Tömegspektrometria. Talián Csaba Gábor PTE Biofizikai Intézet

Hasonló dokumentumok
Tömegspektrometria. Talián Csaba Gábor PTE Biofizikai Intézet

Tömegspektrometria. Talián Csaba Gábor PTE Biofizikai Intézet február 27.

Tömegspektrometria A tömegspektrometria. Az n-dekán tömegspektruma. A tömegspektrometria rövid története: Biofizika szeminárium

5/11/2015 TÖMEGSPEKTROMETRIA. Tömegspektrometria - áttekintés. Ionizáció és analizátor. Tömegspektrométer. Analizátor: KVADRUPOL

Korszerű tömegspektrometria a. Szabó Pál MTA Kémiai Kutatóközpont

A tömegspektrometria alapjai és alkalmazási köre a laboratóriumi diagnosztikában. Dr. Karvaly Gellért Balázs SE Laboratóriumi Medicina Intézet

Tömegspektrometria. Tömeganalizátorok

A TÖMEGSPEKTROMETRIA ALAPJAI

Tematika. Korszerű tömegspektrometria a. Ionforrás. Gyors atom bombázás. Szabó Pál MTA Kémiai Kutatóközpont. Cél: Töltött részecskék előállítása

Analizátorok. Cél: Töltött részecskék szétválasztása

Tömegspektrometria. Bevezetés és Ionizációs módszerek

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek

Tömegspektrometria. (alapok) Dr. Abrankó László

Endogén szteroidprofil vizsgálata folyadékkromatográfiával és tandem tömegspektrométerrel. Karvaly Gellért

Tömegspektrometria. Ez a tömegspektrum a minőségi információ alapja - fingerprint.

TÖMEGSPEKTROMÉTEREK SZEREPE A FÖLDTUDOMÁNYBAN. Palcsu László MTA Atommagkutató Intézet (Atomki) Környezet- és Földtudományi Laboratórium, Debrecen

Ritka betegségek diagnosztikája

A tömegspektrometria az endokrinológiai vizsgálatokban

HPLC MS és HPLC MS/MS. Bobály Balázs, Fekete Jenő

Mágneses analizátor. Analizátorok. Felbontás. Kvadrupol analizátor. Cél: Töltött részecskék szétválasztása

Tömegspektrometria. Mintaelőkészítés, Kapcsolt technikák OKLA 2017

Röntgendiffrakció, tömegspektrometria, infravörös spektrometria.

Szakmai cikkek 1. Szakmai cikkek. Tömegspektrometria. Stáray Judit. vákuumrendszer. Adatfeldolgozó rendszer

meghatároz lete és sa Szabó Pál MTA TTK

Az újszülöttkori anyagcsere szűrővizsgálatok és a kezelés kontrollja. Túri Sándor, Karg Eszter, Baráth Ákos, Pap Ferenc, Maróti Zoltán

Mi lenne ha az MPS is része lenne az újszülöttkori tömegszűrésnek?

Áttekintő tartalomjegyzék

Lakos István WESSLING Hungary Kft. Zavaró hatások kezelése a fémanalitikában

Zsírsavoxidációs zavarok klinikuma és kezelése. Papp Ferenc

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

ATOMEMISSZIÓS SPEKTROSZKÓPIA

Ionforrások és analizátorok GC-MS módszernél

Molekulavadászat. Schlosser Gitta. MTA-ELTE Peptidkémiai Kutatócsoport

Radionuklidok meghatározása környezeti mintákban induktív csatolású plazma tömegspektrometria segítségével lehetőségek és korlátok

Aminoaciduriák spektruma

Jegyzet. Kémia, BMEVEAAAMM1 Műszaki menedzser hallgatók számára Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár Dr Madarász János, egyetemi docens.

Tömegspektrometria. Science and Technology of gas-phase ions. Dr. Drahos László MTA Természettudományi Kutatóközpont

KIS MOLEKULATÖMEGŰ ANYAGOK SZERKEZETFELDERÍTÉSE LÁGYIONIZÁCIÓS TÖMEGSPEKTROMETRIAI MÓDSZEREKKEL

Tömegspektrometriás módszerek a klinikai kémiában

KÖRNYEZETI VIZEK SZERVES SZENNYEZŐINEK ELEMZÉSE GC- MS/MS MÓDSZERREL

Anyagvizsgálati módszerek Elemanalitika. Anyagvizsgálati módszerek

Részecske azonosítás kísérleti módszerei

A feladatra legalkalmasabb készülék kiválasztásának szempontjai. Szabó Pál MTA TTK

Folyadékkromatográfiával kapcsolt elektrospray ionizációs tandem tömegspektrometria (HPLC-ESI-MS/MS) alkalmazása analitikai célokra 1

A MALDI-TOF tömegspektrometria alkalmazási és fejlesztési lehetőségei a patogén mikroorganizmusok vizsgálatában

Igény a pontos minőségi és mennyiségi vizsgálatokra: LC-MS/MS módszerek gyakorlati alkalmazása az élelmiszer-analitikában

Általános Kémia, BMEVESAA101 Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár. Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár,

ELTE Fizikai Intézet. FEI Quanta 3D FEG kétsugaras pásztázó elektronmikroszkóp

Fókuszált ionsugaras megmunkálás

Sciex X500R készülék bemutatása a SWATH alkalmazásai tükrében. Szabó Pál, MTA TTK

Az ICP-MS módszer alapjai

Az ideális mintaelőkészítés

Fehérjék elválasztására alkalmazható mikrofludikai rendszerek Bioanalyzer, LabChip rendszerek. A készülékek működési elve, felépítésük, alkalmazásuk.

A TÖMEGSPEKTROMETRIA ALAPJAI

Németh Anikó 1,2, Kosáry Judit 1, Fodor Péter 1, Dernovics Mihály 1

Általános Kémia, BMEVESAA101

Fókuszált ionsugaras megmunkálás

LC-MS QQQ alkalmazása a hatósági gyógyszerellenőrzésben

Biocidok és kábítószerek mérési tanulmánya a gázkromatográfia- tömegspektrometria felhasználásával: elemzésük környezeti vízmintákban

Az expanziós ködkamra

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

KATIONIZÁCIÓ VIZSGÁLATA MALDI KÖRÜLMÉNYEK KÖZÖTT

ZSÍRSAVAK OXIDÁCIÓJA. FRANZ KNOOP német biokémikus írta le először a mechanizmusát. R C ~S KoA. a, R-COOH + ATP + KoA R C ~S KoA + AMP + PP i

Biomassza anyagok vizsgálata termoanalitikai módszerekkel

Theory hungarian (Hungary)

Az új Thermo Scientific icap TQ ICP-MS bemutatása és alkalmazási lehetőségei. Nyerges László Unicam Magyarország Kft április 27.

Nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia (HPLC)

Vizeletszteroid-profilok meghatározása GC-MS technikával

Különleges gyermekek konferencia május Dr. Klujber Valéria Országos Gyermekegészségügyi Intézet

A kromatográfia és szerepe a sokalkotós rendszerek minőségi és mennyiségi jellemzésében. Dr. Balla József 2019.

GYORS ANALÍZIS SÜRGŐSSÉGI BETEGELLÁTÁS TÁMOGATÁSÁRA


Zsírsav szintézis. Az acetil-coa aktivációja: Acetil-CoA + CO + ATP = Malonil-CoA + ADP + P. 2 i

Nagymőszeres analitikai labor I. Induktív csatolású plazma-tömegspektrometria (ICP-MS)

Érzékenység vs dwell time

Mag- és neutronfizika

Fluoreszcencia módszerek (Kioltás, Anizotrópia, FRET)

Kontrolling szerepe a ritka betegségek kezelésében Prof. Turi Sándor (Szegedi Egyetem, Gyermekgyógyászati Klinika)

KATIONIZÁCIÓ VIZSGÁLATA MALDI KÖRÜLMÉNYEK KÖZÖTT

8. AZ ATOMMAG FIZIKÁJA

Röntgen-gamma spektrometria

Speciális fluoreszcencia spektroszkópiai módszerek

Kutatóegyetemi Kiválósági Központ 1. Szuperlézer alprogram: lézerek fejlesztése, alkalmazásai felkészülés az ELI-re Dr. Varjú Katalin egyetemi docens

QDA TÖMEGDETEKTOR TÖMEGSZELEKTÍV DETEKTÁLÁS KROMATOGRÁFUSOKNAK

Kapilláris elektroforézis lehetőségei. Szabó Zsófia Országos Gyógyintézeti Központ Immundiagnosztikai Osztály

Kémiai reakciók sebessége

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Proteomika az élelmiszer-előállításában

Röntgensugárzás. Röntgensugárzás

Kötések kialakítása - oktett elmélet

Fluoreszcencia módszerek (Kioltás, Anizotrópia, FRET) Modern Biofizikai Kutatási Módszerek

Mérés és adatgyűjtés

Használt, újraforgalmazott analitikai műszerek, berendezések, laborbútorok, építőelemek, egységek, alkatrészek

A tömegspektrometria kvalitatív és kvantitatív proteomikai alkalmazása

A nanotechnológia mikroszkópja

Elválasztástechnikai és bioinformatikai kutatások. Dr. Harangi János DE, TTK, Biokémiai Tanszék

Az anyagi rendszer fogalma, csoportosítása

ÁLTALÁNOS KÉMIA. jelszó: altkem2014. kg1c1k06. Előadó: Dr. Vass Gábor kémiai épület 644-es szoba

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

1. SI mértékegységrendszer

Átírás:

Tömegspektrometria Talián Csaba Gábor PTE Biofizikai Intézet

A tömegspektrometria 0-dik törvénye Nem tömegspektroszkópia! Vagy mégis? Tömegspektroszkópia: különböző tömegű és töltésű részecskék szétválasztása Tömegspektrográfia: szétválasztott részecskék képének egyidejű, fotográfiás megjelenítése Tömegspektrometria: térben és időben szétválasztott részecskék egymás utáni elektromos detektálása

Alapelvek Ionok képzése bármely alkalmas anyagból Ionok szétválasztása m/z alapján Ionok minőségi és mennyiségi detektálása az m/z gyakoriság függvény szerint tömegspektrum

Miért jó? Nagy érzékenység kvalitatív kimutathatósági tartomány: 10-12 - 10-16 g kvantitatív kimutathatósági tartomány: 10-10 - 10-14 g Széles tömegtartomány 1-10 6 relatív tömegegység Mért érték specifitása és reprodukálhatósága Alacsony mintaigény µg pg

Történeti áttekintés I. 1886, Goldstein gázfázisú ionok felfedezése (anódsugár) 1897, Thomson e - felfedezése és m/z meghatározása (Nobel-díj 1906) 1912, Thomson első tömegspektrométer (parabola spektrográf) 1918, Dempster elektron-ionizáció 1942 az első kereskedelmi készülék 1948, Cameron, time-of-flight (TOF) analizátor Eggers

Történeti áttekintés II. 1953, Paul, Steinwedel quadrupol és ioncsapda analizátor (Nobel-díj, 1992) 1966, Munson, Field kémiai ionizáció 1973, McLafferty HPLC és MS összekapcsolása 1978, Yost, Enke tandem tömegspektrométer 1984, Fenn elektrospray (Nobel díj, 2002) 1987, Karas et al. MALDI (matrix assisted laser desoption ionisation)

Felépítés Adatfeldolgozás, vezérlés mintabevitel ionforrás analizátor detektor Vákuumrendszer

Vákuum 10-4 10-6 mbar Diffúziós olajpumpa és turbomolekuláris pumpa Ionizációs hatásfok, érzékenység és felbontás növelése Részecske-ütközések elkerülése Módosítják az ionok röppályáját, kinetikus energiáját Kioltják az ionok töltését Fragmentálják az ionokat más tömeg

Mintabevitel Bármilyen halmazállapotú minta vizsgálható Közvetlen gázok, illékony vegyületek, egykomponensű, tiszta anyagok Porlasztás (spray) HPLC, GC Ionizáció során keletkező hő Erős elektromos tér

Ionizálás Hő (+ töltéscsere elektrolitban) Elektromos mező Foton (lézer) Elektronütközés Atomok, ionok ütközése Elsősorban a minta anyagi minősége, stabilitása, oldószere határozza meg Befolyásolja az érzékenységet, kinyerhető szerkezeti infomációkat

Elektron-ionizáció (EI) Ütközés fűtött katódból kilépő elektron-nyalábbal (Re, 70eV) Könnyen gázfázisba vihető anyagok, 1.000 Da-ig, magas hőmérséklet Intenzív, stabil, jól reprodukálható Anyagok szűk körére alkalmas, jelentős fragmentáció (in source decay, ISD) spektrumkönyvtárak

N Filament Extraction lenses Sample Inlet Collector + + + + + + + + + + + + + + + + Source magnets S

Lágy ionizációs technikák Kémiai ionizáció (chemical ionisation, CI) Gyors atom/ion bombázás (fast atom/ion bombardment, FAB/FIB) Plazmadeszorpció (plasma desorption, PD) Térdeszorpció erős elektromos térrel (field desorption, FD)

Kémiai ionizáció Ion-molekula reakciók (metán): CH 4 + e - CH 4 + + 2 e - CH 4 + CH 4 + CH 3 + CH 5 + CH 3+ + CH 4 C 2 H 5+ + H 2 CH 5+ + M CH 4 + [M+H] + [M+1] + C 2 H 5+ + M [M+C 2 H 5 ] + [M+29] +

Elektrospray/ionspray ionizáció (ESI, ISI) Porlasztásos technika Fém kapilláris, 2-5 kv, szemben erős ellentétes töltés Külső csövön vezett porlasztógáz (N 2 ) Fűtött N 2 ellenáram oldószer párologtatás Nem illékony, poláros szerves vegyületek

Matrix assisted laser desorption ionisation (MALDI) Szerves mátrix (mustársav, α-ciano-4-oh-fahéjsav, 2,5-dihidroxi-benzoesav) Minta a mátrixszal fémfelületre szárítva Lézerimpulzusok a mátrix az elnyelt energia révén ionizálja és elpárologtatja a mintát Széles tömegtartomány, makromolekulák vizsgálata Gyors, kíméletes, érzékeny, keverék mintákhoz is jó

Ionok szétválasztása Statikus mágneses tér Dinamikus mágneses tér Statikus elektromos tér Dinamikus elektromos tér Kinetikus energia és repülési idő Tárolási idő

Szektoros analizátorok Mágneses térerősség röppálya szerint Elektromos térerősség kinetikus energia szerint szűr Nagy felbontás, nagy érzékenység, széles tömegtartomány Drága, lassú, nagyméretű, nagy technikai háttérigény

r=mv 2 /zee r=mv/zeb

Quadrupol analizátor

TOF (time of flight) analizátor Detektorhoz való megérkezés ideje függ a tömegtől és a töltéstől (gyorsítófeszültség) Hosszú tér- és ütközésmentes útszakasz kell Korrekció (iontükör reflektron) Olcsó, jó felbontóképesség, széles tömegtartomány MALDI + TOF fehérjeanalitika

Ioncsapda

Az ioncsapda analizátor előnyei a hagyományos lineáris kvadrupólokkal szemben: kb. 10-50-szeresen nagyobb érzékenység gyorsabb pásztázási sebesség szélesebb tömegtartomány nagyobb tömegfelbontás egyszerűbb felépítés, alacsonyabb árigény Hátrány: gyengébb kvantitativ meghatározási lehetőség

Detektorok 10-9 - 10-15 A ionáram érzékelése A detektorok jellemzése: érzékenység ionáram változás követésének sebessége erősítési tényező elektromos zajszint (un. sötétáram) stabilitás (élettartam) Pontdetektorok (ionok szekvenciális detektálása) chaneltron Detektorsor (ionok szimultán detektálása) Alkalmazásuk:: mágneses analizátor

Nitrogén szabály: ha a molekulaion páratlan számú N atomot tartalmaz, tömegértéke mindig páratlan, ha nem tartalmaz N atomot vagy ezek száma páros, akkor a mólcsúcs mindig páros m/z értéknél jelentkezik A - elem monoizotópos pl. 19 F, 31 P, 127 I, H A + 1 elem A + 2 elem van egy 1 amu-val nagyobb izotópja a legnagyobb természetes előfordulású izotópjáénál pl. 12 C 13 C, 14 N 15 N van egy másik fő izotópja, ami 2 amu-val nagyobb tömegű a legnagyobb természetes előfordulású izotópjáénál pl. 35 Cl 37 Cl, 79 Br 81 Br

Felbontás R= m/ m 10 % szabály: két egyenlő intenitású csúcs között a völgy legfeljebb a csúcsmagasság 10 %-a Példa 1. Egyszeres töltésű m/z 1000 és 1001 ionok szétválasztásához R=1000 felbontás kell Példa 2. CO M=27,994915 nominális tömegük: 28, m = 0,011233 N 2 M=28,006148 R = 2500 felbontás kell

Tandem tömegspektrometria I. MS/MS, MS 2

Tandem tömegspektrometria II. Lehetséges mérési módok parent/precursor ion scan ( anyaion pásztázás) daughter/product ion scan ( leányion pásztázás) constant neutral loss scan (konstans semleges vesztés) Selected ion / multiple reaction monitoring (SIM, MRM)

A tömegspektrometria orvosi alkalmazásai I. Mintabevitel: folyékony állapotú biológiai minta, megfelelően előkészített szérum, vércsepp, vizelet, liquor, szövetminta extraktum Egy vizsgálatból gyorsan, akár 30 féle anyagcserebetegségre adható diagnosztikai vélemény Fehérje (enzim) szintű diagnosztika szekvenciaeltérés azonosítása poszttranszlációs modifikációk azonosítása kvantitatív fehérje expressziós profil vizsgálata

A tömegspektrometria orvosi alkalmazásai II. Metabolit szintű diagnosztika: veleszületett anyagcsere-betegségek karnitin-észter profil meghatározás: primér/szekunder karnitinhiány, zsírsavoxidációs zavarok, szervessav aciduriák aminosav profil meghatározás: aminoacidopathiák guanidinovegyületek: kreatinszintézis zavarok epesavmetabolitok: epesavszintézis zavarok homocystein: hiperhomocysteinaemiák purinek, pirimidinek galaktosaemia szteroidszintézis, koleszterinszintézis zavarok hormonszintézis zavarok (trijódtironin, katekolaminok) szénhidrát-anyagcsere zavarai

A karnitin-észter profilvizsgálat diagnosztikus alkalmazása Vizsgált betegség Marker metabolit Vizsgált betegség Marker metabolit Zsírsavoxidáció rendellenességei Organikus aciduriák, acidaemiák Karnitin acilkarnitin transzlokáz defektus C16, C18-karnitin Propionaciduria C3-karnitin Karnitin Csökkent C0-karnitin Metilmalonsav acidaemia C3-karnitin, plazmamembrán /Cobalamin defektusok metilmalonil-karnitin transzporter defektus Karnitin palmitoil transzferáz I. Karnitin palmitoil transzferáz II. Emelkedett C0/C16 + C18 arány Izovaleriánsav acidaemia C5-karnitin C16, C18, C18:1-karnitin Glutársav acidaemia I. glutarilkarnitin MCAD C6, C8, C10:1-karnitin 3-metilkrotonil glicinuria C5OH, C5:1-karnitin SCAD C4-karnitin 3-metilglutakonátaciduria LCHAD C14OH, C16OH, C18OHkarnitin HMG-CoA liáz hiány C5OH, C6DCkarnitin VLCAD C14:1, C16:1-karnitin Biotinidáz deficiencia C3, C5OH-karnitin Többszörös acil CoA C4, C5, C8, C12-karnitin Mit. acetoacetil-coa C5:1, C5OH-karnitin dehidrogenáz tioláz hiány

Példák az aminosavprofil diagnosztikus alkalmazására glicin Nonketoticus hyperglycinaemia Detektált molekula Vizsgált betegség A betegség kialakulásának oka fenilalanin/tirozin Phenylketonuria fenilalanin-hidroxiláz enzim kóros működése vagy hiánya leucin/izoleucin Jávorfaszirup-betegség elágazó szénláncú ketonsavdekarboxiláz hiánya tirozin Tyrosinaemiák fumarilacetoacetáz/tirozinaminotranszferáz enzim defektusa glicin lebontásában szerepet játszó mitokondriális enzimek zavara metionin Hypermethioninaemia metionin-adenozil-transzferáz hiány metionin Homocystinuria cisztation-β-szintáz hiány citrullin Citrullinaemia arginin-szukcinát-szintetáz hiány arginin Argininaemia argináz hiány ornitin Ornithinaemia ornitin-ketonsav-aminotranszferáz hiány

A tömegspektrometria orvosi alkalmazásai III. Újszülöttkori szűrés Általában egészséges/teljes populáció vizsgálata, ebből a betegek felismerése Normál tartomány kijelölése; az egyes metabolitokra széles határok között mozoghat Cut-off értékek megállapítása Cél: durva eltérések és nem biológiai variabilitás kimutatása, kevésbé pontos módszer is elegendő

A korai diagnózis megelőzi a tünetek megjelenését, időben elkezdett terápia enyhíti vagy megakadályozza a késői szövődmények kialakulását Selective screening = diagnosztika: tüneteket mutató betegek mintáinak vizsgálata cél: kisebb anyagcsere-eltérés kimutatása pontos, érzékeny mérés, min. 2x, lehetőleg éhgyomri és étkezés utáni mintapár mérése

WHO kritériumok a populációs szűrőprogramok számára A vizsgált betegség egy jelentős egészségügyi problémát jelent Az azonosított betegek számára létezik elfogadható és hatásos kezelés Rendelkezésre állnak megfelelő diagnosztikai és kezelő intézmények Van felismerhető korai vagy lappangási állapot Létezik alkalmas vizsgálati módszer vagy teszt A vizsgálati módszer vagy teszt elfogadható a lakosság számára A betegség kórtörténete és a koraiból a kifejlett állapotba való átmenete kellőképpen tisztázott Szabályozott megegyezés van arról, hogy kit kell betegnek tekinteni A szűrés és a betegek kezelésének költségei nem haladják meg jelentősen a késői diagnózissal járó egészségügyi kiadásokat A betegek kiszűrése nem egyszeri program, hanem folyamatos tevékenység

Proteomikai alkalmazások Móltömegmeghatározás Szekvenálás, azonosítás Diszulfid hidak helyzetének meghatározása Konformáció vizsgálata Aktív centrum / kötőhely meghatározása Fehérje-ligand kölcsönhatás tanulmányozása

Egyéb alkalmazások Gyógyszerkutatás: szennyezésprofil vizsgálat Igazságügy: pl. drog-screening, doppingszerek, mérgek Agrártudomány: pl. bor aktív alkotói (rezveratrol) Környezetvédelem (dioxinok), élelmiszeripar Nukleotid szekvencia meghatározás