלולה כל שאריות מקרוסקופיות הנותרות.

3. הכנת הכלי

  1. לנקות את לפיד ICP באמצעות ultrasonication ב 5% חומצה חנקתית במשך 15 דקות. לנגב קונוסים עם 5% חומצה חנקתית. לשנות את הצינורות ההפריסטית. תבדוק את רמת שמן המשאבה.
  2. תדליק את הארגון והצ’ילר, תתחיל פלזמה. התחל זרימה נוזלית לתוך פלזמה ולחכות המכשיר לייצב, כ 20 דקות.
  3. מטב את מתחי העדשה. הפעל בדיקת ביצועים יומית על-ידי מדידת פתרונות בדיקה המכילים Mg, In ו- שלך כדי לאשר את הרגישות של מכשיר ICP-MS. מדוד Ce ו- Ba שבו טופס תחמוצת ויונים טעונים כפולים צריך להישאר מתחת 3%. בדוק את המסה ב 8 ו 220 Da כדי למדוד את אות הרקע.
  4. הכלי מוכן כעת לשימוש.

4. בחירת שיטת המשתמש ורשימת דוגמאות

  1. בחר אלמנט ואיזוטופים של עניין.
  2. בחר מצב סריקה כקפיצה על שיא.
  3. בחר זמן התעכבות של 100 אלפיות שני (מינימום 50) עם 40 סריקות (מינימום 15) לקריאה. בחר קריאה אחת לכל שכפול ו- 5 משכפלים (מינימום 3). זמן האינטגרציה הכולל הוא 4,000 ms. אם כמות המדגם מוגבלת, צמצם את זמן ההשתהות, מספר הסריקות והשכפולים תוך שמירה על ערכים גבוהים יותר מערכי המינימום שהוגדרו לעיל.
  4. השתמש בקצב זרימה של אמוניה (NH3) ב 0.7 מ”ל / דקה כדי למנוע את ההפרעה של 40Ar16O על הקביעה של 56Fe.
  5. הכן עקומת כיול עבור האלמנטים המועדפים.
  6. תריץ את הדגימות.

ספקטרומטריית מסה היא טכניקה אנליטית המאפשרת זיהוי וכימות של תרכובות לא ידועות בתוך מדגם, ואת קביעת המבנה שלהם.

בספקטרומטריית מסה, יונים שלב גז נוצרים מן האטומים או מולקולות במדגם. לאחר מכן, היונים מופרדים על סמך יחס המסה-לטעינה שלהם, המסומל על-ידי m/z.

הפרדה זו מאפשרת קביעת מידע כמותי ואיכותי על מדגם, כגון המסה והמבנה שלהם.

וידאו זה יציג את המושגים הבסיסיים ואת המכשור של ספקטרומטריית מסה, ולהדגים את השימוש בו כימות אלמנטים.

ספקטרומטר מסה מורכב ממקור יינון, מנתח מסות וגלאי. במקור היוניזציה, התרכובות מיוננות, בדרך כלל למטען חיובי יחיד.

יונים יכולים להיווצר בטכניקות שונות, כגון פגיעה בקרן אלקטרונים, פלזמה או לייזרים, כל אחד מהם וכתוצאה מכך מגוון של פיצולים המסייעים בקביעת המבנה המולקולרי. שיטות אלה מקובצת באופן רופף ליינון “קשה” ו”רך”.

טכניקות יינון קשות גורמות לפיצול נרחב, וכתוצאה מכך יותר שברים של מסה נמוכה יותר.

טכניקות יינון רכות גורמות לפיצול פחות, או כמעט לא, עם טווח מסת מולקולרי גבוה.

אם הפיצול גדול מדי, מידע מבנה בעל ערך יכול ללכת לאיבוד. אם זה מעט מדי, מולקולות קטנות לא יהיו מיוננות ביעילות. לפיכך, הבחירה בשיטת יינון תלויה באנתוח העניין ובמידה הרצויה של פיצול.

לאחר מכן האינים מואצים בשדה חשמלי כשהם נכנסים לניתוח המסה, שם הם יופרדו.

מנתח המסה הבסיסי ביותר הוא מגזר מגנטי, המורכב ממגנט מעוקל המייצר שדה מגנטי הומוגני. הכוח האטרקטיבי של המגנט, בתוספת הכוח הצנטריפוגלי של היונים המאיצים גורם להם לנוע בנתיב מעגלי דרך העקומה.

רדיוס הנתיב המעגלי של היונים תלוי במתח המאיץ, בשדה המגנטי המיושם וביחס המסה למטען.

לאחר מכן ניתן לבחור את המתח והשדה המגנטי כדי לאפשר רק מינים מסוימים של יחס מסה-טעינה דרך הנתיב המעוקל. יונים אחרים מתרסקים לתוך צידי המסלול המגנטי והם הולכים לאיבוד. על ידי סריקת עוצמת השדה המגנטי, היונים הרצויים מגיעים לגלאי בזמנים שונים, ובכך מזהים כל מין במדויק.

סוג נוסף של מנתח מסות הוא מסנן המסה של quadrupole. הקוואדרופול מורכב משני זוגות של מוטות מתכת מקבילים, כאשר כל זוג מוטות מנוגדים מחובר חשמלית.

מתח זרם ישיר מוחל על זוגות המוטות, והפוטנציאלים שלהם לסירוגין ברציפות כך שהזוגות תמיד מחוץ לפאזה עם השני.

קרן היונים מכוונת דרך מרכז ארבעת המוטות. יונים נוסעים בנתיב דמוי חולץ פקקים, בשל המשיכה המתמדת והדחייה מהמוטות. בהתאם ליחס המסה לטעינה של היונים, היון ינוע בנתיב המלא של הרביעייה ויגיע לגלאי, או יתרסק לתוך המוטות.

כעת, לאחר שתואר יסודות ספקטרומטר המסה, בואו נבחן את השימוש בו במעבדה.

ספקטרומטר המסה המשמש בניסוי זה הוא פלזמה מצמידה, או ICP, מיינן, עם מסנן מרובע. המכשיר ישמש לזיהוי וכימות של רכיב מתכת במדגם.

כדי להתחיל את הניסוי, מלא את כל צינורות פוליפרופילן עם 5 מ”ל של 0.1 M חומצה הידרוכלורית על מנת להסיר כל עקבות מזהמים של ברזל. מניחים את הצינורות באמבט מים במשך שעה אחת ב 50 מעלות צלזיוס.

לאחר הדגירה, לשטוף את הצינורות עם 5 מ”ל של מים deionized, ולייבש את הצינורות בתנור או מכסה המנוע הכימי.

בצינורות נקיים, להוסיף 1.8 מ”ל של חומצה חנקתית מרוכזת ו 200 μL של מדגם המכיל איזוטופ של עניין.

יש לעקוב אחר אמצעי הבטיחות בעת שימוש בחומצה מרוכזת.

מניחים את הצינורות באמבט מים למשך הלילה. ניתן להגדיל את הטמפרטורה כדי לקצר את זמן העיכול, במידת הצורך.

לאחר הדגימה מתעכלת, תן את הצינורות להתקרר לטמפרטורת החדר.

לאחר מכן, להוסיף 8 מ”ל של מים deionized כדי לדלל את הדגימות, ולקבל ריכוז חומצה חנקתית מתחת 20%. הדילול הסופי של המדגם הוא 1/50. הריכוז האידיאלי עבור ICP הוא בטווח החלקים למיליארד. צנטריפוגות הצינורות כדי כדורי כל שאריות מקרוסקופיות הנותרות.

ICP היא שיטה של יינון קשה המשתמשת פלזמה ארגון מצמיד בכ 10,000 °C כי הוא מוליך חשמלית כדי לייינון מולקולות המדגם.

התחל את המכשיר שהוקם על ידי בדיקת לפיד ICP כדי לוודא שהוא נקי.

לאחר מכן, בדוק את קונוסים סמפלר ורחפן כדי להבטיח שהם גם נקיים. קונוסים אלה מאפשרים דגימה של החלק הפנימי של קרן היון שנוצר על ידי לפיד ICP ומשמשים כמחסום לוואקום הגבוה של ספקטרומטר המסה.

בדוק את לחץ הארגון ולהתחיל את הצ’ילר. התחל את זרימת הפלזמה והנוזל לתוך המערכת. המתן 20 דקות עד שהמערכת תהתחמם במלואה.

לאחר מכן, שאפו לפתרון בדיקה סטנדרטי, המכיל סטנדרטים אלמנטיים ידועים שונים. יש לבחור את פתרון הבדיקה כדי לכסות את טווח המסה הצפוי של פתרון הניתוח.

כאשר זרימת הפתרון נקבעת, אתחל ובדוק את המכשיר בהתאם להנחיות היצרן.

כדי להפעיל את המכשיר, בחר תחילה את האלמנטים והאיזוטופים של עניין. לאחר מכן הגדר את מצב הסריקה לקפיצה לשיא.

בחר חמישה עותקים משוכפלים לכל מדידה. הגדר כל שכפול כך שיכיל 40 סריקות מדידה, כל סריקה עם זמן השתהות של 50 אלפיות השנייה. זמן האינטגרציה הכולל הוא 2,000 מילרט לכל שכפול.

הכן עקומת כיול לאלמנטים המועדפים על-ידי מדידת פתרונות סטנדרטיים מוכנים מראש.

לבסוף, להפעיל את המדגם, במקרה זה, חלקיקי תחמוצת ברזל. קבע את ריכוז הברזל באמצעות עקומת כיול הברזל.

ספקטרומטריית מסה משמשת במגוון רחב של יישומים באמצעות יינון שונים וטכניקות ניתוח מסה.

בדוגמה זו, סוג של ספקטרומטריית מסה יינון רכה, הנקראת מטריצה בסיוע לייזר desorption יינון זמן טיסה, או MALDI-TOF, שימש לניתוח חלבונים במשקל מולקולרי גבוה. עם MALDI, מולקולות מתייצבות עם מטריצה, כדי להקטין את השבר כאשר המולקולות הגדולות מיוננות.

תמיסה חלבון ותמצית היו שניהם הבחינו על צלחת MALDI נקי, ויובש. לוחית ה-MALDI הוכנסה למכשיר, והדגימה נותחה.

הניתוח של תרכובות רגישות נדיפות וחמצון נמדד באמצעות ספקטרומטריית מסה יינון אלקטרונים, טכניקת יינון קשה.

ראשית, מערכת צינור לנעילה תוכננה על מנת לאפשר פינוי מלא של הצינור, ואחריו טעינת המדגם תחת קירור על ידי חנקן נוזלי.

צינור הדגימה היה מחובר ליציאת הכניסה, והדגימה נטענה לתוך המכשיר. ספקטרום המסה של המדגם במקרה זה טריס (טריפלואורומטיל) פוספט, נותח לאחר מכן.

ספקטרומטר מסת קרן מולקולרית בשילוב עם קרינת סינכרוטרון שימש לחקור את המבנה האלקטרוני של מולקולות שלב גז ואשכולות.

הקרן המולקולרית, המשולבת בקרינת סינכרוטרון, סיפקה שיטת יינון סלקטיבית לבדיקת מולקולות בשלב הגז.

הדגימה נטענה לתוך הזרבובית, הזרבובית נטענה מחדש לתוך המכשיר, וקרן הפוטן הורשתה להיכנס לתא.

ספקטרום המסה נאסף אז והושווה לנתוני יעילות פוטוניזציה על מנת לקבוע את המבנה האלקטרוני של מולקולות.

הרגע צפית בהקדמה של ג’וב לספקטרומטריית מסה. עכשיו אתה צריך להבין את המכשור הבסיסי של ספקטרומטריית מסה, וכיצד להפעיל ניתוח בסיסי מבוסס ספקטרומטריית מסה.

תודה שצפיתם!

Results

ניתוח ICP-MS של דגימות המכילות חלקיק תחמוצת ברזל מוצג להלן. עקומה סטנדרטית בוצעה בריכוז ידוע של 56Fe (איור 1). מקדם המתאם קרוב ל- 1 (R2 = 0.999989) הראה את הקשר הליניארי הטוב בין ריכוזי המדגם לבין העוצמה הנמדדת על ידי הגלאי. דוגמאות של תחומי עניין הראו ערכים בטווח הכיול(איור 2). הריכוזים שחושבו על ידי התוכנה הותאמו לאחר מכן על פי הדילול שבוצע במהלך הפרוטוקול. הפרוטוקול הנוכחי תיאר דילול של 1/50 בעקבות דילול בחומצה (1/10) ובמים מילי-Q (1/5). לדוגמה, נמדד ריכוז של 51.427 מיקרוגרם/L עבור המדגם 51 (איור 2). ריכוז המדגם המקורי היה גבוה פי 50 מ”ג/ל’.

Figure 1
איור 1. עקומת כיול עבור מדידות Fe 56. ארבע נקודות סטנדרטיות (0.01, 0.1, 1 ו- 10 מיקרוגרם/מ”ל) מציגות מקדם מתאם (R2) של 0.999989. זה מאשר את הקשר הליניארי הטוב בין עוצמת האות שזוהתה לבין ריכוזי ההתייחסות.

Figure 2
איור 2. תוצאות מייצגות בעקבות מדידות ICP-MS על דגימות חלקיק תחמוצת ברזל. הריכוז של כל דגימה מדוללת מחושב באופן אוטומטי על פי עקומת הכיול המוגדרת.

Applications and Summary

השדות הסביבתיים וההיאולוגיים מייצגים את השימוש הראשון עבור ICP-MS למשל למדידת מזהמים הקיימים במים, בקרקע או באטמוספירה. נוכחות של מזהמים בריכוז גבוה במי ברז כגון Fe, Cu, או Al ניתן לפקח באמצעות ICP-MS.

תחומי המדע הרפואי והמז”פ משתמשים גם בזיהוי ICP-MS. במקרה של חשד להרעלת מתכת כגון ארסן, ניתן לנתח דגימות כגון דם ושתן באמצעות ICP-MS. טכניקה זו יכולה גם לספק מידע בעל ערך במקרה של פתולוגיה המערבת חששות מטבוליים או בעיות הפטולוגיות וכתוצאה מכך הפרשה לקויה של אלמנטים מסוימים.

ICP-MS מאפשר כימות של מתכות בכל חומר. באיור 3נמדד ריכוז ה-Fe בננו-חלקיקים וקשור למאפייני הדמיית התהודה המגנטית שלהם (MRI). ICP-MS מספק כימות אמין של Fe של חלקיקים שונים כדי להפלות אילו חלקיקים הם היעילים ביותר עבור יישום הדמיה.

יישום נוסף הוא לחקור את biodistribution של חלקיקים הקשורים מתכות. איור 4 מציג את ההזרקה הביולוגית של האיברים של חלקיקים המכילים תחמוצת ברזל בעכברים לאחר הזרקה תוך ורידי. בשעה 24 שעות, כל איבר נאסף ומעוכל בחומצה חנקתית מרוכזת עד לעיכול איברים מלא. ריכוז 56Fe היה כימות על ידי ICP-MS. התוצאות מראות ריכוז גבוה יותר של 56Fe בכבד טחול לעכברים מוזרקים עם חלקיקים מאשר באיברים מבעלי חיים תמימים. לכן, סוכם כי חלקיקים מצטברים בעיקר לתוך כבד ואיברי טחול.

Figure 3
איור 3. הדמיית תהודה מגנטית (MRI) מדידה של פונקציית חלקיקים של ריכוז Fe שלהם. חמישה ריכוזי ברזל שימשו (0.25, 0.5, 0.75, 1 ו-1.25 מ”מ) שצוו עבור תכונות ה-MRI שלהם (קצב הרפיה, R2*).

Figure 4
איור 4. ייחוס ביולוגי של חלקיקי תחמוצת ברזל בעקבות הזרקה תוך ורידי בעכברים. דגימות תמימות מראות את רמת האיברים הבזלית של ברזל בעכברים לא מטופלים. לאחר הזרקת חלקיקים המכילים תחמוצת ברזל, כמות הברזל באיברים מסוימים עולה אשר קשורה הצטברות של חלקיקים.

Transcript

Mass spectrometry is an analytical technique that enables the identification and quantification of unknown compounds within a sample, and the determination of their structure.

In mass spectrometry, gas phase ions are generated from the atoms or molecules in a sample. The ions are then separated based on their mass-to-charge ratio, symbolized by m/z.

This separation enables the determination of quantitative and qualitative information about a sample, such as their mass and structure.

This video will introduce the basic concepts and instrumentation of mass spectrometry, and demonstrate its use in element quantification.

A mass spectrometer is composed of an ionization source, a mass analyzer, and a detector. At the ionization source, the compounds are ionized, usually to a single positive charge.

Ions can be generated using various techniques, such as impact with an electron beam, plasma, or lasers, each resulting in a range of fragmentations that aid in the determination of molecular structure. These methods are loosely grouped into “hard” and “soft” ionization.

Hard ionization techniques cause extensive fragmentation, resulting in more fragments of lower mass.

Soft ionization techniques result in less, or almost no, fragmentation with a high molecular mass range.

If the fragmentation is too great, valuable structure information can be lost. If it’s too little, small molecules will not be efficiently ionized. Thus, the selection of an ionization method depends on the analyte of interest and the desired degree of fragmentation.

The ions are then accelerated in an electric field as they enter the mass analyzer, where they will be separated.

The most basic mass analyzer is a magnetic sector, which is composed of a curved magnet that produces a homogeneous magnetic field. The attractive force of the magnet, plus the centrifugal force of the accelerating ions causes them to travel in a circular path through the curve.

The radius of the ions circular path depends on the accelerating voltage, the applied magnetic field, and the mass-to-charge ratio.

The voltage and magnetic field can then be selected to only allow certain mass-to-charge ratio species through the curved path. Other ions crash into the sides of the magnetic pathway and are lost. By scanning the magnetic field strength, desired ions reach the detector at different times, thereby identifying each species precisely.

Another type of mass analyzer is the quadrupole mass filter. The quadrupole consists of two pairs of parallel metal rods, with each pair of opposing rods electrically connected.

A direct current voltage is applied to the rod pairs, and their potentials continuously alternated so the pairs are always out of phase with the other.

The ion beam is then directed through the center of the four rods. Ions travel in a corkscrew-like path, due to the constant attraction and repulsion from the rods. Depending on the ions mass-to-charge ratio, the ion will either travel the full path of the quadrupole and reach the detector, or will crash into the rods.

Now that the basics of the mass spectrometer have been described, lets take a look at its use in the laboratory.

The mass spectrometer used in this experiment is an inductively coupled plasma, or ICP, ionizer, with a quadrupole filter. The instrument will be used to detect and quantify a metal component in a sample.

To begin the experiment, fill all polypropylene tubes with 5 mL of 0.1 M hydrochloric acid in order to remove any contaminating trace of iron. Place the tubes in a water bath for 1 h at 50 °C.

After incubation, wash the tubes with 5 mL of deionized water, and dry the tubes in an oven or chemical hood.

In the clean tubes, add 1.8 mL of concentrated nitric acid and 200 μL of sample containing the isotope of interest.

Follow safety precautions when using concentrated acid.

Place the tubes in a water bath overnight. The temperature can be increased to shorten digestion time, if necessary.

After the sample has been digested, let the tubes cool to room temperature.

Next, add 8 mL of deionized water to dilute the samples, and to obtain a nitric acid concentration below 20%. The final dilution of the sample is 1/50. The ideal concentration for ICP is in the parts-per-billion range. Centrifuge the tubes to pellet any remaining macroscopic residues.

ICP is a method of hard ionization that uses coupled argon plasma at about 10,000 °C that is electrically conductive to ionize the sample molecules.

Begin the instrument set up by inspecting the ICP torch to ensure that it is clean.

Then, inspect the sampler and skimmer cones to ensure they are also clean. These cones enable the sampling of only the inner portion of the ion beam generated by the ICP torch and act as a barrier to the high vacuum of the mass spectrometer.

Check the argon pressure and start the chiller. Start the plasma and liquid flow into the system. Wait 20 min for the system to warm up fully.

Next, aspirate a standard test solution, which contains various known elemental standards. The test solution should be selected to cover the expected mass range of the analyte solution.

When the solution flow is established, initialize and test the instrument according to the manufacturer’s guidelines.

To run the instrument, first select the elements and isotopes of interest. Then set the scan mode to peak hopping.

Select five replicates per measurement. Set each replicate to contain 40 measurement sweeps, each sweep with a dwell time of 50 ms. The total integration time is 2,000 ms per replicate.

Prepare a calibration curve for the elements of choice by measuring pre-prepared standard solutions.

Finally, run the sample, in this case, iron-oxide nanoparticles. Determine the concentration of iron using the iron calibration curve.

Mass spectrometry is used in a wide range of applications using various ionization and mass analysis techniques.

In this example, a type of soft ionization mass spectrometry, called matrix assisted laser desorption ionization time-of-flight, or MALDI-TOF, was used to analyze high molecular weight proteins. With MALDI, molecules are stabilized with a matrix, to decrease fractionation when the large molecules are ionized.

The protein solution and matrix were both spotted on the clean MALDI plate, and dried. The MALDI plate was inserted into the instrument, and the sample analyzed.

The analysis of volatile and oxidation sensitive compounds was measured using electron ionization mass spectrometry, a hard ionization technique.

First, a lockable tube system was designed in order to enable full evacuation of the tube, followed by loading of the sample under cooling by liquid nitrogen.

The sample tube was connected to the inlet port, and the sample loaded into the instrument. The mass spectrum of the sample in this case tris(trifluoromethyl) phosphate, was then analyzed.

A molecular beam mass spectrometer coupled with synchrotron radiation was used to explore the electronic structure of gas phase molecules and clusters.

The molecular beam, integrated with synchrotron radiation, provided a selective ionization method to probe molecules in the gas phase.

The sample was loaded into the nozzle, the nozzle reloaded into the instrument, and the photon beam allowed to enter the chamber.

The mass spectrum was then collected and compared to photoionization efficiency data in order to determine the electronic structure of molecules.

You’ve just watched JoVE’s introduction to mass spectrometry. You should now understand the basic instrumentation of mass spectrometry, and how to run a basic mass-spectrometry-based analysis.

Thanks for watching!