द्रव्यमान स्पेक्ट्रममिति

vanc द्रव्यमान स्पेक्ट्रममिति (Mass spectrometry या MS) एक विश्लेषणात्मक तकनीक है जिसका उपयोग आयनों के द्रव्यमान-आवेश अनुपात (mass-to-charge ratio) को मापने के लिए किया जाता है। परिणाम एक द्रव्यमान स्पेक्ट्रम के रूप में प्रस्तुत किए जाते हैं, जो द्रव्यमान-आवेश अनुपात के फलन के रूप में तीव्रता का एक आलेख होता है। इन स्पेक्ट्रा का उपयोग किसी नमूने के तात्विक या समस्थानिक हस्ताक्षर (isotopic signature), कणों और अणुओं के द्रव्यमान को निर्धारित करने, और अणुओं तथा अन्य रासायनिक यौगिकों की रासायनिक पहचान या संरचना को स्पष्ट करने के लिए किया जाता है। द्रव्यमान स्पेक्ट्रममिति का उपयोग कई अलग-अलग क्षेत्रों में किया जाता है और इसे शुद्ध नमूनों के साथ-साथ जटिल मिश्रणों पर भी लागू किया जाता है।

एक सामान्य MS प्रक्रिया में, एक नमूना, जो ठोस, तरल या गैसीय हो सकता है, को आयनित किया जाता है, उदाहरण के लिए इसे इलेक्ट्रॉनों की एक किरण से बमबारी करके। यह नमूने के कुछ अणुओं को धनावेशित टुकड़ों में टूटने का कारण बन सकता है या बिना विखंडित हुए केवल धनावेशित हो सकता है। इन आयनों (टुकड़ों) को फिर उनके द्रव्यमान-आवेश अनुपात के अनुसार अलग किया जाता है, उदाहरण के लिए उन्हें त्वरित करके और एक विद्युत या चुंबकीय क्षेत्र के अधीन करके: समान द्रव्यमान-आवेश अनुपात वाले आयन समान मात्रा में विक्षेपण (deflection) से गुजरेंगे।^[1] आयनों का पता एक ऐसे तंत्र द्वारा लगाया जाता है जो आवेशित कणों का पता लगाने में सक्षम हो, जैसे कि एक इलेक्ट्रॉन मल्टीप्लायर। परिणाम द्रव्यमान-आवेश अनुपात के फलन के रूप में पता लगाए गए आयनों की संकेत तीव्रता के स्पेक्ट्रा के रूप में प्रदर्शित किए जाते हैं। नमूने में मौजूद परमाणुओं या अणुओं की पहचान ज्ञात द्रव्यमानों (जैसे कि एक संपूर्ण अणु) को पहचाने गए द्रव्यमानों के साथ सहसंबंधित करके या एक विशिष्ट विखंडन पैटर्न के माध्यम से की जा सकती है।

इतिहास

আরও দেখুন: History of mass spectrometry

1886 में, यूजेन गोल्डस्टीन ने कम दबाव में गैस डिस्चार्ज में ऐसी किरणें देखीं जो एनोड से दूर और एक छिद्रित कैथोड में चैनलों के माध्यम से यात्रा करती थीं, जो ऋणात्मक रूप से आवेशित कैथोड किरणों (जो कैथोड से एनोड तक यात्रा करती हैं) की दिशा के विपरीत थीं। गोल्डस्टीन ने इन धनावेशित एनोड किरणों को "Kanalstrahlen" कहा; इस शब्द का अंग्रेजी में मानक अनुवाद "कैनाल किरणें" (canal rays) है। विल्हेम वीन ने पाया कि मजबूत विद्युत या चुंबकीय क्षेत्र कैनाल किरणों को विक्षेपित करते हैं और, 1899 में, एक ऐसा उपकरण बनाया जिसमें लंबवत विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र थे जो धनात्मक किरणों को उनके आवेश-द्रव्यमान अनुपात (Q/m) के अनुसार अलग करते थे। वीन ने पाया कि आवेश-द्रव्यमान अनुपात डिस्चार्ज ट्यूब में गैस की प्रकृति पर निर्भर करता है। अंग्रेजी वैज्ञानिक जे. जे. थॉमसन ने बाद में द्रव्यमान स्पेक्ट्रोग्राफ बनाने के लिए दबाव कम करके वीन के काम में सुधार किया।

स्पेक्ट्रोग्राफ शब्द 1884 तक अंतर्राष्ट्रीय वैज्ञानिक शब्दावली का हिस्सा बन गया था।^[2] प्रारंभिक स्पेक्ट्रममिति उपकरण जो आयनों के द्रव्यमान-आवेश अनुपात को मापते थे, उन्हें द्रव्यमान स्पेक्ट्रोग्राफ कहा जाता था, जिसमें ऐसे उपकरण शामिल थे जो एक फोटोग्राफिक प्लेट पर द्रव्यमान मानों का एक स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड करते थे। एक द्रव्यमान स्पेक्ट्रोस्कोप एक द्रव्यमान स्पेक्ट्रोग्राफ के समान होता है, सिवाय इसके कि आयनों की किरण को एक फॉस्फर स्क्रीन पर निर्देशित किया जाता है। प्रारंभिक उपकरणों में द्रव्यमान स्पेक्ट्रोस्कोप विन्यास का उपयोग तब किया जाता था जब यह वांछित होता था कि समायोजन के प्रभावों को जल्दी से देखा जा सके। एक बार जब उपकरण को ठीक से समायोजित कर लिया जाता था, तो एक फोटोग्राफिक प्लेट डाली जाती थी और एक्सपोज़ की जाती थी। द्रव्यमान स्पेक्ट्रोस्कोप शब्द का उपयोग तब भी जारी रहा जब फॉस्फर स्क्रीन की प्रत्यक्ष रोशनी को ऑसिलोस्कोप के साथ अप्रत्यक्ष माप द्वारा प्रतिस्थापित कर दिया गया। द्रव्यमान स्पेक्ट्रोस्कोपी शब्द का उपयोग अब हतोत्साहित किया जाता है क्योंकि प्रकाश स्पेक्ट्रोस्कोपी के साथ भ्रम की संभावना है। द्रव्यमान स्पेक्ट्रममिति को अक्सर मास-स्पेक या केवल MS के रूप में संक्षिप्त किया जाता है।

द्रव्यमान स्पेक्ट्रममिति की आधुनिक तकनीकें क्रमशः 1918 और 1919 में आर्थर जेफरी डेम्पस्टर और एफ.डब्ल्यू. एस्टन द्वारा तैयार की गई थीं।

सेक्टर द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर जिन्हें कैल्यूट्रॉन के रूप में जाना जाता है, अर्नेस्ट ओ. लॉरेंस द्वारा विकसित किए गए थे और मैनहट्टन परियोजना के दौरान यूरेनियम के समस्थानिकों को अलग करने के लिए उपयोग किए गए थे।^[3] कैल्यूट्रॉन द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान स्थापित ओक रिज, टेनेसी Y-12 संयंत्र में यूरेनियम संवर्धन के लिए किया गया था।

1989 में, भौतिकी में नोबेल पुरस्कार का आधा हिस्सा 1950 और 1960 के दशक में आयन ट्रैप तकनीक के विकास के लिए हंस डेहमेलट और वोल्फगैंग पॉल को दिया गया था।

2002 में, रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार इलेक्ट्रोस्प्रे आयनन (ESI) के विकास के लिए जॉन बेनेट फेन को और सॉफ्ट लेजर डिसोर्प्शन के विकास तथा जैविक बृहदणुओं, विशेष रूप से प्रोटीन के आयनन में उनके अनुप्रयोग के लिए कोइची तनाका को दिया गया था।^[4]

घटक

एक द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर में 5 घटक होते हैं: नमूना इनलेट, आयन स्रोत (या आयनज़र), द्रव्यमान विश्लेषक, डिटेक्टर, डेटा सिस्टम। प्रत्येक घटक को अन्य घटकों से कुछ हद तक स्वतंत्र रूप से बदला जा सकता है, और पूर्ण द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर को स्वयं एक विश्लेषण पाइपलाइन में एक घटक के रूप में शामिल किया जा सकता है, जिससे बहुत लचीलापन मिलता है।

नमूना इनलेट विश्लेषण किए जाने वाले नमूने को उपयुक्त अवस्था में तैयार करता है।

आयन स्रोत नमूना इनलेट से नमूने लेता है, नमूने के एक हिस्से को आयनों की एक धारा में परिवर्तित करता है, और इसे द्रव्यमान विश्लेषक को आउटपुट करता है। नमूने के चरण (ठोस, तरल, गैस) और अज्ञात प्रजातियों के लिए विभिन्न आयनन तंत्रों की दक्षता के आधार पर, आयनन तकनीकों की एक विस्तृत विविधता है। एक निष्कर्षण प्रणाली नमूने से आयनों को हटाती है, जिन्हें फिर द्रव्यमान विश्लेषक में लक्षित किया जाता है।

द्रव्यमान विश्लेषक आयनों की एक इनपुट धारा लेता है और उनके m/z, द्रव्यमान-आवेश अनुपात के अनुसार उनके घटक आयनों को अलग ("विश्लेषण") करता है।

डिटेक्टर एक संकेतक मात्रा के मान को मापता है और इस प्रकार प्रत्येक मौजूद आयन की प्रचुरता की गणना करने के लिए डेटा प्रदान करता है। कुछ डिटेक्टर स्थानिक जानकारी भी देते हैं, उदा., एक मल्टीचैनल प्लेट।

सचित्र उदाहरण

निम्नलिखित एक साधारण द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर के संचालन का वर्णन करता है जो सेक्टर प्रकार का उपयोग करता है। अन्य प्रकारों का उपचार नीचे दिया गया है।

सोडियम क्लोराइड (खाने का नमक) के एक नमूने पर विचार करें। आयन स्रोत में, नमूने को वाष्पित (गैस में बदल दिया जाता है) और आयनित (विद्युत रूप से आवेशित कणों में परिवर्तित) करके सोडियम (Na⁺) और क्लोराइड (Cl⁻) आयनों में बदल दिया जाता है।

सोडियम परमाणु और आयन मोनोआइसोटोपिक होते हैं, जिनका द्रव्यमान लगभग 23 डाल्टन (प्रतीक: Da या पुराना प्रतीक: u) होता है। क्लोराइड परमाणु और आयन दो स्थिर क्लोरीन के समस्थानिक में आते हैं जिनका द्रव्यमान लगभग 35 u (लगभग 75 प्रतिशत की प्राकृतिक प्रचुरता पर) और लगभग 37 u (लगभग 25 प्रतिशत की प्राकृतिक प्रचुरता पर) होता है।

स्पेक्ट्रोमीटर के विश्लेषक भाग में विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र होते हैं, जो इन क्षेत्रों से गुजरने वाले आयनों पर बल डालते हैं। विद्युत क्षेत्र से गुजरते समय एक आवेशित कण की गति बढ़ाई या घटाई जा सकती है, और चुंबकीय क्षेत्र द्वारा उसकी दिशा बदली जा सकती है।

गतिमान आयन के प्रक्षेपवक्र के विक्षेपण की परिमाण उसके द्रव्यमान-आवेश अनुपात पर निर्भर करती है। हल्के आयन भारी आयनों की तुलना में चुंबकीय बल द्वारा अधिक हद तक विक्षेपित होते हैं (न्यूटन के गति के दूसरे नियम, F = ma के आधार पर)।

चुंबकीय रूप से क्रमबद्ध आयनों की धाराएं विश्लेषक से डिटेक्टर तक जाती हैं, जो प्रत्येक आयन प्रकार की सापेक्ष प्रचुरता को रिकॉर्ड करता है। इस जानकारी का उपयोग मूल नमूने की रासायनिक तत्व संरचना (अर्थात नमूने में सोडियम और क्लोरीन दोनों मौजूद हैं) और इसके घटकों की समस्थानिक संरचना (³⁵Cl से ³⁷Cl का अनुपात) को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।

नमूना इनलेट

नमूना इनलेट तटस्थ अणुओं की एक धारा प्रदान करता है, ताकि आयन स्रोत उन्हें आयनित कर सके। इसके कई वर्ग हैं।^[5]Ch. 3.2

क्लासिकल डिज़ाइन अणुओं के प्रवाह को कम दबाव वाली गैस के रूप में उत्पन्न करता है। यह कम दबाव इसलिए होता है ताकि प्रवाह के भीतर के अणु एक-दूसरे से बार-बार न टकराएं। आयनों को बिना बार-बार टकराए यात्रा करनी चाहिए, क्योंकि उपकरण आयनों को विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों में उनकी गति के आधार पर अलग करता है। टकराव उस गति को बाधित करते हैं।

कम दबाव होने के बावजूद, नमूना प्रवाह अभी भी बाकी सिस्टम की तुलना में बहुत अधिक दबाव पर होता है, जिसे अधिक निर्वात (vacuum) में रखा जाता है। परिणामस्वरूप, नमूना प्रवाह केवल एक छोटे पिनहोल के माध्यम से ही आयन स्रोत कक्ष में प्रवेश कर सकता है, जिसे मॉलिक्यूलर लीक (molecular leak) कहा जाता है।

यदि नमूना स्वयं पहले से ही एक गैस है, तो नमूना इनलेट केवल दबाव वाल्व के साथ एक गैस इनलेट हो सकता है। यदि नमूना एक वाष्पशील तरल या ठोस है, तो इसे बस एक कक्ष में रखा जा सकता है, जिसे वैक्यूम-पंप द्वारा कम दबाव पर लाया जाता है। यदि नमूना पर्याप्त रूप से वाष्पशील नहीं है, तो नमूना इनलेट को एक ओवन के भीतर फिट किया जा सकता है। नमूने को विघटित न होने देने के लिए सावधानी बरतें।

यदि नमूना इतना गैर-वाष्पशील है कि उसे कम दबाव वाली गैस में नहीं बदला जा सकता है, तो कोई डायरेक्ट प्रोब (direct probe) का उपयोग कर सकता है। डायरेक्ट प्रोब एक ऐसी प्रोब है जिसके सिरे पर पतले तार का लूप, पिन, या एक केपिलरी ट्यूब होती है। नमूना सिरे पर रखा जाता है। प्रोब को वैक्यूम लॉक के माध्यम से आयनीकरण कक्ष में डाला जाता है, ताकि सिरा आयन स्रोत के करीब हो। वाष्प के दबाव को और बढ़ाने के लिए प्रोब को गर्म किया जा सकता है। ऐसा सिस्टम कमरे के तापमान पर $1 0^{- 9}$ mmHg से कम वाष्प दबाव वाले नमूनों के लिए प्रभावी है।

नमूना किसी पूर्व विश्लेषक (analyzer) द्वारा तैयार किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, यह गैस क्रोमैटोग्राफी मशीन का गैसीय आउटपुट हो सकता है जैसा कि GC-MS में होता है, या उच्च-प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी मशीन का तरल आउटपुट, जैसा कि HPLC-MS में होता है।

हाल ही में विकसित "वायुमंडलीय दबाव आयनीकरण" तकनीकें हमें नमूना इनलेट को पूरी तरह से हटाने की अनुमति देती हैं।

आयन स्रोत

आयन स्रोत मास स्पेक्ट्रोमीटर का वह हिस्सा है जो नमूना इनलेट से आए नमूने को आयनों के प्रवाह में बदल देता है। आयन स्रोतों के विभिन्न विकल्पों के बीच मौद्रिक लागत, सटीकता, परिशुद्धता, स्पेक्ट्रोस्कोपी के अन्य चरणों के साथ अनुकूलता, उपयोग में आसानी आदि के संदर्भ में ट्रेड-ऑफ के लिए विभिन्न आयामों वाली कई तकनीकें हैं।

उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन आयनीकरण (EI) विखंडन की उच्च डिग्री देता है, जिससे अत्यधिक विस्तृत मास स्पेक्ट्रा प्राप्त होते हैं, जिनका कुशलतापूर्वक विश्लेषण करने पर संरचनात्मक स्पष्टीकरण/विशेषता के लिए महत्वपूर्ण जानकारी मिल सकती है और समान परिचालन स्थितियों के तहत प्राप्त मास स्पेक्ट्रल लाइब्रेरी के साथ तुलना करके अज्ञात यौगिकों की पहचान को सुविधाजनक बनाया जा सकता है। हालाँकि, EI HPLC, यानी LC-MS के साथ जोड़ने के लिए उपयुक्त नहीं है, क्योंकि वायुमंडलीय दबाव पर, इलेक्ट्रॉनों को उत्पन्न करने के लिए उपयोग किए जाने वाले फिलामेंट तेजी से जल जाते हैं। इस प्रकार EI मुख्य रूप से GC, यानी GC-MS के साथ जोड़ा जाता है, जहाँ पूरा सिस्टम उच्च निर्वात में होता है।

तरल और ठोस जैविक नमूनों के साथ अक्सर उपयोग की जाने वाली दो तकनीकों में इलेक्ट्रोस्प्रे आयनीकरण (जिसे जॉन फेन द्वारा आविष्कार किया गया था^[6]) और मैट्रिक्स-असिस्टेड लेजर डिसॉर्प्शन/आयनाइजेशन (MALDI, जिसे शुरू में के. तनाका द्वारा एक समान तकनीक सॉफ्ट लेजर डिसॉर्प्शन के रूप में विकसित किया गया था, जिसके लिए नोबेल पुरस्कार दिया गया था और एम. कारस और एफ. हिलेनकैंप द्वारा MALDI के रूप में विकसित किया गया था) शामिल हैं।

हार्ड आयनीकरण और सॉफ्ट आयनीकरण

हार्ड आयनीकरण तकनीकें वे हैं जो आयनीकरण के बाद भी विषय अणु में उच्च मात्रा में अवशिष्ट आंतरिक ऊर्जा प्रदान करती हैं। ऊर्जा का एक हिस्सा आयन के भीतर रासायनिक बंधों को तोड़कर नष्ट हो जाता है, जिससे कई विखंडित रेडिकल धनायन (radical cations) उत्पन्न होते हैं। परिणामी आयनों का m/z आणविक आयन से कम होने की प्रवृत्ति होती है (प्रोटॉन स्थानांतरण के मामले को छोड़कर और आइसोटोप चोटियों को शामिल नहीं करते हुए)। हार्ड आयनीकरण का सबसे सामान्य उदाहरण इलेक्ट्रॉन आयनीकरण (EI) है।

पहले आयनीकरण के बाद उत्पन्न रेडिकल आयनों को दूसरी पीढ़ी के उत्पाद आयन कहा जाता है। उत्पादों को फिर एक रिपेलर इलेक्ट्रोड द्वारा मास एनालाइजर की ओर निर्देशित किया जाता है। आयनीकरण प्रक्रिया अक्सर अनुमानित विदलन (cleavage) प्रतिक्रियाओं का पालन करती है जो खंड आयनों को जन्म देती हैं, जो पता लगाने और सिग्नल प्रोसेसिंग के बाद, एनालाइट के बारे में संरचनात्मक जानकारी प्रदान करते हैं।

इसके विपरीत, सॉफ्ट आयनीकरण तकनीकें वे हैं जो विषय अणु पर बहुत कम अवशिष्ट ऊर्जा प्रदान करती हैं और इस प्रकार बहुत कम विखंडन का परिणाम देती हैं। उदाहरणों में फास्ट एटम बॉम्बार्डमेंट (FAB), रासायनिक आयनीकरण (CI), वायुमंडलीय-दबाव रासायनिक आयनीकरण (APCI), वायुमंडलीय-दबाव फोटोआयनाइजेशन (APPI), इलेक्ट्रोस्प्रे आयनीकरण (ESI), डिसॉर्प्शन इलेक्ट्रोस्प्रे आयनीकरण (DESI), और मैट्रिक्स-असिस्टेड लेजर डिसॉर्प्शन/आयनाइजेशन (MALDI) शामिल हैं।

इलेक्ट्रॉन आयनीकरण

মূল নিবন্ধ: Electron ionization इलेक्ट्रॉन आयनीकरण (EI) में, ऊर्जावान इलेक्ट्रॉन एक हॉट कैथोड द्वारा उत्पन्न होते हैं: एक तार फिलामेंट जिसे उसमें से विद्युत धारा प्रवाहित करके गर्म किया जाता है, जो थर्मिओनिक उत्सर्जन द्वारा ऊर्जावान इलेक्ट्रॉन उत्पन्न करता है। इलेक्ट्रॉनों को फिर एक एनोड की ओर त्वरित किया जाता है। कैथोड और एनोड के बीच का वोल्टेज अंतर इलेक्ट्रॉन प्रवाह की ऊर्जा निर्धारित करता है।^[5]Ch. 3.3

अधिकांश कार्बनिक यौगिकों की आयनीकरण ऊर्जा 8-15 eV होती है, लेकिन अनुभवजन्य रूप से, आयनीकरण की दक्षता तब तक बहुत कम होती है जब तक कि इलेक्ट्रॉन बीम में प्रति इलेक्ट्रॉन 50-70 eV की ऊर्जा न हो। स्पेक्ट्रल विशेषताएं, विखंडन पैटर्न सहित, ऊर्जा सेटिंग पर निर्भर करती हैं। पारंपरिक रूप से EI के लिए, इलेक्ट्रॉन ऊर्जा को सटीक रूप से 70 eV पर मानकीकृत किया जाता है। परिणामस्वरूप, यदि कोई अपने EI-MS परिणामों की तुलना मानक डेटाबेस से करना चाहता है, या ऐसे परिणाम उत्पन्न करना चाहता है जिन्हें मानक डेटाबेस में जोड़ा जा सके, तो उसे अपनी EI इलेक्ट्रॉन ऊर्जा को 70 eV पर मानकीकृत करना होगा।^[5]Ch. 3.3

EI इनपुट के रूप में मॉलिक्यूलर लीक से गैस का प्रवाह स्वीकार करता है। गैस प्रवाह इलेक्ट्रॉन प्रवाह को लंबवत रूप से पार करता है। टकराव गैस प्रवाह को आयनित करता है। आयन प्रवाह को फिर इलेक्ट्रोड के उत्तराधिकार द्वारा त्वरित किया जाता है। आमतौर पर 1 e आवेश वाला एक आयन 1-10 keV तक त्वरित होता है।^[5]Ch. 3.3

छोटे कार्बनिक अणुओं की नियमित मास स्पेक्ट्रोमेट्री के लिए EI के कई लाभ हैं। यह सस्ता और मजबूत है, और इसके स्पेक्ट्रोग्राम प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य (reproducible) हैं। EI स्पेक्ट्रोग्राम के लिए डेटाबेस व्यापक रूप से उपलब्ध हैं और ऐसे कई अणुओं को कवर करते हैं।^[5]Ch. 3.3

EI बड़े अणुओं, जैसे कि अधिकांश जैव-अणुओं के लिए अनुपयुक्त है। यह एक हार्ड तकनीक है, जो उड़ान के दौरान बड़े अणु आयनों को तोड़ने की प्रवृत्ति रखती है, क्योंकि बड़े अणुओं का विखंडन करना विशेष रूप से आसान होता है। इसके अलावा, गर्मी से खराब हुए बिना बड़े अणुओं को वाष्पित करना कठिन होता है।^[5]Ch. 3.3

रासायनिक आयनीकरण

মূল নিবন্ধ: Chemical ionization रासायनिक आयनीकरण (CI) में, एनालाइट को एक आयनित अभिकर्मक गैस (जो स्वयं किसी तकनीक, जैसे EI द्वारा आयनित होती है) के साथ रासायनिक प्रतिक्रिया द्वारा आयनित किया जाता है। एनालाइट गैस और अभिकर्मक गैस प्रतिच्छेद करती हैं, और प्रतिक्रिया करती हैं। प्रतिक्रिया फिर विभिन्न तंत्रों द्वारा आयनित एनालाइट टुकड़े उत्पन्न करती है, जिसमें प्रोटॉन स्थानांतरण, इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण, और एडक्ट गठन शामिल हैं। आयन को फिर EI की तरह इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से त्वरित किया जाता है। CI आयन स्रोत EI स्रोतों के समान होते हैं, और अधिकांश आधुनिक मास स्पेक्ट्रोमीटर मिनटों में EI से CI मोड में स्विच कर सकते हैं।^[5]Ch. 3.3

दक्षता सुनिश्चित करने के लिए, अभिकर्मक की मात्रा एनालाइट से बहुत अधिक होती है। परिणामस्वरूप, बड़ी मात्रा में अभिकर्मक आयन मास एनालाइजर में समाप्त हो जाएंगे। इसे आमतौर पर स्पेक्ट्रोग्राम के केवल उस हिस्से को मापकर संभाला जाता है जिसका m/z अभिकर्मक आयन प्रवाह में मुख्य प्रजातियों से ऊपर होता है।^[5]Ch. 3.3

CI-MS के लिए सामान्य आयनकारी अभिकर्मकों में मीथेन, अमोनिया, आइसोब्यूटेन, और मेथनॉल शामिल हैं। कुशल आयनीकरण सुनिश्चित करने के लिए अभिकर्मक गैस और नमूने की प्रोटॉन एफिनिटी का मिलान किया जाना चाहिए। यदि अभिकर्मक गैस की प्रोटॉन एफिनिटी बहुत अधिक है, तो आयनीकरण अक्षम है। यदि अभिकर्मक गैस की प्रोटॉन एफिनिटी बहुत कम है, तो विखंडन अत्यधिक होता है।^[5]Ch. 3.3

उदाहरण के लिए:^[5]Ch. 3.3

जब अभिकर्मक मीथेन होता है, तो प्रमुख प्रतिक्रिया प्रोटॉन स्थानांतरण M + CH5^{+} -> (MH)^{+} + CH4 है।
जब अभिकर्मक अमोनियम होता है, तो प्रमुख प्रतिक्रिया प्रोटॉन स्थानांतरण M + NH4^{+} -> (MH)^{+} + NH3 है।
जब अभिकर्मक आइसोब्यूटेन होता है, तो प्रतिक्रिया प्रोटॉन स्थानांतरण M + (CH3)3C^{+} -> (MH)^{+} + (CH3)2C\dCH2 या एडक्ट गठन M + (CH3)3C^{+} -> (M * C(CH3)3)^{+} हो सकती है।
CI प्रोटॉन निष्कर्षण या एडक्ट गठन द्वारा नकारात्मक रूप से आवेशित एनालाइट आयन भी उत्पन्न कर सकता है। उदाहरण के लिए, आयनित NF3 में F- होता है, जो प्रोटॉन को निकालता है।

सामान्य अभिकर्मक गैसें^[5]Table. 3.1
अभिकर्मक गैस	प्रोटॉन बंधुता (kcal/mole)	अभिकर्मक आयन	विश्लेष्य (Analyte) आयन	टिप्पणियाँ
H2	101	H3+	(MH)+	महत्वपूर्ण विखंडन
CH4	132	CH5+, C2H5+	(MH)+, (M * C2H5)+	कुछ विखंडन, एडक्ट्स (adducts) बना सकते हैं
NH3	204	NH4+	(MH)+, (M * NH4)+	चयनात्मक आयनीकरण, कम विखंडन, एडक्ट्स बना सकते हैं
(CH3)3CH	196	(CH3)3C+	(MH)+, (M * C(CH3)3)+	चयनात्मक प्रोटोनीकरण, कम विखंडन
CH3OH	182	CH3OH2+	(MH)+
CH3CN	188	CH3CNH+	(MH)+

स्प्रे आयनीकरण

মূল নিবন্ধ: Electrospray ionization, thermospray ionization

इलेक्ट्रोस्प्रे आयनीकरण (ESI) और थर्मोस्प्रे आयनीकरण (TSI) उच्च आणविक भार वाले जैव-अणुओं और अन्य अस्थिर या गैर-वाष्पशील यौगिकों के लिए उपयुक्त हैं, और विशेष रूप से LC-MS प्रणाली में इनका उपयोग होता है। दोनों ही मामलों में, विश्लेष्य (analyte) एक घोल में होता है। घोल को इलेक्ट्रोस्प्रेइंग या थर्मोस्प्रेइंग द्वारा धुंध की एक धारा में स्प्रे किया जाता है, जो बाद में वाष्पित होकर आयन धारा में बदल जाती है। अधिकांश उद्देश्यों के लिए TSI का स्थान ESI ने ले लिया है।^[5]Sec. 3.3

TSI में, घोल एक गर्म केशिका (capillary) में प्रवेश करता है, जिससे बूंदों का स्प्रे उत्पन्न होता है। विलायक वाष्पित हो जाता है, जिससे आयनित विश्लेष्य पीछे रह जाते हैं। आयनीकरण 3 संभावित प्रक्रियाओं के कारण हो सकता है:

विश्लेष्य घोल में पहले से ही आयन रूप में होता है, और विलायक के वाष्पित होने पर यह विशोषित (desorbed) हो जाता है।
अम्ल-क्षार स्थानांतरण। यदि विलायक एक बफर घोल है, तो विश्लेष्य बफर के साथ प्रोटॉन का आदान-प्रदान करके आयनित हो सकता है। आयनीकरण का यह रूप LC-MS के लिए उपयुक्त है, क्योंकि लिक्विड क्रोमैटोग्राफी में उपयोग किया जाने वाला तरल पहले से ही एक बफर घोल होता है।
प्लाज्मास्प्रे आयनीकरण या फिलामेंट-ऑन ऑपरेशन। स्प्रे में मौजूद विलायक को एक ऊर्जावान इलेक्ट्रॉन बीम द्वारा इलेक्ट्रॉन-आयनित किया जाता है। फिर आयनित विलायक रासायनिक रूप से विश्लेष्य को आयनित करता है।

ESI में, घोल एक उच्च वोल्टेज (आमतौर पर 2-5 kV) पर रखी गई केशिका में प्रवेश करता है, जो एक सुखाने वाली गैस (आमतौर पर नाइट्रोजन) के विपरीत प्रवाह के विरुद्ध एक गर्म कक्ष में इलेक्ट्रोस्प्रे उत्पन्न करता है। यह विलायक के अणुओं को वाष्पित करता है। जैसे-जैसे बूंद वाष्पित होती है, उस पर आवेश घनत्व बढ़ता जाता है, जब तक कि इलेक्ट्रोस्टैटिक ऊर्जा सतह तनाव ऊर्जा से अधिक नहीं हो जाती, जिससे बूंद विस्फोटित हो जाती है। यह प्रक्रिया दोहराई जाती है, और अंत में विलायक के बिना आयन धारा प्राप्त होती है। आयनीकरण निम्न प्रकार से हो सकता है:^[5]Sec. 3.3

वाष्पीकरण के दौरान बूंदों में आवेश का संकेंद्रण।
केशिका के इलेक्ट्रोस्टैटिक विभव से उत्पन्न होने वाली विद्युत रासायनिक प्रक्रियाएं।

TSI के विपरीत, ESI द्वारा उत्पन्न विश्लेष्य आयन घोल में मौजूद उसी विश्लेष्य की तुलना में अलग मात्रा में आवेश ले जा सकते हैं। अर्थात, एक विश्लेष्य जो घोल में स्वाभाविक रूप से M^{+} के रूप में मौजूद है, वह अंततः M^{+}, M^{2+}, M^{3+} आदि के मिश्रण वाली आयन धारा बन सकता है। एक बड़ा अणु बहुत अधिक आवेश ले सकता है। विशिष्ट प्रोटीन बुनियादी अमीनो एसिड साइड चेन की उपस्थिति के कारण कई प्रोटॉन ले सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप ~200,000 Da आणविक भार वाले प्रोटीन के लिए m/z = 600–2000 पर शिखर (peaks) प्राप्त होते हैं। यह सुविधाजनक है, क्योंकि इसका मतलब है कि आयन विशिष्ट मास एनालाइजर पर m/z सीमाओं से अधिक नहीं होगा।^[5]Sec. 3.3

विशोषण आयनीकरण

विशोषण आयनीकरण (DI) आयनीकरण तकनीकों का एक परिवार है। इसके मुख्य उदाहरण द्वितीयक-आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री (SIMS), फास्ट एटम बॉम्बार्डमेंट (FAB), और मैट्रिक्स-असिस्टेड लेजर डिसॉर्प्शन आयनाइजेशन (MALDI) हैं। DI में, नमूने को एक मैट्रिक्स में घोल दिया जाता है या फैला दिया जाता है, और आयनों (SIMS), तटस्थ परमाणुओं (FAB), या फोटॉनों (MALDI) की एक उच्च-ऊर्जा (1-10 keV) बीम द्वारा बमबारी की जाती है। बीम मैट्रिक्स से कुछ नमूना अणुओं को आयनित करती है और बाहर निकालती है (विशोषित करती है)। फिर आयन को EI की तरह इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से त्वरित किया जाता है।^[5]Sec. 3.3

मैट्रिक्स को गैर-वाष्पशील और अपेक्षाकृत निष्क्रिय होना चाहिए, ताकि यह विश्लेष्य के साथ प्रतिक्रिया न करे। इसे आयन निर्माण की अनुमति देने के लिए एक अच्छा इलेक्ट्रोलाइट भी होना चाहिए। मैट्रिक्स के स्वयं के आयनित टुकड़े आमतौर पर $m / z ≲ 600$ के होते हैं, इसलिए स्पेक्ट्रोग्राम आमतौर पर उस खंड को फ़िल्टर कर देता है।^[5]Sec. 3.3

विधि	बीम	सामान्य बीम	मैट्रिक्स	विशिष्ट आयन	विश्लेष्य सीमा
SIMS	आयन	Ar+, Cs+	गैर-वाष्पशील इलेक्ट्रोलाइट	(M + H)+, (M \s H)-, (M + Na)+, (M + K)+	<20 kDa
FAB	तटस्थ परमाणु	Ar, Xe	गैर-वाष्पशील इलेक्ट्रोलाइट	(M + H)+, (M \s H)-, (M + Na)+, (M + K)+	<20 kDa
MALDI	फोटॉन	N2 लेजर 337 nm, इन्फ्रारेड लेजर	UV-अवशोषक कार्बनिक	M+	<300 kDa

SIMS और FAB काफी समान हैं। SIMS एक आयन बीम का उपयोग करता है, आमतौर पर Ar+ या Cs+। FAB एक तटस्थ परमाणु बीम का उपयोग करता है, आमतौर पर Ar या Xe। SIMS और FAB के लिए, यदि मैट्रिक्स यौगिक विश्लेष्य की तुलना में अधिक अम्लीय है, तो मुख्य रूप से (M + H)+ बनता है, और इसके विपरीत (M \s H)- बनता है। साथ ही, यदि मैट्रिक्स आकस्मिक रूप से सोडियम, पोटेशियम आदि से दूषित हो जाता है, तो (M + Na)+, (M + K)+ आदि भी बन सकते हैं। विशिष्ट मैट्रिक्स सामग्रियों में ग्लिसरॉल, थियोग्लिसरॉल, 3-नाइट्रोबेंज़िल अल्कोहल, डाइएथेनॉलमाइन, ट्राइएथेनॉलमाइन, और डाइथियोथ्रिटोल-डाइथियोएरिथ्रिटोल मिश्रण शामिल हैं। इनका उपयोग आमतौर पर 20 kDa तक के पॉलीपेप्टाइड्स और ओलिगो न्यूक्लियोटाइड का विश्लेषण करने के लिए किया जाता है।Sec. 3.3

MALDI एक फोटॉन बीम का उपयोग करता है, आमतौर पर सॉफ्ट-UV 337 nm नाइट्रोजन लेजर। यह जैल या थिन-लेयर क्रोमैटोग्राफी (TLC) प्लेटों में निहित नमूनों के सीधे विश्लेषण के लिए एक इन्फ्रारेड (IR) लेजर का भी उपयोग कर सकता है। MALDI छोटे पॉलिमर (~1 kDa) से लेकर ओलिगोसेकेराइड्स, ओलिगो न्यूक्लियोटाइड्स और पॉलीपेप्टाइड्स, एंटीबॉडी, और छोटे प्रोटीन (~300 kDa) तक का विश्लेषण कर सकता है। यह अत्यधिक संवेदनशील है, जिसके लिए नमूने के केवल फेम्टोमोल की आवश्यकता होती है।^[5]Sec. 3.3

सिलिकॉन पर विशोषण/आयनीकरण (DIOS) MALDI के समान है, लेकिन इसमें मैट्रिक्स का उपयोग नहीं होता है। नमूना सीधे एक नैनोस्ट्रक्चर्ड (छिद्रपूर्ण सिलिकॉन) सतह पर जमा किया जाता है और लेजर प्रकाश ऊर्जा के अवशोषण के माध्यम से नमूने को सीधे नैनोस्ट्रक्चर्ड सतह से विशोषित किया जाता है। DIOS का उपयोग कार्बनिक अणुओं, मेटाबोलाइट्स, जैव-अणुओं और पेप्टाइड्स का विश्लेषण करने और अंततः ऊतकों और कोशिकाओं की इमेजिंग के लिए किया गया है।^[7]

इंडक्टिवली कपल्ड प्लाज्मा

इंडक्टिवली कपल्ड प्लाज्मा (ICP) स्रोतों का उपयोग मुख्य रूप से विभिन्न प्रकार के नमूनों के धनायन विश्लेषण के लिए किया जाता है। इस स्रोत में, एक प्लाज्मा जो कुल मिलाकर विद्युत रूप से तटस्थ है, लेकिन जिसके परमाणुओं का एक बड़ा हिस्सा उच्च तापमान द्वारा आयनित हो चुका है, का उपयोग पेश किए गए नमूना अणुओं को परमाणु बनाने और उन परमाणुओं से बाहरी इलेक्ट्रॉनों को और अधिक हटाने के लिए किया जाता है। प्लाज्मा आमतौर पर आर्गन गैस से उत्पन्न होता है, क्योंकि आर्गन परमाणुओं की पहली आयनीकरण ऊर्जा He, F और Ne को छोड़कर किसी भी अन्य तत्व की तुलना में अधिक है, लेकिन सबसे अधिक इलेक्ट्रोपॉजिटिव धातुओं को छोड़कर अन्य सभी की दूसरी आयनीकरण ऊर्जा से कम है। हीटिंग प्लाज्मा के चारों ओर एक कॉइल के माध्यम से रेडियो-फ्रीक्वेंसी करंट प्रवाहित करके प्राप्त की जाती है।

फोटोआयनीकरण मास स्पेक्ट्रोमेट्री

फोटोआयनीकरण का उपयोग उन प्रयोगों में किया जा सकता है जो रासायनिक गतिज तंत्र और आइसोमेरिक उत्पाद शाखाओं को हल करने के साधन के रूप में मास स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग करना चाहते हैं।^[8] ऐसे मामलों में, He या Ar की वाहक गैस में स्थिर गैसीय अणुओं को अलग करने के लिए एक उच्च ऊर्जा फोटॉन, या तो एक्स-रे या UV का उपयोग किया जाता है। जिन मामलों में सिंक्रोट्रॉन प्रकाश स्रोत का उपयोग किया जाता है, वहां फोटोआयनीकरण दक्षता वक्र प्राप्त करने के लिए एक ट्यूनेबल फोटॉन ऊर्जा का उपयोग किया जा सकता है, जिसका उपयोग आणविक और आयनिक प्रजातियों को फिंगरप्रिंट करने के लिए आवेश अनुपात m/z के साथ किया जा सकता है। हाल ही में वायुमंडलीय दबाव फोटोआयनीकरण (APPI) विकसित किया गया है ताकि अणुओं को मुख्य रूप से LC-MS प्रणालियों के अपशिष्ट के रूप में आयनित किया जा सके।

एम्बिएंट आयनीकरण

মূল নিবন্ধ: Ambient ionization एम्बिएंट आयनीकरण (ambient ionization) के कुछ अनुप्रयोगों में पर्यावरणीय अनुप्रयोगों के साथ-साथ नैदानिक अनुप्रयोग भी शामिल हैं। इन तकनीकों में, आयन मास स्पेक्ट्रोमीटर के बाहर एक आयन स्रोत में बनते हैं। नमूनाकरण आसान हो जाता है क्योंकि नमूनों को पूर्व पृथक्करण या तैयारी की आवश्यकता नहीं होती है। एम्बिएंट आयनीकरण तकनीकों के कुछ उदाहरणों में डायरेक्ट एनालिसिस इन रियल टाइम (DART), DESI, SESI, LAESI, atmospheric pressure chemical ionization (APCI), डिज़ॉर्प्शन एटमॉस्फेरिक प्रेशर केमिकल आयनाइज़ेशन (DAPCI), Soft Ionization by Chemical Reaction in Transfer (SICRT) और डिज़ॉर्प्शन एटमॉस्फेरिक प्रेशर फोटोआयनाइज़ेशन DAPPI आदि शामिल हैं।

अन्य आयनीकरण तकनीकें

अन्य तकनीकों में glow discharge, field desorption (FD), spark ionization और thermal ionization (TIMS) शामिल हैं।^[9]

मास एनालाइज़र

Mass analyzer

मास एनालाइज़र आयनों को उनके द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात के अनुसार अलग करते हैं।

मास एनालाइज़र कई प्रकार के होते हैं, जो स्थिर या गतिशील क्षेत्रों, चुंबकीय या विद्युत क्षेत्रों का उपयोग करते हैं। प्रत्येक एनालाइज़र प्रकार की अपनी ताकत और कमजोरियां होती हैं। कई मास स्पेक्ट्रोमीटर टैंडम मास स्पेक्ट्रोमेट्री (MS/MS) के लिए दो या दो से अधिक मास एनालाइज़र का उपयोग करते हैं। नीचे सूचीबद्ध अधिक सामान्य मास एनालाइज़र के अलावा, विशेष स्थितियों के लिए डिज़ाइन किए गए अन्य एनालाइज़र भी हैं।

सिद्धांत

निम्नलिखित दो नियम निर्वात में विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों में आवेशित कणों की गतिशीलता को नियंत्रित करते हैं:

𝐅 = Q (𝐄 + 𝐯 \times 𝐁)

(लोरेंत्ज़ बल नियम);

𝐅 = m 𝐚

(न्यूटन का गति का दूसरा नियम गैर-सापेक्षतावादी मामले में, यानी केवल प्रकाश की गति से बहुत कम आयन वेग पर मान्य)।

यहाँ F आयन पर लगाया गया बल है, m आयन का द्रव्यमान है, a त्वरण है, Q आयन का आवेश है, E विद्युत क्षेत्र है, और v × B आयन के वेग और चुंबकीय क्षेत्र का वेक्टर क्रॉस उत्पाद है।

आयन पर लगाए गए बल के लिए उपरोक्त अभिव्यक्तियों को बराबर करने पर प्राप्त होता है:

(m / Q) 𝐚 = 𝐄 + 𝐯 \times 𝐁 .

यह अवकल समीकरण आवेशित कणों के लिए गति का क्लासिक समीकरण है। कण की प्रारंभिक स्थितियों के साथ मिलकर, यह m/Q के संदर्भ में अंतरिक्ष और समय में कण की गति को पूरी तरह से निर्धारित करता है। इस प्रकार मास स्पेक्ट्रोमीटर को "द्रव्यमान-से-आवेश स्पेक्ट्रोमीटर" के रूप में सोचा जा सकता है। डेटा प्रस्तुत करते समय, (आधिकारिक तौर पर) विमाहीन m/z का उपयोग करना सामान्य है, जहाँ z आयन पर प्रारंभिक आवेशों (e) की संख्या है (z=Q/e)। यह मात्रा, हालांकि इसे अनौपचारिक रूप से द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात कहा जाता है, अधिक सटीक रूप से द्रव्यमान संख्या और आवेश संख्या, z के अनुपात का प्रतिनिधित्व करती है।

एनालाइज़र विशेषताएँ

कई महत्वपूर्ण एनालाइज़र विशेषताएँ हैं।

द्रव्यमान विभेदन क्षमता $Δ (m / z)$ , m/z में केवल पता लगाने योग्य अंतर है, उस विशेष m/z पर, जिसे आमतौर पर मिली मास यूनिट (mDa) में मापा जाता है। विशेष रूप से, विभेदन अलग-अलग m/z पर अलग हो सकता है। इसे आमतौर पर उस दिए गए m/z पर एक पीक की पूर्ण चौड़ाई आधी अधिकतम के रूप में संचालित किया जाता है।

विभेदन (Resolution) अनुपात $\frac{m / z}{Δ (m / z)}$ है। यह इकाई रहित है। एक "उच्च-विभेदन" मास एनालाइज़र में आमतौर पर विभेदन >1 मिलियन होता है। ठोस रूप से, इसका मतलब है कि यह ~1 kDa पर दो पीक को हल कर सकता है, जो केवल ~1 mDa से भिन्न होते हैं।

निरपेक्ष सटीकता (Absolute accuracy) m/z मापन त्रुटि का वास्तविक m/z से अनुपात है। इसे $| (m / z)_{measured} - (m / z)_{true} |$ के रूप में परिभाषित किया गया है। सापेक्ष सटीकता (Relative accuracy) $\frac{| (m / z)_{measured} - (m / z)_{true} |}{(m / z)_{true}}$ है। यह इकाई रहित है।

द्रव्यमान सीमा (Mass range) m/z की वह सीमा है जिसे एक दिया गया एनालाइज़र विश्लेषण कर सकता है।

गति (Speed) प्रति इकाई समय उत्पन्न की जा सकने वाली स्पेक्ट्रा लाइनों की संख्या है। आमतौर पर, उच्च विभेदन के लिए कम गति की आवश्यकता होती है, और इसके विपरीत। कुछ मास स्पेक्ट्रोमीटर, जैसे कि फूरियर ट्रांसफॉर्म स्पेक्ट्रोमीटर, गति और विभेदन के बीच निरंतर व्यापार-बंद (tradeoff) की अनुमति देते हैं।

सेक्टर

আরও দেখুন: Sector mass spectrometer

एक सेक्टर-प्रकार का मास एनालाइज़र आयन बीम के पथ को नियंत्रित करने के लिए एक स्थिर विद्युत और/या चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करता है। सबसे सामान्य प्रकार चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करता है।

एक सरलीकृत मामले में, क्षेत्र एक स्थिर क्षेत्र $B$ है, और हमारे पास द्रव्यमान $m$ और आवेश $z e$ का एक आयन है जो वेग $v$ पर लंबवत रूप से क्षेत्र में प्रवेश करता है। फिर, क्षेत्र में, आयन त्रिज्या $R = \frac{v (m / z)}{B e}$ की गोलाकार गति से गुजरता है। यदि आयनाइज़र ने आयन को ज्ञात वोल्टेज $V$ के तहत त्वरित किया है, तो आयन की गतिज ऊर्जा $K E = z e V = \frac{1}{2} m v^{2}$ है, जो देता है^[5]Sec. 3.4 $m / z = \frac{e R^{2} B^{2}}{2 V}$ इस प्रकार, एकल इनपुट आयन बीम का विश्लेषण आयन बीम के एक पंखे में किया जाता है, उच्च m/z आयन बड़ी त्रिज्या पर मुड़ते हैं। फिर कोई एक चलती हुई संकीर्ण स्लिट का उपयोग करके एक m/z के लिए चयन कर सकता है। कोई एक स्थिर संकीर्ण स्लिट का उपयोग भी कर सकता है, लेकिन $V$ या $B$ को बदल सकता है।

यदि केवल एक डिटेक्टर है, तो एनालाइज़र एक बार में एक स्लिट मास स्पेक्ट्रम को स्वीप कर सकता है। कई डिटेक्टरों के साथ, विश्लेषण की गति बढ़ जाती है।^[10]

एक शुद्ध चुंबकीय सेक्टर एनालाइज़र ~10,000 का विभेदन प्राप्त कर सकता है। चुंबकीय सेक्टर से पहले या बाद में एक अतिरिक्त इलेक्ट्रोस्टैटिक फोकसिंग क्षेत्र के साथ, एनालाइज़र ~100,000 का विभेदन प्राप्त कर सकता है।^[5]Sec. 3.4

विशेष रूप से अस्थिर आयन एनालाइज़र से गुजरते समय विघटित हो सकते हैं। यदि यह एनालाइज़र में प्रवेश करते समय प्रतिक्रिया M^{z+} -> M'^{z+} + (other parts) से गुजरता है, तो यह त्रिज्या $R^{'} = \frac{v (m^{'} / z)}{B e}$ की गोलाकार गति से गुजरेगा। यह परिणामी स्पेक्ट्रोग्राम में एक पीक के रूप में दिखाई देगा जो *स्पष्ट रूप से* $(m^{*} / z) = (\frac{m'^{2}}{m} / z)$ वाले आयन द्वारा बनाया गया है। चूंकि द्रव्यमान $m^{*}$ वाला कोई वास्तविक आयन नहीं है, इसलिए इसे एक असामान्य पीक, या मेटास्टेबल आयन पीक कहा जाता है। सामान्य तौर पर, एक मेटास्टेबल आयन पीक $m^{*} / z$ के अत्यधिक गैर-पूर्णांक मान पर केंद्रित एक व्यापक पीक है। $(\frac{m'^{2}}{m} / z)$ पर एक मेटास्टेबल आयन पीक का अस्तित्व इस बात का मजबूत प्रमाण है कि द्रव्यमान $m / z, m^{'} / z$ के दो आयन वास्तव में प्रतिक्रिया M^{z+} -> M'^{z+} + (other parts) द्वारा संबंधित हैं।^[5]Sec. 3.5

टाइम-ऑफ-फ्लाइट

আরও দেখুন: time-of-flight mass spectrometry टाइम-ऑफ-फ्लाइट (TOF) एनालाइज़र इनपुट के रूप में आयनों की एक छोटी 'पल्स' लेता है, और इसे एक लंबी वैक्यूम ट्यूब के माध्यम से उड़ने देता है। अलग-अलग m/z वाले आयन अलग-अलग समय पर ट्यूब के अंत में पहुंचेंगे, इस प्रकार उनका विश्लेषण होगा। आयनों को पल्स के रूप में ट्यूब में प्रवेश करना चाहिए, क्योंकि अन्यथा TOF को मापा नहीं जा सकता है। यदि आयनाइज़र आयनों की एक निरंतर धारा आउटपुट करता है, तो इसे आयन पल्स में काटा जाना चाहिए, जैसे कि एक तेज़ मैकेनिकल शटर, एक दोलनशील विद्युत क्षेत्र प्लस एक संकीर्ण स्लिट, आदि के तरीकों से। MALDI आयनाइज़र TOF एनालाइज़र के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है, क्योंकि MALDI में उपयोग किया जाने वाला लेज़र आमतौर पर एक उच्च-तीव्रता वाला पल्स लेज़र होता है। MALDI-TOF ने केवल कुछ एटोमोल सामग्री का उपयोग करके मास स्पेक्ट्रोग्राम के मापन की अनुमति दी है।^[5]Sec. 3.4

ठोस रूप से, मान लें कि एनालाइज़र की लंबाई $L$ है, तो वेग $v$ के एक आयन को एनालाइज़र से गुजरने में लगने वाला समय $t = L / v$ है। चूंकि $K E = z e V = \frac{1}{2} m v^{2}$ , हमारे पास है^[5]Sec. 3.4 $m / z = \frac{2 e V}{L^{2}} t^{2}$ अक्सर, इनपुट आयन पहले से ही अपने m/z में केंद्रित होते हैं। यानी, इनपुट में प्रत्येक आयन $m / z = δ (m / z) + (m / z)_{0}$ को संतुष्ट करता है, जहाँ $(m / z)_{0}$ एक स्थिरांक है, और $δ (m / z) ≪ (m / z)_{0}$ है। उस स्थिति में, हमारे पास है $m / z = (m / z)_{0} + \frac{4 e V t_{0}}{L^{2}} δ t$ इसका मतलब है कि सिग्नल को ट्रिगर मोड में एक ऑसिलोस्कोप द्वारा मापा जा सकता है। वास्तव में, पहला GC-MS 1950 में ऑसिलोस्कोप का उपयोग करके किया गया था। प्रयोगकर्ताओं ने गैस क्रोमैटोग्राफी मशीन से बाहर निकलने वाले प्रत्येक घटक के लिए ऑसिलोस्कोप स्क्रीन की त्वरित तस्वीरें लीं।

वेगों का यह वितरण 'm/z' बनाम काउंट (count) प्लॉट पर दिखाए गए शीर्षों (peaks) को चौड़ा करता है, लेकिन यह आमतौर पर शीर्षों की केंद्रीय स्थिति को नहीं बदलता है, क्योंकि आयनों का प्रारंभिक वेग आमतौर पर शून्य पर केंद्रित होता है। इस समस्या को ठीक करने के लिए, टाइम-लैग फोकसिंग/delayed extraction (विलंबित निष्कर्षण) को TOF-MS के साथ जोड़ा गया है।^[11] यदि आयन समान गतिज ऊर्जा पर शुरू नहीं होते हैं, तो कुछ आयन उच्च गतिज ऊर्जा वाले आयनों से पीछे रह सकते हैं, जिससे रिज़ॉल्यूशन कम हो जाता है। इस समस्या को ठीक करने के लिए आमतौर पर Reflectron (रिफ्लेक्ट्रॉन) ज्यामिति का उपयोग किया जाता है।

लंबी ट्यूबों के परिणामस्वरूप उच्च रिज़ॉल्यूशन प्राप्त होता है। एक रिफ्लेक्टर प्रभावी ट्यूब लंबाई को दोगुना कर देता है। एक रिफ्लेक्टर-TOF कई हजारों का रिज़ॉल्यूशन प्राप्त कर सकता है। अपने कम रिज़ॉल्यूशन के बावजूद, TOF मास स्पेक्ट्रोमीटर गति के मामले में इसकी भरपाई कर लेते हैं। वे विशेष रूप से chemical kinetics (रासायनिक गतिकी) के अध्ययन में उपयोगी हैं। यह दहन और विस्फोट जैसी तीव्र प्रतिक्रियाओं का अध्ययन कर सकता है।^[5]Sec. 3.4

क्वाड्रुपोल मास फिल्टर

আরও দেখুন: Quadrupole mass analyzer

एक quadrupole mass analyzer (क्वाड्रुपोल मास एनालाइज़र) चार समानांतर धातु की छड़ों का उपयोग radio frequency (RF) पर दोलन करने वाला एक quadrupole (क्वाड्रुपोल) विद्युत क्षेत्र बनाने के लिए करता है, ताकि गुजरने वाले आयनों के पथ को चुनिंदा रूप से स्थिर या अस्थिर किया जा सके।

प्रत्येक दोलन पैटर्न के साथ, गुजरने वाले आयन एक हेलिकल (कुंडलाकार) गति से गुजरते हैं। यदि आयन का 'm/z' एक निश्चित सीमा के भीतर है, तो हेलिकल गति स्थिर रहती है। अन्यथा, हेलिकल गति का आयाम तब तक बढ़ता रहेगा जब तक कि आयन छड़ों से टकरा न जाए। इसका मतलब है कि केवल एक संकीर्ण सीमा के भीतर m/z वाले आयन ही इससे गुजर सकते हैं। छड़ों पर विभव (potentials) को लगातार या असतत छलांगों के अनुक्रम में बदलकर पूरे स्पेक्ट्रोग्राम को स्वीप किया जा सकता है।

वे आमतौर पर ~1000 के कम रिज़ॉल्यूशन वाले होते हैं, लेकिन वे सस्ते और छोटे होते हैं, इसलिए "डेस्कटॉप" मास स्पेक्ट्रोमीटर के लिए अच्छे होते हैं।^[5]Sec. 3.4

क्वाड्रुपोल मास फिल्टर quadrupole ion trap (क्वाड्रुपोल आयन ट्रैप), विशेष रूप से लीनियर क्वाड्रुपोल आयन ट्रैप से निकटता से संबंधित है, सिवाय इसके कि इसे फंसे हुए आयनों को इकट्ठा करने के बजाय बिना फंसे आयनों को गुजारने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और इसी कारण इसे ट्रांसमिशन क्वाड्रुपोल कहा जाता है। क्वाड्रुपोल आयन ट्रैप का उपयोग स्वयं एक एनालाइज़र के रूप में किया जा सकता है, जैसा कि आयन ट्रैप एनालाइज़र में होता है।

ट्रांसमिशन क्वाड्रुपोल का एक सामान्य प्रकार ट्रिपल क्वाड्रुपोल मास स्पेक्ट्रोमीटर है। "ट्रिपल क्वाड" में तीन क्रमिक क्वाड्रुपोल चरण होते हैं, जिसमें पहला एक मास फिल्टर के रूप में कार्य करता है जो एक विशिष्ट आने वाले आयन को दूसरे क्वाड्रुपोल, यानी एक कोलिजन चैंबर (टक्कर कक्ष) में भेजता है, जहाँ उस आयन को टुकड़ों में तोड़ा जा सकता है। तीसरा क्वाड्रुपोल भी एक मास फिल्टर के रूप में कार्य करता है, ताकि एक विशिष्ट फ्रैगमेंट आयन को डिटेक्टर तक भेजा जा सके। यह MS/MS का एक प्रकार है, और इसलिए यह MS/MS की विशेषता वाले विभिन्न स्कैन प्रकारों को निष्पादित कर सकता है।

एक चुंबकीय रूप से संवर्धित क्वाड्रुपोल मास एनालाइज़र में एक अतिरिक्त चुंबकीय क्षेत्र होता है, जो अक्षीय या अनुप्रस्थ हो सकता है।^[12]

आयन ट्रैप

त्रि-आयामी क्वाड्रुपोल आयन ट्रैप

আরও দেখুন: quadrupole ion trap quadrupole ion trap (क्वाड्रुपोल आयन ट्रैप) उसी भौतिक सिद्धांतों पर काम करता है जैसे क्वाड्रुपोल मास एनालाइज़र, लेकिन इसमें आयनों को फंसाया जाता है और क्रमिक रूप से बाहर निकाला जाता है। आयन मुख्य रूप से एक क्वाड्रुपोल RF क्षेत्र में फंसे होते हैं, जो दो एंडकैप इलेक्ट्रोड (आमतौर पर DC या सहायक AC विभव से जुड़े) के बीच एक रिंग इलेक्ट्रोड (आमतौर पर मुख्य RF विभव से जुड़ा) द्वारा परिभाषित स्थान में होते हैं। नमूने को या तो आंतरिक रूप से (जैसे इलेक्ट्रॉन या लेजर बीम के साथ) या बाहरी रूप से आयनित किया जाता है, जिस स्थिति में आयनों को अक्सर एक एंडकैप इलेक्ट्रोड में एक एपर्चर के माध्यम से पेश किया जाता है।

कई द्रव्यमान/आवेश पृथक्करण और अलगाव विधियां हैं, लेकिन सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली विधि मास इंस्टेबिलिटी मोड है जिसमें RF विभव को बढ़ाया जाता है ताकि a > b द्रव्यमान वाले आयनों की कक्षा स्थिर रहे जबकि द्रव्यमान b वाले आयन अस्थिर हो जाएं और 'z'-अक्ष पर एक डिटेक्टर पर बाहर निकल जाएं। गैर-विनाशकारी विश्लेषण विधियां भी मौजूद हैं।

आयनों को रेजोनेंस एक्साइटेशन (अनुनाद उत्तेजना) विधि द्वारा भी बाहर निकाला जा सकता है, जिसके द्वारा एंडकैप इलेक्ट्रोड पर एक पूरक दोलन उत्तेजना वोल्टेज लागू किया जाता है, और ट्रैपिंग वोल्टेज आयाम और/या उत्तेजना वोल्टेज आवृत्ति को आयनों को उनके द्रव्यमान/आवेश अनुपात के क्रम में अनुनाद स्थिति में लाने के लिए बदला जाता है।^[13]

बेलनाकार आयन ट्रैप

cylindrical ion trap mass spectrometer (बेलनाकार आयन ट्रैप मास स्पेक्ट्रोमीटर) (CIT) क्वाड्रुपोल आयन ट्रैप का एक व्युत्पन्न है जहाँ इलेक्ट्रोड हाइपरबोलिक आकार के इलेक्ट्रोड के बजाय सपाट छल्लों से बने होते हैं। यह वास्तुकला लघुकरण (miniaturization) के लिए उपयुक्त है क्योंकि जैसे-जैसे ट्रैप का आकार कम होता है, ट्रैप के केंद्र के पास विद्युत क्षेत्र का आकार, वह क्षेत्र जहाँ आयन फंसे होते हैं, एक हाइपरबोलिक ट्रैप के समान आकार बनाता है।

लीनियर क्वाड्रुपोल आयन ट्रैप

एक linear quadrupole ion trap (लीनियर क्वाड्रुपोल आयन ट्रैप) एक क्वाड्रुपोल आयन ट्रैप के समान है, लेकिन यह 3D क्वाड्रुपोल आयन ट्रैप की तरह त्रि-आयामी क्वाड्रुपोल क्षेत्र के बजाय द्वि-आयामी क्वाड्रुपोल क्षेत्र में आयनों को फंसाता है। थर्मो फिशर का LTQ ("लीनियर ट्रैप क्वाड्रुपोल") लीनियर आयन ट्रैप का एक उदाहरण है।^[14]

एक टोरॉयडल आयन ट्रैप की कल्पना एक लीनियर क्वाड्रुपोल के रूप में की जा सकती है जो मुड़ा हुआ हो और सिरों पर जुड़ा हो, या एक 3D आयन ट्रैप के क्रॉस-सेक्शन के रूप में जिसे टोरॉइड, डोनट के आकार का ट्रैप बनाने के लिए किनारे पर घुमाया गया हो। ट्रैप रिंग जैसी ट्रैप संरचना में आयनों को वितरित करके बड़ी मात्रा में आयनों को संग्रहीत कर सकता है। यह टोरॉयडल आकार का ट्रैप एक ऐसा विन्यास है जो आयन ट्रैप मास एनालाइज़र के बढ़ते लघुकरण की अनुमति देता है। इसके अतिरिक्त, सभी आयन एक ही ट्रैपिंग क्षेत्र में संग्रहीत होते हैं और एक साथ बाहर निकाले जाते हैं, जिससे डिटेक्शन सरल हो जाता है जो डिटेक्टर संरेखण और सरणियों की मशीनिंग में भिन्नता के कारण सरणी विन्यास के साथ जटिल हो सकता है।^[15]

टोरॉयडल ट्रैप की तरह, लीनियर ट्रैप और 3D क्वाड्रुपोल आयन ट्रैप अपनी उच्च संवेदनशीलता, mTorr दबाव के लिए सहनशीलता और सिंगल एनालाइज़र टैंडम मास स्पेक्ट्रोमेट्री (जैसे प्रोडक्ट आयन स्कैन) की क्षमताओं के कारण सबसे अधिक लघुकरण वाले मास एनालाइज़र हैं।^[16]

फूरियर-ट्रांसफॉर्म आयन साइक्लोट्रॉन रेजोनेंस

আরও দেখুন: Fourier-transform ion cyclotron resonance फूरियर-ट्रांसफॉर्म मास स्पेक्ट्रोमेट्री (FTMS), या अधिक सटीक रूप से Fourier-transform ion cyclotron resonance मास स्पेक्ट्रोमेट्री (FT-ICR MS), चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में सर्पिल गति करते हुए आयनों द्वारा उत्पन्न image current (इमेज करंट) का पता लगाकर द्रव्यमान को मापता है। electron multiplier (इलेक्ट्रॉन मल्टीप्लायर) जैसे डिटेक्टर के साथ आयनों के विक्षेपण को मापने के बजाय, आयनों को एक Penning trap (पेनिंग ट्रैप) (एक स्थिर विद्युत/चुंबकीय ion trap) में इंजेक्ट किया जाता है जहाँ वे प्रभावी रूप से एक सर्किट का हिस्सा बनते हैं। अंतरिक्ष में निश्चित स्थानों पर डिटेक्टर समय के साथ उनके पास से गुजरने वाले आयनों के विद्युत संकेत को मापते हैं, जिससे एक आवधिक संकेत उत्पन्न होता है। चूंकि एक आयन के चक्रण की आवृत्ति उसके 'm/z' अनुपात द्वारा निर्धारित होती है, इसलिए इसे संकेत पर Fourier transform (फूरियर ट्रांसफॉर्म) द्वारा deconvoluted (डिकन्वोल्यूट) किया जा सकता है।^[17]

Ion cyclotron resonance (ICR) एक पुरानी मास विश्लेषण तकनीक है। यह FTMS के समान है, जिसमें आयन साइक्लोट्रॉन रेजोनेंस से गुजरते हैं। हालाँकि, आयनों का पता एक पारंपरिक डिटेक्टर के साथ लगाया जाता है। पेनिंग ट्रैप में फंसे आयनों को एक RF विद्युत क्षेत्र द्वारा तब तक उत्तेजित किया जाता है जब तक कि वे ट्रैप की दीवार से टकरा न जाएं, जहाँ डिटेक्टर स्थित होता है। विभिन्न द्रव्यमान वाले आयनों को प्रभाव समय के अनुसार हल किया जाता है।

FTMS आम तौर पर बाजार में सबसे संवेदनशील एनालाइज़र है, जो ~1 मिलियन का रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करता है। यह इतना उच्च रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करता है, क्योंकि प्रत्येक आयन को स्पेक्ट्रोमीटर द्वारा कई बार "गिना" जाता है। signal processing (सिग्नल प्रोसेसिंग) के uncertainty principle (अनिश्चितता सिद्धांत) के दृष्टिकोण से, एक दोलन संकेत जो समय में अत्यधिक 'डिलोकलाइज्ड' (विस्थानीकृत) होता है, वह आवृत्ति में भी अत्यधिक 'लोकलाइज्ड' (स्थानीकृत) होता है।

Orbitrap

আরও দেখুন: Orbitrap

ऑर्बिट्रैप (Orbitrap) विश्लेषक FTMS विश्लेषकों के समान होते हैं। आयनों को एक केंद्रीय, धुरी के आकार के इलेक्ट्रोड के चारों ओर कक्षा में इलेक्ट्रोस्टैटिक (स्थिर वैद्युत) रूप से फंसाया जाता है। इलेक्ट्रोड आयनों को इस तरह सीमित करता है कि वे केंद्रीय इलेक्ट्रोड के चारों ओर परिक्रमा भी करते हैं और केंद्रीय इलेक्ट्रोड की लंबी धुरी के साथ आगे-पीछे दोलन (oscillate) भी करते हैं। यह दोलन डिटेक्टर प्लेटों में एक इमेज करंट उत्पन्न करता है जिसे उपकरण द्वारा रिकॉर्ड किया जाता है। इन इमेज करंट की आवृत्तियाँ आयनों के द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात (mass-to-charge ratios) पर निर्भर करती हैं। द्रव्यमान स्पेक्ट्रा रिकॉर्ड किए गए इमेज करंट के फूरियर रूपांतरण (Fourier transformation) द्वारा प्राप्त किए जाते हैं।

ऑर्बिट्रैप में उच्च द्रव्यमान सटीकता, उच्च संवेदनशीलता और एक अच्छी गतिशील रेंज (dynamic range) होती है। वे काफी छोटे भी होते हैं।^[18]

उच्च रिज़ॉल्यूशन

कुछ रासायनिक प्रजातियों की रासायनिक संरचना समान होती है, लेकिन उनके समस्थानिक (isotopes) अलग-अलग होते हैं (आइसोटोपोमरs)। उन्हें एक बहुत ही बुनियादी विश्लेषक द्वारा अलग किया जा सकता है। वास्तव में, समस्थानिकों की खोज 1922 में हुई थी, जो द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री के इतिहास में बहुत शुरुआती समय था।

हालाँकि, दो रासायनिक प्रजातियों में न्यूक्लियॉन (न्यूट्रॉन और प्रोटॉन) की संख्या समान हो सकती है। उदाहरण के लिए, C3 और SH4 दोनों में 36 न्यूक्लियॉन होते हैं। उन्हें अभी भी अलग किया जा सकता है, क्योंकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का द्रव्यमान 1.4 mDa से भिन्न होता है, और चूंकि अलग-अलग नाभिकों में अलग-अलग बंधन ऊर्जा (binding energy) होती है, जो $E = m c^{2}$ के अनुसार एक अलग द्रव्यमान का परिणाम देती है। शुद्ध परिणाम यह है कि C3 और S1H4 3.4 mDa से भिन्न होते हैं। समस्थानिकों का सावधानीपूर्वक मिलान करके और भी छोटे अंतर प्राप्त किए जा सकते हैं। उदाहरण के लिए, C4 और S1H3^{13}C1 1.1 mDa से भिन्न होते हैं। ऐसे अंतरों को उच्च रिज़ॉल्यूशन मास स्पेक्ट्रोमेट्री द्वारा हल किया जा सकता है, जो >1 मिलियन का रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करता है, जो m/z ~ 1000 पर ~ 1 mDa के अंतर को हल करने के लिए पर्याप्त है। ध्यान दें कि इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान 0.5 mDa है।^[19]

उच्च रिज़ॉल्यूशन MS के लिए कई तकनीकें हैं,^[20] लेकिन उच्चतम रिज़ॉल्यूशन उच्च चुंबकीय क्षेत्र के साथ FTMS द्वारा प्राप्त किया जाता है। चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति बढ़ने के साथ, रिज़ॉल्यूशन और स्पेक्ट्रल अधिग्रहण की गति रैखिक रूप से बढ़ती है, जबकि द्रव्यमान सटीकता और गतिशील रेंज द्विघातीय (quadratically) रूप से बढ़ती है। परिणामस्वरूप, उच्चतम रिज़ॉल्यूशन 21 टेस्ला तक के उच्च क्षेत्र FTMS द्वारा प्राप्त किया जाता है। यह m/z ~ 400 पर >2.7 मिलियन का रिज़ॉल्यूशन और < 80 ppb की द्रव्यमान मापन सटीकता तक पहुँचता है।

वे अक्सर भू-रसायन (geochemical) और पेट्रोकेमिकल अध्ययनों में नियोजित किए जाते हैं, क्योंकि पेट्रोलियम उद्योग में बहुत पैसा है, और पेट्रोलियम की संरचना अत्यधिक जटिल है।^[19] एक अन्य अनुप्रयोग बड़े प्रोटीन के समस्थानिक विश्लेषण (isotopic analysis) में है। एक एकल समस्थानिक परमाणु से भिन्न दो प्रोटीन $Δ m \approx 1$ द्वारा अलग होते हैं, जिन्हें हल करने के लिए $m / Δ m$ के रिज़ॉल्यूशन की आवश्यकता होती है। m > 100 kDa और z ~ 50 वाले बड़े प्रोटीन के लिए, जैसे कि मोनोक्लोनल एंटीबॉडी, इसके लिए एक ऐसे विश्लेषक की आवश्यकता होती है जो m/z ~ 2000 पर > 100,000 की रिज़ॉल्विंग पावर प्राप्त करे।

उच्च रिज़ॉल्यूशन FTMS एक डिटेक्टर के रूप में भी बहुत संवेदनशील है। इसने ~30 ज़ेप्टोमोल (अर्थात लगभग 20,000 व्यक्तिगत अणु) की नमूना सांद्रता पर 8–20 kDa रेंज में प्रोटीन का पता लगाने की अनुमति दी है।^[21]

जब किसी एकल आयन प्रजाति के द्रव्यमान को मापा जाना होता है, तो पेनिन-टाइप ट्रैप (Penning-type traps) के माध्यम से उच्चतम सटीकता प्राप्त की जा सकती है। उदाहरण के लिए, PENTATRAP लंबे समय तक जीवित रहने वाले, अत्यधिक आवेशित, भारी आयनों के द्रव्यमान को $m / Δ m > 1 0^{11}$ की सटीकता तक मापता है।^[22] यह द्रव्यमान-ऊर्जा समीकरण के माध्यम से ~1 eV की सटीकता तक मेटास्टेबल इलेक्ट्रॉनिक अवस्था (Electronic state) की ऊर्जा को सीधे मापने के लिए पर्याप्त संवेदनशील है।

डिटेक्टर

मास स्पेक्ट्रोमीटर का अंतिम तत्व डिटेक्टर है। डिटेक्टर या तो प्रेरित आवेश को रिकॉर्ड करता है या उस करंट को जो तब उत्पन्न होता है जब कोई आयन पास से गुजरता है या किसी सतह से टकराता है। एक स्कैनिंग उपकरण में, स्कैन के दौरान डिटेक्टर में उत्पन्न सिग्नल बनाम उपकरण स्कैन में कहाँ है (किस m/Q पर), एक मास स्पेक्ट्रम तैयार करेगा, जो m/Q के फलन के रूप में आयनों का एक रिकॉर्ड है।

रैखिक गतिशील रेंज (linear dynamic range) वह रेंज है जिस पर डिटेक्टर सिग्नल विश्लेष्य (analyte) सांद्रता के साथ रैखिक होता है।

आमतौर पर, किसी प्रकार के इलेक्ट्रॉन मल्टीप्लायर का उपयोग किया जाता है, हालांकि फैराडे कप और आयन-टू-फोटॉन डिटेक्टर सहित अन्य डिटेक्टरों का भी उपयोग किया जाता है। चूंकि किसी विशेष क्षण में मास विश्लेषक छोड़ने वाले आयनों की संख्या आमतौर पर बहुत कम होती है, इसलिए सिग्नल प्राप्त करने के लिए अक्सर काफी प्रवर्धन (amplification) की आवश्यकता होती है। आधुनिक वाणिज्यिक उपकरणों में माइक्रोचैनल प्लेट डिटेक्टर का आमतौर पर उपयोग किया जाता है।^[23] FTMS और ऑर्बिट्रैप में, डिटेक्टर में मास विश्लेषक/आयन ट्रैप क्षेत्र के भीतर धातु की सतहों की एक जोड़ी होती है जिसके पास से आयन केवल दोलन करते समय गुजरते हैं। कोई प्रत्यक्ष करंट उत्पन्न नहीं होता है, केवल इलेक्ट्रोड के बीच एक सर्किट में एक कमजोर AC इमेज करंट उत्पन्न होता है। अन्य आगमनात्मक (inductive) डिटेक्टरों का भी उपयोग किया गया है।

टैंडम मास स्पेक्ट्रोमेट्री

एक टैंडम मास स्पेक्ट्रोमीटर वह है जो मास स्पेक्ट्रोमेट्री के कई दौर करने में सक्षम है, जो आमतौर पर अणु विखंडन (molecule fragmentation) के किसी रूप द्वारा अलग किए जाते हैं। उदाहरण के लिए, एक मास विश्लेषक मास स्पेक्ट्रोमीटर में प्रवेश करने वाले कई पेप्टाइड्स में से एक पेप्टाइड को अलग कर सकता है। एक कोलिजन सेल (collision cell) तब पेप्टाइड आयनों को स्थिर करता है जबकि वे एक गैस के साथ टकराते हैं, जिससे वे कोलिजन-इंड्यूस्ड डिसोसिएशन (CID) द्वारा विखंडित हो जाते हैं। एक और मास विश्लेषक तब पेप्टाइड्स से उत्पन्न टुकड़ों को छांटता है। टैंडम MS को समय के साथ एक एकल मास विश्लेषक में भी किया जा सकता है, जैसा कि क्वाड्रुपोल आयन ट्रैप में होता है। टैंडम MS के लिए अणुओं को विखंडित (fragmenting) करने के विभिन्न तरीके हैं, जिनमें कोलिजन-इंड्यूस्ड डिसोसिएशन (CID), इलेक्ट्रॉन कैप्चर डिसोसिएशन (ECD), इलेक्ट्रॉन ट्रांसफर डिसोसिएशन (ETD), इन्फ्रारेड मल्टीफोटॉन डिसोसिएशन (IRMPD), ब्लैकबॉडी इन्फ्रारेड रेडिएटिव डिसोसिएशन (BIRD), इलेक्ट्रॉन-डिटैचमेंट डिसोसिएशन (EDD) और सतह-प्रेरित डिसोसिएशन (SID) शामिल हैं। टैंडम मास स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग करने वाला एक महत्वपूर्ण अनुप्रयोग प्रोटीन पहचान में है।^[24]

टैंडम मास स्पेक्ट्रोमेट्री विभिन्न प्रकार के प्रयोगात्मक अनुक्रमों को सक्षम बनाती है। कई व्यावसायिक मास स्पेक्ट्रोमीटर को selected reaction monitoring (चयनात्मक प्रतिक्रिया निगरानी), प्रीकर्सर आयन स्कैनिंग, प्रोडक्ट आयन स्कैनिंग और न्यूट्रल लॉस स्कैनिंग जैसे नियमित अनुक्रमों के निष्पादन में तेजी लाने के लिए डिज़ाइन किया गया है।^[25]

चयनात्मक प्रतिक्रिया निगरानी (selected reaction monitoring) में, पहला विश्लेषक केवल एक द्रव्यमान को गुजरने देता है और दूसरा विश्लेषक पूर्ण स्कैन की तुलना में लंबे समय तक उपयोगकर्ता द्वारा परिभाषित कई फ्रैगमेंट आयनों की निगरानी करता है। इससे संवेदनशीलता बढ़ती है।
प्रोडक्ट आयन स्कैन में, पहला मास एनालाइज़र एक विशेष प्रीकर्सर आयन ("पैरेंट") का चयन करने के लिए स्थिर रहता है, जबकि दूसरे को उन सभी फ्रैगमेंट ("प्रोडक्ट्स" या "डॉटर आयन") को खोजने के लिए स्कैन किया जाता है जिनमें इसे कोलिजन सेल (टक्कर कक्ष) में खंडित किया जा सकता है।
प्रीकर्सर आयन स्कैन में, दूसरा मास एनालाइज़र एक विशेष फ्रैगमेंट आयन ("डॉटर") का चयन करने के लिए स्थिर रहता है, जबकि पहले को उन सभी संभावित प्रीकर्सर आयनों को खोजने के लिए स्कैन किया जाता है जो इस फ्रैगमेंट को उत्पन्न कर सकते हैं।
न्यूट्रल लॉस स्कैन में, दो मास एनालाइज़र समानांतर में स्कैन किए जाते हैं, लेकिन विश्लेषक के लिए रुचि के आणविक उप-इकाई के द्रव्यमान द्वारा अलग किए जाते हैं। यदि आयन विखंडन के दौरान उस निश्चित द्रव्यमान को खो देते हैं, तो उनका पता लगाया जाता है। इसका उपयोग किसी भी ऐसे रसायन की तलाश के लिए किया जा सकता है जो एक विशेष न्यूट्रल समूह को खोने में सक्षम हो, उदाहरण के लिए एक शर्करा अवशेष। साथ में, न्यूट्रल लॉस और प्रीकर्सर आयन स्कैन का उपयोग विशेष मोटिफ वाले रसायनों की खोज के लिए किया जा सकता है।

radiocarbon dating (रेडियोकार्बन डेटिंग) के लिए उपयोग की जाने वाली टैंडम मास स्पेक्ट्रोमेट्री का एक अन्य प्रकार accelerator mass spectrometry है, जो नकारात्मक आयनों को एक प्रकार के टैंडम मास स्पेक्ट्रोमीटर में त्वरित करने के लिए बहुत उच्च वोल्टेज, आमतौर पर मेगा-वोल्ट रेंज का उपयोग करता है।

METLIN मेटाबोलाइट और केमिकल एंटिटी डेटाबेस^[26] मानकों से प्राप्त प्रयोगात्मक tandem mass spectrometry डेटा का सबसे बड़ा भंडार है। 960,000 से अधिक आणविक मानकों (अक्टूबर 2025 तक) पर टैंडम मास स्पेक्ट्रोमेट्री डेटा टैंडम मास स्पेक्ट्रोमेट्री प्रयोगों से रासायनिक संस्थाओं की पहचान को सुविधाजनक बनाने के लिए प्रदान किया जाता है। ज्ञात अणुओं की पहचान के अलावा, यह अपनी समानता खोज/विश्लेषण का उपयोग करके अज्ञात अणुओं की पहचान करने के लिए भी उपयोगी है। सभी टैंडम मास स्पेक्ट्रोमेट्री डेटा कई कोलिजन ऊर्जाओं पर और सकारात्मक और नकारात्मक आयनीकरण मोड दोनों में मानकों के प्रयोगात्मक विश्लेषण से आते हैं।

सामान्य मास स्पेक्ट्रोमीटर कॉन्फ़िगरेशन और तकनीकें

जब स्रोत, एनालाइज़र और डिटेक्टर का एक विशिष्ट संयोजन व्यवहार में पारंपरिक हो जाता है, तो इसे संक्षेप में निर्दिष्ट करने के लिए एक यौगिक acronym (संक्षिप्त नाम) उत्पन्न हो सकता है। एक उदाहरण MALDI-TOF है, जो matrix-assisted laser desorption/ionization स्रोत के साथ time-of-flight मास एनालाइज़र के संयोजन को संदर्भित करता है। अन्य उदाहरणों में inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS), accelerator mass spectrometry, thermal ionization-mass spectrometry (TIMS) और spark source mass spectrometry शामिल हैं।

मास स्पेक्ट्रोमेट्री के कुछ अनुप्रयोगों ने ऐसे नाम विकसित किए हैं जो सख्ती से बोलने पर एक व्यापक अनुप्रयोग को संदर्भित करते प्रतीत होते हैं, लेकिन व्यवहार में वे एक विशिष्ट या सीमित संख्या में उपकरण कॉन्फ़िगरेशन को दर्शाते हैं। इसका एक उदाहरण isotope-ratio mass spectrometry है, जो व्यवहार में सीमित संख्या में सेक्टर-आधारित मास एनालाइज़र के उपयोग को संदर्भित करता है; इस नाम का उपयोग अनुप्रयोग और अनुप्रयोग के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण दोनों को संदर्भित करने के लिए किया जाता है।

मास स्पेक्ट्रोमेट्री के साथ संयुक्त पृथक्करण तकनीकें

मास स्पेक्ट्रोमेट्री की द्रव्यमान समाधान और द्रव्यमान निर्धारण क्षमताओं में एक महत्वपूर्ण वृद्धि इसे chromatographic और अन्य पृथक्करण तकनीकों के साथ टैंडम में उपयोग करना है।

गैस क्रोमैटोग्राफी

মূল নিবন্ধ: Gas chromatography–mass spectrometry

एक सामान्य संयोजन gas क्रोमैटोग्राफी-मास स्पेक्ट्रोमेट्री (GC/MS या GC-MS) है। इस तकनीक में, विभिन्न यौगिकों को अलग करने के लिए एक gas chromatograph का उपयोग किया जाता है। अलग किए गए यौगिकों की इस धारा को ऑनलाइन ion स्रोत में भेजा जाता है, जो एक metallic filament होता है जिस पर voltage लागू किया जाता है। यह फिलामेंट इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है जो यौगिकों को आयनित करते हैं। आयन फिर आगे खंडित हो सकते हैं, जिससे पूर्वानुमानित पैटर्न प्राप्त होते हैं। अक्षुण्ण आयन और खंड मास स्पेक्ट्रोमीटर के एनालाइज़र में जाते हैं और अंततः पता लगाए जाते हैं।^[27] हालाँकि, GC-MS इंजेक्शन पोर्ट (और ओवन) में उपयोग किए जाने वाले उच्च तापमान (300 °C) के परिणामस्वरूप इंजेक्ट किए गए अणुओं का थर्मल क्षरण हो सकता है, जिससे रुचि के वास्तविक अणु (अणुओं) के बजाय क्षरण उत्पादों का मापन होता है।

लिक्विड क्रोमैटोग्राफी

মূল নিবন্ধ: Liquid chromatography–mass spectrometry

गैस क्रोमैटोग्राफी MS (GC-MS) के समान, लिक्विड क्रोमैटोग्राफी-मास स्पेक्ट्रोमेट्री (LC/MS या LC-MS) यौगिकों को आयन स्रोत और मास स्पेक्ट्रोमीटर में पेश किए जाने से पहले क्रोमैटोग्राफिक रूप से अलग करती है। यह GC-MS से इस मायने में भिन्न है कि मोबाइल चरण गैस के बजाय तरल होता है, आमतौर पर water और कार्बनिक solvents का मिश्रण। सबसे आम तौर पर, LC-MS में एक electrospray ionization स्रोत का उपयोग किया जाता है। अन्य लोकप्रिय और व्यावसायिक रूप से उपलब्ध LC-MS आयन स्रोत atmospheric pressure chemical ionization और atmospheric pressure photoionization हैं। laser spray जैसी कुछ नई विकसित आयनीकरण तकनीकें भी हैं।

केशिका वैद्युतकणसंचलन–मास स्पेक्ट्रोमेट्री

মূল নিবন্ধ: Capillary electrophoresis–mass spectrometry

केशिका वैद्युतकणसंचलन–मास स्पेक्ट्रोमेट्री (CE-MS) एक ऐसी तकनीक है जो capillary electrophoresis की तरल पृथक्करण प्रक्रिया को मास स्पेक्ट्रोमेट्री के साथ जोड़ती है।^[28] CE-MS आमतौर पर इलेक्ट्रोस्प्रे आयनीकरण से जुड़ा होता है।

आयन गतिशीलता

মূল নিবন্ধ: Ion-mobility spectrometry–mass spectrometry

आयन मोबिलिटी स्पेक्ट्रोमेट्री-मास स्पेक्ट्रोमेट्री (IMS/MS या IMMS) एक ऐसी तकनीक है जहाँ आयनों को मास स्पेक्ट्रोमीटर में पेश करने से पहले एक लागू विद्युत क्षमता ढाल के तहत कुछ तटस्थ गैस के माध्यम से ड्रिफ्ट समय द्वारा अलग किया जाता है।^[29] ड्रिफ्ट समय आयन के आवेश के सापेक्ष टकराने वाले क्रॉस सेक्शन का एक माप है। IMS का duty cycle (वह समय जिसके दौरान प्रयोग होता है) अधिकांश मास स्पेक्ट्रोमेट्रिक तकनीकों की तुलना में लंबा होता है, ताकि मास स्पेक्ट्रोमीटर IMS पृथक्करण के दौरान नमूना ले सके। यह LC-MS के समान तरीके से IMS पृथक्करण और आयनों के द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात के बारे में डेटा उत्पन्न करता है।

IMS का ड्यूटी साइकिल लिक्विड क्रोमैटोग्राफी या गैस क्रोमैटोग्राफी पृथक्करण के सापेक्ष छोटा होता है और इसलिए इसे ऐसी तकनीकों के साथ जोड़ा जा सकता है, जिससे LC/IMS/MS जैसी ट्रिपल मोडेलिटी उत्पन्न होती है।^[30]

डेटा और विश्लेषण

आइसोटोपिक वितरण दिखाते हुए पेप्टाइड का मास स्पेक्ट्रम

डेटा निरूपण

আরও দেখুন: Mass spectrometry data format मास स्पेक्ट्रोमेट्री विभिन्न प्रकार के डेटा उत्पन्न करती है। सबसे सामान्य डेटा निरूपण mass spectrum है।

मास स्पेक्ट्रोमेट्री डेटा के कुछ प्रकारों को mass chromatogram के रूप में सबसे अच्छी तरह दर्शाया जाता है। क्रोमैटोग्राम के प्रकारों में selected ion monitoring (SIM), total ion current (TIC), और selected reaction monitoring शामिल हैं, अन्य कई के अलावा।

मास स्पेक्ट्रोमेट्री डेटा के अन्य प्रकारों को त्रि-आयामी contour map के रूप में अच्छी तरह से दर्शाया जाता है। इस रूप में, द्रव्यमान-से-आवेश, m/z x-अक्ष पर है, तीव्रता y-अक्ष पर है, और एक अतिरिक्त प्रयोगात्मक पैरामीटर, जैसे समय, z-अक्ष पर दर्ज किया जाता है।

डेटा विश्लेषण

मास स्पेक्ट्रोमेट्री डेटा विश्लेषण डेटा उत्पन्न करने वाले प्रयोग के प्रकार के लिए विशिष्ट है। डेटा के सामान्य उपखंड किसी भी डेटा को समझने के लिए मौलिक हैं।

कई मास स्पेक्ट्रोमीटर या तो 'ऋणात्मक आयन मोड' (negative ion mode) में या 'धनात्मक आयन मोड' (positive ion mode) में काम करते हैं। यह जानना बहुत महत्वपूर्ण है कि प्रेक्षित आयन ऋणात्मक रूप से आवेशित हैं या धनात्मक रूप से। यह अक्सर उदासीन द्रव्यमान (neutral mass) निर्धारित करने में महत्वपूर्ण होता है, लेकिन यह अणुओं की प्रकृति के बारे में भी कुछ संकेत देता है।

विभिन्न प्रकार के आयन स्रोत मूल अणुओं से उत्पन्न टुकड़ों (fragments) की अलग-अलग श्रृंखला उत्पन्न करते हैं। एक इलेक्ट्रॉन आयनीकरण स्रोत कई टुकड़े और अधिकतर एकल-आवेशित (1-) रेडिकल (विषम संख्या में इलेक्ट्रॉन) उत्पन्न करता है, जबकि एक इलेक्ट्रोस्प्रे स्रोत आमतौर पर गैर-रेडिकल अर्ध-आणविक आयन (quasimolecular ions) उत्पन्न करता है जो अक्सर बहु-आवेशित होते हैं। टैंडम मास स्पेक्ट्रोमेट्री जानबूझकर स्रोत के बाद खंड आयन (fragment ions) उत्पन्न करती है और एक प्रयोग द्वारा प्राप्त डेटा के प्रकार को काफी बदल सकती है।

नमूने के मूल के बारे में जानकारी नमूने के घटक अणुओं और उनके विखंडन (fragmentations) के बारे में अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकती है। संश्लेषण/निर्माण प्रक्रिया से प्राप्त नमूने में संभवतः लक्ष्य घटक से रासायनिक रूप से संबंधित अशुद्धियाँ होंगी। एक कच्चे तौर पर तैयार किए गए जैविक नमूने में संभवतः कुछ मात्रा में नमक होगा, जो कुछ विश्लेषणों में विश्लेष्य (analyte) अणुओं के साथ adduct बना सकता है।

परिणाम नमूने की तैयारी और इसे कैसे चलाया/प्रस्तुत किया गया, इस पर भी काफी हद तक निर्भर कर सकते हैं। एक महत्वपूर्ण उदाहरण यह मुद्दा है कि MALDI स्पॉटिंग के लिए किस मैट्रिक्स का उपयोग किया जाता है, क्योंकि डिसॉर्प्शन/आयनीकरण घटना की अधिकांश ऊर्जा लेजर शक्ति के बजाय मैट्रिक्स द्वारा नियंत्रित होती है। कभी-कभी प्रोटॉनयुक्त प्रजातियों के बजाय एडक्ट्स (adducts) उत्पन्न करने के लिए नमूनों में सोडियम या अन्य आयन-वाहक प्रजातियों को मिलाया जाता है।

मास स्पेक्ट्रोमेट्री मोलर द्रव्यमान, आणविक संरचना और नमूने की शुद्धता को माप सकती है। इनमें से प्रत्येक प्रश्न के लिए एक अलग प्रयोगात्मक प्रक्रिया की आवश्यकता होती है; इसलिए, उचित डेटा एकत्र करने और उसकी सफलतापूर्वक व्याख्या करने के लिए प्रयोगात्मक लक्ष्य की पर्याप्त परिभाषा एक पूर्व शर्त है।

मास स्पेक्ट्रा की व्याख्या

মূল নিবন্ধ: Mass spectrum analysis चूंकि किसी अणु की सटीक संरचना या पेप्टाइड अनुक्रम को टुकड़ों के द्रव्यमान के समूह के माध्यम से समझा जाता है, इसलिए मास स्पेक्ट्रा की व्याख्या के लिए विभिन्न तकनीकों के संयुक्त उपयोग की आवश्यकता होती है। आमतौर पर किसी अज्ञात यौगिक की पहचान करने के लिए पहली रणनीति उसके प्रयोगात्मक मास स्पेक्ट्रम की तुलना मास स्पेक्ट्रा की लाइब्रेरी से करना है। यदि खोज से कोई मेल नहीं मिलता है, तो मैन्युअल व्याख्या^[31] या सॉफ्टवेयर सहायता प्राप्त मास स्पेक्ट्रा की व्याख्या की जानी चाहिए। मास स्पेक्ट्रोमीटर में होने वाली आयनीकरण और विखंडन प्रक्रियाओं का कंप्यूटर सिमुलेशन किसी अणु की संरचना या पेप्टाइड अनुक्रम को निर्दिष्ट करने के लिए प्राथमिक उपकरण है। एक a priori संरचनात्मक जानकारी को in silico खंडित किया जाता है और परिणामी पैटर्न की तुलना प्रेक्षित स्पेक्ट्रम से की जाती है। ऐसा सिमुलेशन अक्सर एक विखंडन लाइब्रेरी द्वारा समर्थित होता है जिसमें ज्ञात अपघटन प्रतिक्रियाओं के प्रकाशित पैटर्न होते हैं। इस विचार का लाभ उठाने वाला सॉफ्टवेयर छोटे अणुओं और प्रोटीन दोनों के लिए विकसित किया गया है।

मास स्पेक्ट्रा का विश्लेषण सटीक द्रव्यमान के साथ स्पेक्ट्रा भी हो सकता है। केवल पूर्णांक परिशुद्धता वाला द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात मान (m/z) सैद्धांतिक रूप से संभावित आयन संरचनाओं की एक विशाल संख्या का प्रतिनिधित्व कर सकता है; हालाँकि, अधिक सटीक द्रव्यमान आंकड़े उम्मीदवार आणविक सूत्रों की संख्या को काफी कम कर देते हैं। फॉर्मूला जनरेटर नामक एक कंप्यूटर एल्गोरिदम उन सभी आणविक सूत्रों की गणना करता है जो सैद्धांतिक रूप से निर्दिष्ट सहनशीलता के साथ एक दिए गए द्रव्यमान में फिट होते हैं।

मास स्पेक्ट्रोमेट्री में संरचना स्पष्टीकरण के लिए एक हालिया तकनीक, जिसे precursor ion fingerprinting कहा जाता है, जांच के तहत अणु के टैंडम स्पेक्ट्रा को संरचनात्मक रूप से विशेषता वाले प्रीकर्सर आयनों के उत्पाद-आयन स्पेक्ट्रा की लाइब्रेरी के खिलाफ खोज करके व्यक्तिगत संरचनात्मक जानकारी के टुकड़ों की पहचान करती है।^[32]

विशेष रूप से अस्थिर आयन विश्लेषक (analyzer) से गुजरते समय विघटित हो सकते हैं। यदि यह विश्लेषक में प्रवेश करते समय M^{z+} -> M'^{z+} + (other parts) प्रतिक्रिया से गुजरता है, तो यह $R^{'} = \frac{v (m^{'} / z)}{B e}$ त्रिज्या की एक गोलाकार गति से गुजरेगा। यह तब परिणामी स्पेक्ट्रोग्राम में एक ऐसे शिखर (peak) के रूप में दिखाई देगा जो स्पष्ट रूप से $(m^{*} / z) = (\frac{m'^{2}}{m} / z)$ वाले आयन द्वारा बनाया गया है। चूंकि $m^{*}$ द्रव्यमान वाला कोई वास्तविक आयन नहीं है, इसलिए इसे एक असामान्य शिखर, या मेटास्टेबल आयन शिखर कहा जाता है। सामान्य तौर पर, एक मेटास्टेबल आयन शिखर $m^{*} / z$ के अत्यधिक गैर-पूर्णांक मान पर केंद्रित एक व्यापक शिखर होता है। $(\frac{m'^{2}}{m} / z)$ पर एक मेटास्टेबल आयन शिखर का अस्तित्व इस बात का पुख्ता सबूत है कि $m / z, m^{'} / z$ द्रव्यमान वाले दो आयन वास्तव में M^{z+} -> M'^{z+} + (other parts) प्रतिक्रिया द्वारा संबंधित हैं।^[5]Sec. 3.5

अनुप्रयोग

मास स्पेक्ट्रोमेट्री के गुणात्मक और मात्रात्मक दोनों उपयोग हैं। इनमें अज्ञात यौगिकों की पहचान करना, अणु में तत्वों की आइसोटोपिक संरचना निर्धारित करना और विखंडन का अवलोकन करके किसी यौगिक की संरचना निर्धारित करना शामिल है। अन्य उपयोगों में नमूने में किसी यौगिक की मात्रा को मापना या गैस चरण आयन रसायन विज्ञान (निर्वात में आयनों और तटस्थ पदार्थों का रसायन विज्ञान) के मूल सिद्धांतों का अध्ययन करना शामिल है। MS का उपयोग अब आमतौर पर उन विश्लेषणात्मक प्रयोगशालाओं में किया जाता है जो विभिन्न प्रकार के यौगिकों के भौतिक, रासायनिक या जैविक गुणों का अध्ययन करती हैं। परिमाणीकरण सापेक्ष (एक संदर्भ नमूने के सापेक्ष विश्लेषण) या पूर्ण (मानक वक्र विधि का उपयोग करके विश्लेषण) हो सकता है।^[33]

एक विश्लेषणात्मक तकनीक के रूप में इसमें विशिष्ट लाभ हैं जैसे: अधिकांश अन्य विश्लेषणात्मक तकनीकों की तुलना में बढ़ी हुई संवेदनशीलता क्योंकि विश्लेषक, एक द्रव्यमान-आवेश फिल्टर के रूप में, पृष्ठभूमि हस्तक्षेप को कम करता है, अज्ञात की पहचान करने या संदिग्ध यौगिकों की उपस्थिति की पुष्टि करने के लिए विशिष्ट विखंडन पैटर्न से उत्कृष्ट विशिष्टता, आणविक भार के बारे में जानकारी, तत्वों की आइसोटोपिक प्रचुरता के बारे में जानकारी, अस्थायी रूप से हल किया गया रासायनिक डेटा।

विधि के कुछ नुकसान यह हैं कि यह अक्सर ऑप्टिकल और ज्यामितीय आइसोमर्स और एरोमैटिक रिंग में o-, m- और p- स्थितियों में प्रतिस्थापियों (substituent) की स्थिति के बीच अंतर करने में विफल रहती है। साथ ही, समान खंडित आयन उत्पन्न करने वाले हाइड्रोकार्बन की पहचान करने में इसका दायरा सीमित है।

आइसोटोप अनुपात मास स्पेक्ट्रोमेट्री

মূল নিবন্ধ: Isotope-ratio mass spectrometry मास स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग नमूने के भीतर तत्वों की आइसोटोपिक संरचना निर्धारित करने के लिए भी किया जाता है। एक तत्व के आइसोटोप के बीच द्रव्यमान में अंतर बहुत छोटा होता है, और एक तत्व के कम प्रचुर आइसोटोप आमतौर पर बहुत दुर्लभ होते हैं, इसलिए एक बहुत ही संवेदनशील उपकरण की आवश्यकता होती है। हल्के तत्वों (जैसे H, C, N, O, S) के मापन के लिए, आइसोटोप अनुपात मास स्पेक्ट्रोमीटर आमतौर पर आयनित कणों की एक किरण को फैराडे कप की एक श्रृंखला की ओर मोड़ने के लिए एक एकल चुंबक का उपयोग करते हैं जो कण प्रभावों को विद्युत धारा में परिवर्तित करते हैं। पानी की ड्यूटेरियम सामग्री का एक तेज़ ऑन-लाइन विश्लेषण फ्लोइंग आफ्टरग्लो मास स्पेक्ट्रोमेट्री, FA-MS का उपयोग करके किया जा सकता है। संभवतः इस उद्देश्य के लिए सबसे संवेदनशील और सटीक मास स्पेक्ट्रोमीटर एक्सेलेरेटर मास स्पेक्ट्रोमेट्री है। ऐसा इसलिए है क्योंकि यह अंतिम संवेदनशीलता प्रदान करता है, जो व्यक्तिगत परमाणुओं को मापने और प्रमुख स्थिर आइसोटोप के सापेक्ष ~10¹⁵ की गतिशील रेंज के साथ न्यूक्लाइड्स को मापने में सक्षम है।^[34] आइसोटोपिक हस्ताक्षर विभिन्न प्रक्रियाओं के मार्कर के रूप में काम कर सकते हैं। कुछ आइसोटोप अनुपात का उपयोग सामग्रियों की आयु निर्धारित करने के लिए किया जाता है, उदाहरण के लिए कार्बन डेटिंग में। स्थिर आइसोटोप के साथ लेबलिंग का उपयोग प्रोटीन परिमाणीकरण के लिए भी किया जाता है (नीचे प्रोटीन लक्षण वर्णन देखें)।

मेम्ब्रेन-इंट्रोडक्शन मास स्पेक्ट्रोमेट्री: घोल में गैसों का मापन

मेम्ब्रेन-इंट्रोडक्शन मास स्पेक्ट्रोमेट्री (झिल्ली-परिचय द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री), आइसोटोप अनुपात मास स्पेक्ट्रोमेट्री को एक प्रतिक्रिया कक्ष/सेल के साथ जोड़ती है, जो एक गैस-पारगम्य झिल्ली द्वारा अलग होता है। यह विधि घोल में विकसित होने वाली गैसों के अध्ययन की अनुमति देती है। इस विधि का उपयोग फोटोसिस्टम II द्वारा ऑक्सीजन के उत्पादन के अध्ययन के लिए व्यापक रूप से किया गया है।^[35]

ट्रेस गैस विश्लेषण

कई तकनीकें एक समर्पित आयन स्रोत में निर्मित आयनों का उपयोग करती हैं जिन्हें फ्लो ट्यूब या ड्रिफ्ट ट्यूब में इंजेक्ट किया जाता है: सिलेक्टेड आयन फ्लो ट्यूब (SIFT-MS), और प्रोटॉन ट्रांसफर रिएक्शन (PTR-MS), रासायनिक आयनीकरण के प्रकार हैं जो हवा, सांस या तरल हेडस्पेस के ट्रेस गैस विश्लेषण के लिए समर्पित हैं। ये अच्छी तरह से परिभाषित प्रतिक्रिया समय का उपयोग करते हैं, जिससे आंतरिक मानक या अंशांकन (कैलिब्रेशन) की आवश्यकता के बिना ज्ञात प्रतिक्रिया कैनेटीक्स से एनालाइट सांद्रता की गणना की जा सकती है।

ट्रेस गैस विश्लेषण क्षेत्र में अनुप्रयोगों वाली एक अन्य तकनीक सेकेंडरी इलेक्ट्रोस्प्रे आयनाइजेशन (SESI-MS) है, जो इलेक्ट्रोस्प्रे आयनाइजेशन का एक प्रकार है। SESI में शुद्ध अम्लीय विलायक का एक इलेक्ट्रोस्प्रे प्लम होता है जो तटस्थ वाष्प के साथ परस्पर क्रिया करता है। जब इलेक्ट्रोस्प्रे में बने आयनों से अणुओं में आवेश स्थानांतरित होता है, तो वाष्प के अणु वायुमंडलीय दबाव पर आयनित हो जाते हैं। इस दृष्टिकोण का एक लाभ यह है कि यह अधिकांश ESI-MS प्रणालियों के साथ संगत है।^[36]

अवशिष्ट गैस विश्लेषण

Residual gas analyzer

एटम प्रोब

एटम प्रोब एक ऐसा उपकरण है जो व्यक्तिगत परमाणुओं के स्थान को मैप करने के लिए टाइम-ऑफ-फ्लाइट मास स्पेक्ट्रोमेट्री और फील्ड-इवेपोरेशन माइक्रोस्कोपी को जोड़ता है।

फार्माकोकाइनेटिक्स

মূল নিবন্ধ: Pharmacokinetics फार्माकोकाइनेटिक्स का अध्ययन अक्सर मास स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग करके किया जाता है क्योंकि मैट्रिक्स (अक्सर रक्त या मूत्र) की जटिल प्रकृति और कम खुराक तथा लंबे समय के बिंदु वाले डेटा का निरीक्षण करने के लिए उच्च संवेदनशीलता की आवश्यकता होती है। इस अनुप्रयोग में उपयोग किया जाने वाला सबसे सामान्य उपकरण LC-MS है, जिसमें ट्रिपल क्वाड्रुपोल मास स्पेक्ट्रोमीटर होता है। अतिरिक्त विशिष्टता के लिए आमतौर पर टैंडम मास स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग किया जाता है। नमूनों में आमतौर पर एक एकल दवा के परिमाणीकरण के लिए मानक वक्र और आंतरिक मानकों का उपयोग किया जाता है। नमूने अलग-अलग समय बिंदुओं का प्रतिनिधित्व करते हैं क्योंकि एक दवा शरीर में प्रशासित की जाती है और फिर चयापचय (मेटाबोलाइज) या साफ की जाती है। प्रशासन से पहले लिए गए रिक्त या t=0 नमूने पृष्ठभूमि निर्धारित करने और ऐसे जटिल नमूना मैट्रिक्स के साथ डेटा अखंडता सुनिश्चित करने में महत्वपूर्ण हैं। मानक वक्र की रैखिकता पर बहुत ध्यान दिया जाता है; हालाँकि, कर्व फिटिंग के साथ द्विघात (quadratics) जैसे अधिक जटिल कार्यों का उपयोग करना असामान्य नहीं है क्योंकि अधिकांश मास स्पेक्ट्रोमीटर की प्रतिक्रिया बड़ी सांद्रता श्रेणियों में रैखिक से कम होती है।^[37]

वर्तमान में माइक्रोडोजिंग अध्ययनों के लिए बहुत उच्च संवेदनशीलता वाली मास स्पेक्ट्रोमेट्री के उपयोग में काफी रुचि है, जिसे पशु प्रयोग के एक आशाजनक विकल्प के रूप में देखा जाता है।

हाल के अध्ययन बताते हैं कि सेकेंडरी इलेक्ट्रोस्प्रे आयनाइजेशन (SESI) सांस के विश्लेषण के माध्यम से दवा की गतिज (काइनेटिक्स) की निगरानी करने के लिए एक शक्तिशाली तकनीक है।^[38] चूंकि सांस स्वाभाविक रूप से उत्पन्न होती है, इसलिए कई डेटा-पॉइंट आसानी से एकत्र किए जा सकते हैं। यह एकत्र किए गए डेटा-पॉइंट्स की संख्या को काफी बढ़ाने की अनुमति देता है। पशु अध्ययनों में, यह SESI दृष्टिकोण पशु बलि को कम कर सकता है। मनुष्यों में, सांस का SESI-MS गैर-आक्रामक विश्लेषण व्यक्तिगत स्तर पर दवाओं की गतिज का अध्ययन करने में मदद कर सकता है।

प्रोटीन लक्षण वर्णन

মূল নিবন্ধ: Protein mass spectrometry मास स्पेक्ट्रोमेट्री प्रोटीन के लक्षण वर्णन और अनुक्रमण के लिए एक महत्वपूर्ण विधि है। संपूर्ण प्रोटीन के आयनीकरण के लिए दो प्राथमिक विधियां इलेक्ट्रोस्प्रे आयनाइजेशन (ESI) और मैट्रिक्स-असिस्टेड लेजर डिसॉर्प्शन/आयनाइजेशन (MALDI) हैं। उपलब्ध मास स्पेक्ट्रोमीटर के प्रदर्शन और द्रव्यमान सीमा को ध्यान में रखते हुए, प्रोटीन के लक्षण वर्णन के लिए दो दृष्टिकोणों का उपयोग किया जाता है। पहले में, अक्षुण्ण प्रोटीन को ऊपर वर्णित दो तकनीकों में से किसी एक द्वारा आयनित किया जाता है, और फिर एक मास एनालाइजर में पेश किया जाता है। इस दृष्टिकोण को प्रोटीन विश्लेषण की "टॉप-डाउन" रणनीति कहा जाता है। हालाँकि, टॉप-डाउन दृष्टिकोण काफी हद तक कम-थ्रूपुट वाले एकल-प्रोटीन अध्ययनों तक सीमित है। दूसरे में, प्रोटीन को इलेक्ट्रोफोरेटिक पृथक्करण के बाद घोल में या जेल में ट्रिप्सिन या पेप्सिन जैसे प्रोटीज का उपयोग करके छोटे पेप्टाइड्स में एंजाइमेटिक रूप से पचाया जाता है। अन्य प्रोटीयोलाइटिक एजेंटों का भी उपयोग किया जाता है। पेप्टाइड उत्पादों के संग्रह को अक्सर मास एनालाइजर में पेश करने से पहले क्रोमैटोग्राफी द्वारा अलग किया जाता है। जब पेप्टाइड्स के विशिष्ट पैटर्न का उपयोग प्रोटीन की पहचान के लिए किया जाता है तो इस विधि को पेप्टाइड मास फिंगरप्रिंटिंग (PMF) कहा जाता है, यदि पहचान टैंडम MS विश्लेषण में निर्धारित अनुक्रम डेटा का उपयोग करके की जाती है तो इसे डी नोवो पेप्टाइड अनुक्रमण कहा जाता है। प्रोटीन विश्लेषण की इन प्रक्रियाओं को "बॉटम-अप" दृष्टिकोण भी कहा जाता है, और इनका उपयोग प्रोटीन पर फॉस्फोराइलेशन जैसे पोस्ट-ट्रांसलेशनल संशोधनों के वितरण और स्थिति का विश्लेषण करने के लिए भी किया गया है।^[39] एक तीसरा दृष्टिकोण भी उपयोग किया जाना शुरू हो गया है, यह मध्यवर्ती "मिडल-डाउन" दृष्टिकोण उन प्रोटीयोलाइटिक पेप्टाइड्स का विश्लेषण करना शामिल करता है जो विशिष्ट ट्रिप्टिक पेप्टाइड से बड़े होते हैं।

अंतरिक्ष अन्वेषण

विश्लेषण के लिए एक मानक विधि के रूप में, मास स्पेक्ट्रोमीटर अन्य ग्रहों और चंद्रमाओं तक पहुँच चुके हैं। वाइकिंग कार्यक्रम द्वारा दो को मंगल पर ले जाया गया था। 2005 की शुरुआत में कैसिनी-ह्यूजेंस मिशन ने शनि ग्रह के सबसे बड़े चंद्रमा टाइटन के वायुमंडल के माध्यम से ह्यूजेंस प्रोब पर एक विशेष GC-MS उपकरण पहुँचाया। इस उपकरण ने अपने वंश प्रक्षेपवक्र के साथ वायुमंडलीय नमूनों का विश्लेषण किया और प्रोब के उतरने के बाद टाइटन की जमी हुई, हाइड्रोकार्बन से ढकी सतह के नमूनों को वाष्पित और विश्लेषण करने में सक्षम था। ये माप पृथ्वी की प्राकृतिक प्रचुरता की तुलना में प्रत्येक कण के आइसोटोप (ओं) की प्रचुरता की तुलना करते हैं।^[40] कैसिनी-ह्यूजेंस अंतरिक्ष यान पर एक आयन और तटस्थ मास स्पेक्ट्रोमीटर भी था जो टाइटन की वायुमंडलीय संरचना के साथ-साथ एनसेलाडस के प्लम की संरचना का माप ले रहा था। 2007 में लॉन्च किए गए मार्स फीनिक्स लैंडर द्वारा एक थर्मल एंड इवॉल्व्ड गैस एनालाइजर मास स्पेक्ट्रोमीटर ले जाया गया था।

मास स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग अंतरिक्ष मिशनों में प्लाज्मा की संरचना को मापने के लिए भी व्यापक रूप से किया जाता है। उदाहरण के लिए, कैसिनी अंतरिक्ष यान ने कैसिनी प्लाज्मा स्पेक्ट्रोमीटर (CAPS) ले जाया,^[41] जिसने शनि के मैग्नेटोस्फीयर में आयनों के द्रव्यमान को मापा।

श्वसन गैस मॉनिटर

मास स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग अस्पतालों में श्वसन गैस विश्लेषण के लिए लगभग 1975 से सदी के अंत तक किया जाता था। कुछ शायद अभी भी उपयोग में हैं लेकिन वर्तमान में कोई भी निर्मित नहीं किया जा रहा है।^[42]

मुख्य रूप से ऑपरेटिंग रूम (शल्य चिकित्सा कक्ष) में पाए जाने वाले, ये एक जटिल प्रणाली का हिस्सा थे, जिसमें एनेस्थीसिया (निश्चेतना) से गुजर रहे रोगियों से ली गई श्वसन गैस के नमूनों को एक वाल्व तंत्र के माध्यम से उपकरण में खींचा जाता था, जिसे 32 कमरों तक को मास स्पेक्ट्रोमीटर से क्रमिक रूप से जोड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया था। एक कंप्यूटर प्रणाली के सभी कार्यों का संचालन करता था। मास स्पेक्ट्रोमीटर से एकत्र किया गया डेटा एनेस्थिसियोलॉजिस्ट (निश्चेतना विशेषज्ञ) के उपयोग के लिए संबंधित कमरों तक पहुँचाया जाता था।

इस मैग्नेटिक सेक्टर मास स्पेक्ट्रोमीटर की विशिष्टता शायद यह तथ्य था कि डिटेक्टरों का एक तल, जिसमें से प्रत्येक को नमूनों में अपेक्षित सभी आयन प्रजातियों को एकत्र करने के लिए विशेष रूप से स्थित किया गया था, उपकरण को रोगी द्वारा छोड़ी गई सभी गैसों की एक साथ रिपोर्ट करने की अनुमति देता था। हालाँकि द्रव्यमान सीमा 120 u से थोड़ी अधिक तक सीमित थी, लेकिन कुछ भारी अणुओं के विखंडन ने उच्च पहचान सीमा की आवश्यकता को समाप्त कर दिया।^[43]

प्रिपरेटिव मास स्पेक्ट्रोमेट्री

मास स्पेक्ट्रोमेट्री का प्राथमिक कार्य उनके द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात के अनुसार आयनों का पता लगाने और मात्रा निर्धारित करने के आधार पर रासायनिक विश्लेषण के लिए एक उपकरण के रूप में है। हालाँकि, मास स्पेक्ट्रोमेट्री सामग्री संश्लेषण के लिए भी संभावना दिखाती है।^[34] आयन सॉफ्ट लैंडिंग की विशेषता कम गतिज ऊर्जा पर सतहों पर अक्षुण्ण प्रजातियों का जमाव है, जो आपतित प्रजातियों के विखंडन को रोकता है। सॉफ्ट लैंडिंग तकनीक को पहली बार 1977 में लेड (सीसा) की सतह पर कम ऊर्जा वाले सल्फर युक्त आयनों की प्रतिक्रिया के लिए रिपोर्ट किया गया था।

चार्ज डिटेक्शन मास स्पेक्ट्रोमेट्री

अधिकांश मास स्पेक्ट्रोमीटर द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात को मापते हैं; वास्तविक द्रव्यमान केवल तभी ज्ञात किया जा सकता है जब आवेश ज्ञात हो। छोटे अणुओं के लिए आवेश को आइसोटोप चोटियों (isotope peaks) के अंतराल से निर्धारित किया जा सकता है, लेकिन बहुत बड़े जैव-अणुओं और कणों (मेगाडाल्टन रेंज में) के लिए रिज़ॉल्यूशन आइसोटोप चोटियों को अलग करने के लिए पर्याप्त नहीं हो सकता है, और इस प्रकार द्रव्यमान निर्धारित नहीं किया जा सकता है। चार्ज डिटेक्शन मास स्पेक्ट्रोमेट्री (CDMS) में, एक व्यक्तिगत आयन/कण के आवेश को सीधे (उसके द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात के साथ) मापा जाता है और इसलिए वास्तविक द्रव्यमान ज्ञात होता है। यह एक एकल-कण तकनीक है, लेकिन अधिक सटीक और सही परिणाम प्राप्त करने के लिए, कई व्यक्तिगत रूप से मापे गए आयनों के डेटा को संयोजित किया जा सकता है।^[44]

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स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के “Mass spectrometry” लेख का अनुवाद। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Mass_spectrometry यह अनुवाद स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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