Масс-спектрометрия представляет собой аналитический метод, основанный
на измерении массового-to-зарядного отношения (m/z) ионов. Основная цель
метода — идентификация и количественное определение веществ, а также
исследование их структуры. Метод позволяет получать высокоточные данные
о молекулярной массе, фрагментации молекул и изотопном составе.
Основные этапы анализа включают:
- Ионизация молекул — превращение нейтральных молекул
в ионы, пригодные для анализа.
- Разделение ионов — пространственное или временное
разделение ионов по их m/z.
- Детектирование ионов — измерение интенсивности
ионов для построения спектра.
Методы ионизации
Выбор метода ионизации зависит от природы исследуемого вещества.
Наиболее распространённые методы:
- Электронная ударная ионизация (EI) — используется
преимущественно для летучих органических соединений. Обеспечивает
характерную фрагментацию, полезную для структурного анализа.
- Химическая ионизация (CI) — мягкая ионизация,
дающая преимущественно молекулярные ионы, что облегчает определение
молекулярной массы.
- Электроспрей (ESI) — мягкая ионизация для полярных
и биомолекул; широко используется в анализе белков и пептидов.
- Матрица-ассоциированная лазерная десорбция/ионизация
(MALDI) — подходит для макромолекул, включая белки и полимеры;
минимизирует фрагментацию.
Разделение ионов
После ионизации молекулы направляются в анализатор, где ионы
разделяются по m/z. Основные типы анализаторов:
- Традиционный магнитный анализатор — использует
отклонение ионов в магнитном поле; высокая точность измерения.
- Времени пролёта (TOF) — ионы ускоряются одинаковым
потенциалом; скорость движения зависит от m/z, что позволяет измерять
широкий диапазон масс.
- Ионная ловушка — захватывает ионы в электрическом
поле, обеспечивает многоступенчатую MS/MS-фрагментацию.
- Квадрупольный анализатор — электрическое поле
стабилизирует траекторию определённых m/z; эффективен для
количественного анализа.
Масс-спектры и их
интерпретация
Масс-спектр представляет собой график интенсивности ионов versus m/z.
Ключевые элементы интерпретации:
- Молекулярный ион (M⁺) — основной показатель
молекулярной массы вещества.
- Фрагментные ионы — позволяют определить структурные
особенности молекулы.
- Изотопные пики — используют для идентификации
элементов с характерным изотопным распределением (например, Cl,
Br).
Фрагментация подчиняется закономерностям: слабые связи распадаются
первыми, стабильные карбокатионы формируются чаще. Анализ изотопного
распределения даёт дополнительную информацию о составе и числе атомов в
молекуле.
Применение в
фармацевтической химии
Масс-спектрометрия играет ключевую роль в разработке, контроле
качества и исследовании лекарственных средств:
- Идентификация активных фармакологических ингредиентов
(API) — точное определение молекулярной массы и структуры.
- Контроль чистоты препаратов — выявление посторонних
примесей, продуктов разложения или синтетических побочных
продуктов.
- Фармакокинетика и метаболизм — количественное
определение лекарственных веществ и их метаболитов в биологических
жидкостях.
- Структурная химия — подтверждение структуры
синтетических соединений и натуральных продуктов.
Использование методов LC-MS и GC-MS позволяет сочетать разделение
компонентов с высокой чувствительностью масс-спектрометрии, что
расширяет возможности анализа сложных фармацевтических смесей.
Особенности
качественного и количественного анализа
- Качественный анализ — базируется на характерных
молекулярных и фрагментных ионах, изотопных паттернах и совпадении со
спектральными базами.
- Количественный анализ — опирается на измерение
интенсивности ионов, использование внутренних стандартов и построение
калибровочных кривых. Высокая специфичность масс-спектрометрии позволяет
определять вещества в низких концентрациях (пико- и наномолярные
уровни).
Современные тенденции и
технологии
Развитие масс-спектрометрии связано с:
- Высокой разрешающей способностью — использование
орбитрапов и FT-ICR анализаторов позволяет точно измерять массу до
десятых долей атомной единицы.
- Многоступенчатой MSⁿ — анализ сложной фрагментации
для структурного расшифрования сложных молекул.
- Интеграции с хроматографией — LC-MS/MS и GC-MS
обеспечивают комплексный анализ многокомпонентных систем.
- Автоматизации и высокопроизводительных методов —
роботизированная подготовка проб, потоковые анализаторы для
фармацевтического производства.
Масс-спектрометрия остаётся незаменимым инструментом в современной
фармацевтической химии благодаря своей точности, универсальности и
способности предоставлять детальную информацию о структуре и составе
веществ.