Redigerer Massespektrometri

[[Fil:IMS3F pbmf.JPG|thumb|right|SIMS massespektrometer, modell IMS 3f.]]
[[Fil:LTQ OrbiTrap XL-Thermo Scientific 1.jpg|thumb|right|Orbitrap massespektrometer.]]
'''Massespektrometri''' ('''MS''') er en analytisk teknikk som brukes til å måle [[Masse-til-ladningsforhold|forholdet mellom masse og ladning]] av [[Ion|ioner]]. Resultatene presenteres vanligvis som et [[massespektrum]], et intensitetsdiagram som en funksjon av forholdet mellom masse og ladning. Massespektrometri brukes i mange forskjellige felt og brukes på rene prøver så vel som komplekse blandinger.

Et massespektrum er et plott av ionesignalet som en funksjon av forholdet mellom masse og ladning. Disse spektrene brukes til å bestemme den elementære eller [[Isotopisk signatur|isotopiske signaturen]] til en prøve, massene av partikler og [[Molekyl|molekyler]], og for å belyse den kjemiske identiteten eller strukturen til molekyler og andre [[Kjemisk forbindelse|kjemiske forbindelser]].

I en typisk MS-prosedyre ioniseres en prøve, som kan være [[Faststoff|fast]], [[væske]] eller [[gass]], for eksempel ved å bombardere den med en [[Elektronionisering|elektronstråle]]. Dette kan føre til at noen av prøvenes molekyler [[Fragmentering (massespektrometri)|fragmenteres]] i positivt ladede fragmenter eller bare blir positivt ladede uten fragmentering. Disse ionene (fragmentene) blir deretter separert i henhold til deres masse-til-ladnings-forhold, for eksempel ved å akselerere dem og underkaste dem et [[Elektrisk felt|elektrisk]] eller [[Magnetfelt|magnetisk felt]]: ioner med samme masse-til-ladningsforhold vil gjennomgå samme mengde avbøyning.<ref name=":0">{{Kilde bok|url=https://www.worldcat.org/oclc/43988538|tittel=Mass spectrometry desk reference|etternavn=Sparkman|fornavn=O. David|dato=2000|utgiver=Global View Pub|isbn=0-9660813-2-3|utgave=1st ed|utgivelsessted=Pittsburgh, Pa.|oclc=43988538}}</ref> Ionene blir oppdaget av en mekanisme som er i stand til å oppdage ladede partikler, for eksempel en [[elektronmultiplikator]]. Resultatene vises som spektra av signalintensiteten til oppdagede ioner som en funksjon av forholdet mellom masse og ladning. Atomer eller molekyler i prøven kan identifiseres ved å korrelere kjente masser (f.eks. Et helt molekyl) til de identifiserte massene eller gjennom et karakteristisk fragmenteringsmønster.

== Historie ==
[[Fil:Early Mass Spectrometer (replica).jpg|miniatyr|Kopi av [[Joseph John Thomson|J.J. Thomsons]] tredje massespektrometer]]
I 1886 observerte [[Eugen Goldstein]] stråler i [[gassutladning]] under lavt trykk som gikk bort fra [[Anode|anoden]] og gjennom kanaler i en perforert [[katode]], motsatt retning av negativt ladede [[Katodestråle|katodestråler]] (som beveger seg fra katode til anode). Goldstein kalte disse positivt ladede anodestrålene "Kanalstrahlen"; standard oversettelsen av dette begrepet til engelsk er "canal rays". [[Wilhelm Wien]] fant at sterke elektriske eller magnetiske felt avbøyde kanalstrålene og konstruerte i 1899 en enhet med vinkelrette elektriske og magnetiske felt som skilte de positive strålene i henhold til forholdet mellom ladning og masse (''Q/m''). Wien fant at forholdet mellom ladning og masse var avhengig av naturen til gassen i utløpsrøret. Den engelske forskeren [[Joseph John Thomson|J. J. Thomson]] forbedret senere Wien-arbeidet ved å redusere trykket for å lage massespektrografen.
[[Fil:Alpha calutron tank.jpg|venstre|miniatyr|Calutron massespektrometre ble brukt i [[Manhattanprosjektet]] for uranberikelse.]]
Ordet ''spektrograf'' var blitt en del av det internasjonale vitenskapelige ordforrådet innen 1884.<ref>{{Kilde www|url=http://dev.m-w.com/dictionary/spectrograph|tittel=Definition of spectrograph|besøksdato=13.06.2008|forlag=Merriam Webster}}{{Død lenke|dato=februar 2022 |bot=InternetArchiveBot }}</ref><ref>{{Kilde bok|url=http://ebook.rsc.org/?DOI=10.1039/9781847551306|tittel=Mass Spectrometry: A Foundation Course|dato=2007|utgiver=Royal Society of Chemistry|isbn=978-0-85404-609-6|utgivelsessted=Cambridge|språk=en|doi=10.1039/9781847551306}}</ref> Tidlige spektrometriinnstrumenter som målte masse-til-ladnings-forholdet til ioner ble kalt massespektrografier som besto av instrumenter som registrerte et spektrum av masseverdier på en fotografisk plate.<ref>{{Kilde artikkel|tittel=Francis Aston and the mass spectrograph|publikasjon=Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions|doi=10.1039/a804629h|url=http://xlink.rsc.org/?DOI=a804629h|dato=1998|fornavn=Gordon|etternavn=Squires|serie=23|sider=3893–3900|besøksdato=2021-05-24}}</ref><ref>{{Kilde artikkel|tittel=Francis William Aston: The Man Behind the Mass Spectrograph|publikasjon=European Journal of Mass Spectrometry|doi=10.1255/ejms.878|url=http://journals.sagepub.com/doi/10.1255/ejms.878|dato=Juni 2007|fornavn=Kevin M.|etternavn=Downard|serie=3|språk=en|bind=13|sider=177–190|issn=1469-0667|besøksdato=2021-05-24}}</ref> Et ''massespektroskop'' ligner et ''massespektrograf'', bortsett fra at ionestrålen er rettet mot en fosforskjerm.<ref>{{Kilde bok|url=http://archive.org/details/RaysOfPositiveElectricity|tittel=Rays Of Positive Electricity|etternavn=Sir J. J. Thomson|fornavn=O. M.|dato=1913|språk=engelsk}}</ref> En massespektroskopkonfigurasjon ble brukt i tidlige instrumenter når det var ønskelig at effekten av justeringer raskt ble observert. Når instrumentet var riktig justert, ble en fotografisk plate satt inn og eksponert. Begrepet massespektroskop fortsatte å bli brukt selv om direkte belysning av en fosforsikt ble erstattet av indirekte målinger med et [[oscilloskop]].<ref>{{Kilde artikkel|tittel=A Mass Spectroscope for Analysis in the Low Mass Range|publikasjon=Review of Scientific Instruments|doi=10.1063/1.1740998|url=http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.1740998|dato=August 1947|fornavn=William|etternavn=Siri|serie=8|språk=en|bind=18|sider=540–545|issn=0034-6748|besøksdato=2021-05-24}}</ref> Bruken av begrepet massespektroskopi frarådes nå på grunn av muligheten for forveksling med [[Spektroskopi|lysspektroskopi]].<ref name=":0" /><ref>{{Kilde artikkel|tittel=Standard definitions of terms relating to mass spectrometry|publikasjon=Journal of the American Society for Mass Spectrometry|doi=10.1016/1044-0305(91)80025-3|url=http://dx.doi.org/10.1016/1044-0305(91)80025-3|dato=August 1991|fornavn=Phil|etternavn=Price|serie=4|bind=2|sider=336–348|issn=1044-0305|besøksdato=2021-05-24}}</ref> Massespektrometri forkortes ofte som MS.<ref name=":0" />

Moderne teknikker for massespektrometri ble utviklet av [[Arthur Jeffrey Dempster]] og [[Francis William Aston|F.W. Aston]] i henholdsvis 1918 og 1919.

[[Sektormassespektrometri|Sektormassespektrometere]] kjent som [[calutron]] ble utviklet av [[Ernest Lawrence|Ernest O. Lawrence]] og brukt til å skille isotopene av [[uran]] under [[Manhattanprosjektet]].<ref>{{Kilde artikkel|tittel=The Uranium Bomb, the Calutron, and the Space-Charge Problem|publikasjon=Physics Today|doi=10.1063/1.1995747|url=http://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/1.1995747|dato=Mai 2005|fornavn=William E.|etternavn=Parkins|serie=5|språk=en|bind=58|sider=45–51|issn=0031-9228|besøksdato=2021-05-24}}</ref> Calutron massespektrometre ble brukt til uranberikelse ved [[Oak Ridge (Tennessee)|Oak Ridge, Tennessee]] [[Y-12 National Security Complex|Y-12-anlegget]] som ble etablert under [[andre verdenskrig]].

I 1989 ble halvparten av [[Nobelprisen i fysikk]] tildelt [[Hans Georg Dehmelt|Hans Dehmelt]] og [[Wolfgang Paul]] for utviklingen av ionefangerteknikken på 1950- og 1960-tallet.

I 2002 ble [[Nobelprisen i kjemi]] tildelt [[John B. Fenn|John Bennett Fenn]] for utvikling av [[Elektronsprayionisering|elektrosprayionisering]] (ESI) og [[Koichi Tanaka]] for utvikling av [[myk laser desorpsjon]] (SLD) og deres anvendelse på ionisering av biologiske makromolekyler, spesielt [[Protein|proteiner]].<ref>{{Kilde www|url=https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2002/popular-information/|tittel=The Nobel Prize in Chemistry 2002|besøksdato=2021-05-24|språk=en-US|verk=NobelPrize.org}}</ref>

== Delene til ett massespektrometer ==
[[Fil:Mass Spectrometer Schematic.svg|miniatyr|Skematisk av et enkelt massespektrometer med sektoranalyse. Denne er for måling av karbondioksidisotopforhold (IRMS) som i [[Karbon|karbon-13]] [[urea]]-pustetest]]
Et massespektrometer består av tre komponenter: en [[ionekilde]], en masseanalysator og en detektor. Ionekilden konverterer en del av prøven til ioner. Det er et bredt utvalg av ioniseringsteknikker, avhengig av fasen (fast, væske, gass) i prøven og effektiviteten til forskjellige ioniseringsmekanismer for det ukjente [[Kjemiske specier|speciet]]. Et ekstraksjonssystem fjerner ioner fra prøven, som deretter målrettes gjennom masseanalysatoren og inn i detektoren. Forskjellene i massene av fragmentene gjør at masseanalysatoren kan sortere ionene etter deres masse-til-ladnings-forhold. Detektoren måler verdien av en indikatormengde og tilveiebringer data for å beregne overflodene for hvert ion som er tilstede. Noen detektorer gir også romlig informasjon, for eksempel en flerkanalsplate.

=== Teoretisk eksempel ===
Følgende eksempel beskriver driften av en spektrometer masseanalysator, som er av [[Sektormassespektrometri|sektor]] typen. Vurder en prøve av [[natriumklorid]]. I ionkilden blir prøven fordampet (omgjort til gass) og ionisert (transformert til elektrisk ladede partikler) til [[natrium]] (Na<sup>+</sup>) og [[Klor|klorid]] (Cl<sup>−</sup>) ioner. Natriumatomer og ioner er monoisotopiske, med en masse på ca. 23 u. Kloridatomer og ioner kommer i to isotoper med masser på omtrent 35 u (med en naturlig overflod på omtrent 75 prosent) og omtrent 37 u (med en naturlig overflod på omtrent 25 prosent). Analysatordelen av spektrometeret inneholder elektriske og magnetiske felt, som utøver krefter på ioner som beveger seg gjennom disse feltene. Hastigheten til en ladet partikkel kan økes eller reduseres mens den passerer gjennom det elektriske feltet, og retningen kan endres av magnetfeltet. Størrelsen på nedbøyningen av det bevegelige ionets bane avhenger av dets masse-til-ladningsforhold. Lettere ioner blir avbøyd av den magnetiske kraften mer enn tyngre ioner (basert på Newtons andre bevegelseslov, F = ma). Strømmene av sorterte ioner går fra analysatoren til detektoren, som registrerer den relative overflod av hver iontype. Denne informasjonen brukes til å bestemme den kjemiske grunnstoffsammensetningen i den opprinnelige prøven (dvs. at både natrium og klor er til stede i prøven) og den isotopiske sammensetningen av bestanddelene (forholdet mellom <sup>35</sup>Cl og <sup>37</sup>Cl).

== Danne ioner ==
Ioniseringen kan skje på flere måter, men den vanligste metoden er at prøven bestråles av høyenergetiske [[elektron]]er som slår andre elektroner ut av sine [[orbital]]er og dermed ioniserer [[molekyl]]ene i materialet man skal undersøke til [[kation]]er.

Det er viktig at prøvene er i ioneform da de deretter skal akselereres i et elektrisk felt før de forsvinner ut gjennom en spalte i en metallplate og inn i masseanalysatoren. I masseanalysatoren passerer ionene et [[magnetisme|magnetisk]] felt, ofte i lagt i en bue, som skanner med varierende styrke og stor hastighet. I enden av området med magnetfeltet vil det være en liten åpning. Avhengig av massen på ionene vil noen gå videre mens andre treffer veggen inne i magnetboksen. Ved å sammenlikne magnetfeltstyrken med tidspunktet partiklene treffer detektoren kan en beregne størrelsen.

Det finnes flere teknikker for masseanalyseringen, de fleste har liknende virkemåter. 

Kvadropol masseanalysatoren bruker derimot elektrisk spenning for å skille partiklene ved å la de [[oscillere]] mellom fire poler, to anoder og to katoder. Den består av fire ca. 10-15 cm lange staver og to like poler er plassert i motstående hjørner. Hver partikler oscillerer stabilt ved en bestemt spenning, og vil dermed gå igjennom. Spenningen scannes hurtig opp og ned og ved å sammenligne spenning med deteksjon finnes massen på alle ionene som er tilstede. 

En del av partiklene som blir bombardert med elektroner i ioniseringskammeret vil også spaltes opp i en eller flere mindre deler. Disse delene vil også akselereres om de er [[kation]]iske, og dermed også detekteres av detektoren. Dette er en stor fordel for bruk av massespektrometri, fordi det gjør det mulig å skille flere stoffer fra hverandre, for eksempel stoffer med samme molekylvekt, men med ulik sammensetning og eller struktur. Forskjellige stoffer vil som regel spaltes i forskjellige deler, og vil dermed gi et «fingeravtrykk» på detektoren, som er unikt for dette stoffet; massespektret. Det kan opparbeides bibliotek med massespektrene fra kjente stoffer. Disse bibliotekene kan så brukes til å identifisere ukjente stoffer ut ifra hvilket massespekter de har.

== Referanser ==
<references />

== Litteratur ==
* Tureček, František; McLafferty, Fred W. (1993): [http://books.google.com/?id=xQWk5WQfMQAC&printsec=frontcover ''Interpretation of mass spectra'']. Sausalito, Calif: University Science Books. ISBN 0-935702-25-3.
* Edmond de Hoffman; Stroobant, Vincent (2001): ''Mass Spectrometry: Principles and Applications'' (2. utg.). John Wiley and Sons. ISBN 0-471-48566-7.
* Wilson K., Walker J (2005): ''Principles and Techniques of Biochemistry and Molecular Biology'' (6. utg.). Cambridge University Press

== Eksterne lenker ==
* {{Offisielle lenker}}
* [https://www.dmoz.org/Science/Chemistry/Analytical/Mass_Spectrometry Massespektrometri] hos [[DMOZ]]

{{Massespektrometri}}
{{Autoritetsdata}}

[[Kategori:Massespektrometri| ]]
[[Kategori:Biokjemi]]