Analizator czasu przelotu QTOF – zasada działania i zastosowania w chemii

Analizator czasu przelotu QTOF działa tak, że kwadrupol selekcjonuje jony o określonym stosunku m/z, a następnie analizator TOF precyzyjnie mierzy ich czas przelotu, dostarczając widma o wysokiej rozdzielczości i dokładności masowej. Ta kombinacja zapewnia selektywność MS/MS, wysoką czułość i szybkość, dzięki czemu QTOF sprawdza się w identyfikacji i ilościowej analizie związków chemicznych, a także w badaniach biomolekuł. W praktyce laboratoria wykorzystują QTOF do rozdzielania związków o bardzo zbliżonych widmach oraz do równoległej analizy wielu próbek, co podnosi wydajność pracy.

Przeczytaj również: Wybór mebli do kącików zabaw - co warto uwzględnić?

Co wyróżnia analizator czasu przelotu QTOF i jak działa?

QTOF łączy filtr masowy kwadrupolowy (Q) z analizatorem czasu przelotu (TOF). W pierwszym etapie kwadrupol izoluje interesujący jon prekursora, odrzucając resztę. Następnie w komórce zderzeń (CID lub HCD) wybrany jon ulega kontrolowanej fragmentacji. Powstałe jony potomne trafiają do sekcji TOF, gdzie są przyspieszane identycznym napięciem i mierzony jest ich czas dolotu do detektora. Ponieważ czas przelotu zależy od stosunku masy do ładunku (m/z), uzyskujemy precyzyjne widmo masowe z fragmentacją charakterystyczną dla struktury związku.

Przeczytaj również: Co wyróżnia tanowe domy opieki na tle innych placówek w regionie?

Nowoczesne QTOF-y stosują odwróconą geometrię lustrzaną (reflectron), która kompensuje różnice energii kinetycznej jonów. Dzięki temu osiągają wysoką rozdzielczość (do ~100 000) i niską niepewność masy (dokładność na poziomie kilku ppm), co kluczowo poprawia jednoznaczność identyfikacji. Dodatkowo krótki cykl akwizycji umożliwia rejestrowanie pełnych widm w milisekundach, co sprzyja sprzęganiu z szybką chromatografią cieczową.

Przeczytaj również: Filtrowanie danych jako kluczowy element analizy biznesowej w Excelu

TOF a QTOF: różnice, które decydują o wyborze instrumentu

Klasyczny analizator czasu przelotu (TOF) mierzy czasy przelotu wszystkich jonów jednocześnie, zapewniając szybkość i prostotę obsługi. Jednak w przypadku złożonych mieszanin bywa niewystarczający do jednoznacznej identyfikacji izomerów lub związków o podobnych widmach. QTOF rozwiązuje ten problem, bo łączy selektywną izolację jonów w kwadrupolu z pomiarem TOF oraz kontrolowaną fragmentacją (MS/MS). To zwiększa specyficzność i redukuje interferencje matrycowe.

W praktyce TOF sprawdza się w szybkich skryningach, kontroli czystości i prostszych próbkach. QTOF wybiera się tam, gdzie krytyczna jest jednoznaczność identyfikacji, zgodność z bibliotekami fragmentów oraz ilościowość w szerokim zakresie stężeń – np. w farmacji i badaniach „omics”.

Kluczowe parametry: rozdzielczość, czułość i szybkość

Rozdzielczość rzędu dziesiątek tysięcy do ~100 000 pozwala rozróżniać piki o bardzo zbliżonych m/z i obliczać dokładne formuły elementarne. Czułość QTOF umożliwia wykrywanie śladowych poziomów analitów, co jest istotne przy analizie zanieczyszczeń, metabolitów lub domieszek. Szybkość akwizycji (pełne widma w ms) pozwala łączyć QTOF z UHPLC i prowadzić badania wielu próbek w krótkim czasie, bez utraty jakości danych.

Warto dodać, że stabilność kalibracji (np. kalibracja na żywo lub z użyciem wewnętrznego standardu masowego) utrzymuje niskie odchylenia masy podczas długich sekwencji, co ma bezpośredni wpływ na powtarzalność wyników w badaniach ilościowych.

Zasada działania – krok po kroku na przykładzie analizy pestycydu

1) Próbka po rozdziale na kolumnie LC trafia do źródła jonów (najczęściej ESI), gdzie powstają jony [M+H]+. 2) Kwadrupol Q1 wybiera jon prekursora o określonym m/z. 3) W komórce zderzeń jon ulega fragmentacji z zadanym energią zderzeń. 4) Produkty fragmentacji są przyspieszane do pola TOF i mierzony jest ich czas przelotu. 5) Otrzymujemy widmo MS/MS charakterystyczne dla struktury pestycydu. Porównanie wzorca fragmentacji z biblioteką oraz dokładna masa pików umożliwiają jednoznaczną identyfikację i weryfikację czystości sygnału.

Takie podejście eliminuje fałszywe pozytywy i ułatwia ilościowość nawet w trudnych matrycach roślinnych lub glebowych. W rezultacie wyniki spełniają rygorystyczne kryteria raportowania i kontroli jakości.

Połączenia jonizacji i technik przygotowania próbki

Najczęściej QTOF współpracuje z ESI lub APCI w LC-MS do związków polarnych i półpolarnych. Połączenie QTOF z MALDI sprawdza się przy dużych, delikatnych cząsteczkach – minimalizuje fragmentację w źródle i pozwala badać nativne agregaty. W przypadku lotnych i małych analitów alternatywą bywa GC-TOF lub GC-QTOF, zwłaszcza w badaniach produktów degradacji i zanieczyszczeń.

Dobór źródła jonów powinien wynikać z polarności, stabilności termicznej i masy cząsteczkowej analitów, a także z oczekiwanej czułości i odporności na matrycę. Odpowiednia filtracja, odsalanie i rozcieńczenie chronią tor jonowy przed zanieczyszczeniami i stabilizują sygnał.

Praktyczne zastosowania QTOF w chemii i pokrewnych dziedzinach

• Identyfikacja i potwierdzanie struktury: dokładna masa + widma fragmentacyjne MS/MS umożliwiają wyznaczanie formuł i weryfikację izomerów.
• Analiza ilościowa: szeroki zakres dynamiczny i stabilność odpowiedzi; idealne do wieloskładnikowych metod LC-MS.
• Kontrola jakości i badania zanieczyszczeń: śladowe poziomy domieszek w surowcach chemicznych i farmaceutycznych.
• Metabolomika i proteomika: profilowanie metabolitów, identyfikacja peptydów; zgodność z workflow „omics”.
• Szybki skryning: monitorowanie nieznanych związków w środowisku i żywności dzięki pełnym widmom o wysokiej rozdzielczości.

QTOF w przemyśle: od R&D po rutynę

W laboratoriach przemysłu chemicznego i farmaceutycznego QTOF wspiera rozwój formulacji, badania stabilności, kontrolę zanieczyszczeń procesowych i uwalnianych z opakowań. W rutynie pozwala tworzyć metody targetowane i nontargetowane – od weryfikacji surowców po analizę produktów końcowych. Dzięki temu firmy skracają czas decyzji i zmniejszają ryzyko odrzutów partii.

W analizach środowiskowych QTOF ułatwia wykrywanie nowych substancji pojawiających się w ściekach i wodzie pitnej. W żywności – monitoruje pestycydy, mikotoksyny czy migracje z materiałów opakowaniowych. Funkcja MS/MS zapewnia dowodową pewność identyfikacji, co jest kluczowe w audytach i raportowaniu.

Integracja z chromatografią i oprogramowaniem danych

Sprzężenie z UHPLC redukuje szerokość pików i poprawia czułość, ale wymaga szybkich czasów akwizycji. QTOF spełnia te wymagania, rejestrując pełne widma dla całego piku chromatograficznego. Oprogramowanie wykorzystuje dopasowanie wzorów izotopowych, dokładną masę i biblioteki fragmentów do klasyfikacji trafień, a także algorytmy dekonwolucji do rozdzielania koeluujących sygnałów.

W metodyce warto uwzględnić kalibrację masy, kontrolę jakości (QC), standardy wewnętrzne oraz monitorowanie dryfu. Te elementy zwiększają spójność danych między seriami i instrumentami, co ma znaczenie w projektach wieloośrodkowych.

Kiedy wybrać QTOF i jak przygotować laboratorium?

Wybierz QTOF, jeśli potrzebujesz jednocześnie wysokiej rozdzielczości, selektywności MS/MS i szybkości analizy – szczególnie w złożonych matrycach, przy niskich poziomach analitów i konieczności jednoznacznej identyfikacji. Kluczowe jest zapewnienie stabilnej infrastruktury: kontrola temperatury i wilgotności, czyste gazy, odpowiednia próżnia, regularna konserwacja źródła jonów i kalibracje. Przemyśl ścieżkę próbkowania (LC/GC, typ źródła), by utrzymać powtarzalność i wydajność.

Jeśli Twoje potrzeby obejmują zarówno skryning nieznanych, jak i ilościowe metody rutynowe, dobrym rozwiązaniem będzie system z trybami pracy przełączanymi w locie (np. akwizycja pełnego widma + zależne od danych MS/MS).

Perspektywy rozwoju technologii QTOF

Postęp koncentruje się na zwiększaniu rozdzielczości bez utraty czułości, szybszych przetwornikach cyfrowych i lepszej stabilności masy. Rozwija się analiza nontargetowa wsparta uczeniem maszynowym, a także sprzężenia z technikami obrazowania i mikrofluidyką. To wszystko wzmacnia pozycję QTOF jako narzędzia pierwszego wyboru w nowoczesnej analityce chemicznej i biologicznej, zwłaszcza przy analizie złożonych mieszanin.

Jak możemy pomóc w doborze QTOF do Twoich aplikacji?

Jako dostawca sprzętu laboratoryjnego i analitycznego dla rynku B2B dobieramy konfiguracje pod konkretne matryce, zakresy stężeń i wymagania regulacyjne. Pomagamy w walidacji metod, doborze źródeł jonów, akcesoriów (worki Tedlar, cylindry do poboru gazów), a także w integracji z istniejącą aparaturą LC/GC. Zobacz, jak działa Analizator czasu przelotu cząstek QTOF i skontaktuj się z nami, aby otrzymać propozycję dopasowaną do Twojego laboratorium.