Центр Коллективного Пользования ::: Масс-спектрометрия :: Введение в масс-спектрометрию

21.02.2011

Переименование ЦКП

центр коллективного пользования "Центр постгеномных технологий" переименован в ЦКП "Протеом человека"


03.03.2010

Новые услуги

Обновлен перечень услуг ЦКП

также изменены цены на отдельные услуги

смотрите раздел порядок работы - услуги и цены


02.06.2006

Форум

Появился форум


02.06.2006

Новая версия сайта

2 июня 2006 Начало работы новой версии сайта ЦКП Центр постгеномных технологий


Введение в масс-спектрометрию

Ионизация
Масс-анализаторы
Детекторы ионов
Сопряжение масс-спектрометра с хроматографией
Изотопия
Масс-спектрометры для изотопного анализа
Характеристики масс-спектрометров и масс-спектрометрических детекторов
Скорость сканирования
Разрешение
Точность измерения массы
Динамический диапазон
Чувствительность
Краткая история масс-спектрометрии

Чтобы измерить массу тела его взвешивают. Специальными весами можно измерить массы до нанограммов (10-9 грамма). Веса отдельных молекул на много порядков величины меньше - 10-23 - 10-18 г. Для взвешивания молекул используется масс-спектромерия.

Масс-спектрометрия в современном понимании этого слова - это физический метод измерения отношения массы заряженных частиц материи (ионов) к их заряду и определения количества ионов с определенным отношением массы к заряду.

Приборы, которые реализуют этот метод, называются масс-спектрометрами.

Масс-спектрометрия как аналитический метод применяется в: биохимии, общей и органической химии, медицине и токсикологии, клинической химии, фармацевтике, контроле окружающей среды, криминалистике, допинговом контроле, контроле наркотических средств, контроле алкогольных напитков, геохимии, геологии, археологии, ядерной промышленности, полупроводниковой промышленность, металлургии, производстве полимеров и пластиков и многих других областях.

Чтобы получить масс-спектр надо превратить нейтральные молекулы и атомы, составляющие органическое или неорганическое вещество, в заряженные частицы - ионы. Этот процесс называется ионизацией. Ионизиция по-разному осуществляется в случае газов, жидкостей и твердых тел, органических и неорганических веществ.

:наверх:

Ионизация

Наиболее старый и наиболее широко применявшийся в масс-спектрометрии метод ионизации молекул это, так называемый, электронный удар (ЭУ, по-английски EI - Electron Impact). Этим методом ионизуют вещества в газовой фазе. Если вещество не газообразное, то для того, чтобы его ионизовать, его нужно сначала перевести из конденсированной фазы (жидкость, твердое тело) в газовую фазу, например, испарить нагревом. Затем, получаемый газ нужно ввести в источник ионов, где они подвергаются бомбардировке электронами, которые можно получить нагревая, например, ленточку из тугоплавкого металла. Можно поместить вещество в конденсированной фазе в источник ионов и там его испарить. Электроны - легкие по сравнению с молекулами отрицательно заряженные частицы - сталкиваясь с молекулами выбивают из электронных оболочек электроны и превращают молекулы в положительно заряженные ионы. При этом молекулы часто разваливаются на заряженные фрагменты характерные для каждого соединения. Отрицательные ионы можно получить путем захвата молекулами медленных электронов. Этот процесс также сопровождается распадом молекул (фрагментацией). В результате процесса ионизации получится ансамбль ионов, несущий информацию о структуре молекулы и, часто, настолько характерный для определенного органического соединения, что его называют "отпечатком пальцев", то есть настолько же индивидуальный как рисунок на пальцах человека.

Другой способ ионизации - это ионизация в ионно-молекулярных реакциях, называемая химической ионизацией (ХИ, CI - Chemical Ionization). При этом способе источник ионов заполняется каким-либо газом, называемым газом-реагентом, (например, метаном, изобутаном, аммиаком), который ионизуется все тем же электронным ударом, а молекулы интересующего нас вещества, попадая в источник, превращаются в ионы за счет отбора зарядов от уже находящимися там заряженными ионами-реагентами или с "медленными" ("термическими") электронами. Анализируемых молекул намного меньше, чем молекул газа- реагента, поэтому прямая ионизация их маловероятна. Ионизация передачей на молекулу протонов или электронов в газовой фазе является "мягкой", то есть образовавшиеся ионы не разваливаются на мелкие фрагменты, а вероятнее всего остаются крупными кусками молекул или даже остаются целыми, и присоединяют другие молекулы с образованием кластеров. Этот метод дает меньше информации о структуре молекулы, зато с его помощью легче определить ее молекулярную массу.

Многие органические вещества невозможно испарить без разложения. А это значит, что их нельзя ионизовать электронным ударом. Среди таких веществ почти все биомолекулы (белки, ДНК и т.д.). В последние годы были разработаны специальные методы ионизации таких органических соединений. Для этого используется, в основном, атмосферная ионизация - ионизация в электроспрее (ESI) и лазерная десорбцией с ионизацией из матрицы (MALDI). В первом случае жидкость (интересующие нас соединения в растворителе) под действием электрического поля распыляется из тонкого капилляра и превращается в заряженные капли, содержащие молекулы соединения. В результате испарения растворителя из них молекулы приобретают заряд и превращаются в ионы. В методе MALDI фотоны лазерного луча ионизуют и испаряют матрицу мишени, на которую нанесен образец, а образующиеся из матрицы ионы, как и в методе химической ионизации, ионизуют молекулы образца не разрушая их. ESI и MALDI дали мощный толчок применениям масс-спектрометрии в биологии и медицине. Авторы этих методов ионизации Джон Фенн и Коичи Танака были удостоены Нобелевской премии в 2002 году.

Для ионизации неорганических материалов (металлы, сплавы, горные породы и т.д.) требуются другие методы. Энергии связи атомов в твердом теле гораздо больше и требуется большая энергия для разрыва этих связей и получения ионов. Многие способы ионизации были опробованы и на сегодняшний день лишь несколько из них лазерная десорбция- ионизация и бомбардировка ускоренными ионами и атомами, применяются в аналитической масс-спектральной практике. Для элементного анализа, в котором определяется атомный состав вещества, и изотопного анализа, в котором точно измеряются отношения концентраций разных изотопов, используется метод индуктивно связанной (в которую энергия поступает от ВЧ поля катушки индуктивности, окружающей плазму) плазмы - ICP (атомизация и ионизация в индуктивно связанной плазме с анализом продуктов масс-спектрометром).

:наверх:

Масс-анализаторы

Масс-спектрометр представляет собой вакуумный прибор. Глубокий вакуум обеспечивает беспрепятственное движение ионов внутри масс-спектрометра. Разделение ионов по массам (точнее по отношению массы к заряду, или m/z), происходит в той части масс-спектрометра, которая называется "масс-анализатором".

Все масс-анализаторы используют зависимость динамики движения заряженных частиц в магнитных и переменных электромагнитных полях от отношения массы частицы к ее заряду. В первых масс-анализаторах использовалось магнитное поле. Согласно физическим законам траектория заряженных частиц в магнитном поле искривляется, а радиус кривизны зависит от массы частиц. Именно это явление используется для анализа ионов по массам. Для того, чтобы увеличить разрешение (способность разделять ионы близких масс), на пути ионов устанавливается еще и электростатический анализатор энергий частиц. Магнитные масс-спектрометры имеют высокое разрешение и могут использоваться со всеми видами ионных источников, они обладают рекордной чувствительностью, большим диапазоном разделяемых масс ионов, линейной зависимостью сигнала от количества ионов, однако, они громоздки и имеют высокую стоимости.

Ученые в течение долгого времени искали альтернативу магниту в качестве масс-анализатора. Первым успеха добился профессор Стэнфордского университета Robert Finnigan, построивший в 1967 году первый коммерческий масс-спектрометр с квадрупольным анализатором. Квадруполь представляет собой четыре стержня, к которым попарно в противоположной полярности подается определенная комбинация постоянного и радиочастотного переменного напряжений. Ионы, влетающие параллельно оси этих стержней, попадают в гиперболическое поле и оно, в зависимости от соотношения их массы (как всегда, m/z) частоты и амплитуды поля, пропускаются или выбрасываются из анализатора. Масс-спектрометры уменьшились в размерах, стали проще в эксплуатации и, что самое главное, намного дешевле, что открыло возможность использовать этот аналитический метод многим тысячам пользователей.

Дальнейшее развитие квадрупольных анализаторов привело к созданию "ионной ловушки". Одна пара стержней была закручена в кольцо, а вторая пара превратилась в шарообразные чашки. Теперь комбинация радиочастотных и постоянных напряжений, прикладываемых к электродам ионной ловушки, стала позволять удерживать ионы внутри нее или выбрасывать из нее. Первые ионные ловушки, выпущенные фирмой Finnigan в 1983 году, потеряли даже ионный источник. Ионизация молекул стала проводиться прямо внутри ловушки. Впоследствии, правда, от этого отказались, вновь вынеся место, где создаются ионы, за пределы ионной ловушки, что оказалось более выигрышным . Во-первых, внешний по отношению к масс-анализатору, ионный источник гарантирует отсутствие химической самоионизации, приводящей к искажению масс-спектров электронного удара, а во-вторых, делает прибор гораздо более универсальным - можно анализировать отрицательные ионы, образующиеся при диссоциативном захвате электронов, можно использовать классический прямой ввод и т.д.

В ионных ловушках проще осуществить методы, называемые тандемной масс-спектрометрией или МС/МС. Тандемная масс-спектрометрия используется для того, чтобы выявить структуру молекулярных ионов или их фрагментов, выделенных первым масс-спектрометром, с помощью второго, подвергнув эти первичные ионы дополнительной фрагментации. Предположим, мы имеем дело со сложной органической молекулой (биохимики почти всегда имеют дело с такими) и разбив ее на фрагменты, мы все равно не имеем достаточно информации о ее структуре. Из разделенных в первом масс-анализаторе ионов можно выбрать те, которые представляют для нас интерес, каким-нибудь образом заставить их развалиться на более мелкие фрагменты и снова рассортировать то, что получилось, по массам. Это и делается во втором масс-анализаторе. В секторных и квадрупольных масс-спектрометрах МС/МС масс-анализ первичных ионов и продуктов их диссоциации- вторичных ионов производится последовательно в пространстве и анализаторы следуют друг за другом. В ионной ловушке процедуру МС/МС можно осуществлять внутри одной ловушки, разделив анализ первичных и вторичных ионов во времени. В ионной ловушке можно удерживать ионы, которые представляют интерес, а остальные "выбросить" из нее. Оставшиеся в ловушке ионы можно подвергнуть распаду (управляемой фрагментации), оставить в ловушке те, которые представляют интерес, подвергнуть их фрагментации и проанализировать продукты. Этот процесс можно продолжать многократно, фрагментируя ионы до мелких фрагментов. Многократная фрагментация называется МСn. Прогресс в протеомике во многом обязан тандемным системам, основанным на ионных ловушках.

В последнее время все большую популярность приобрели "времяпролетные" (Time Of Flight, TOF) масс-анализаторы. В них ионы разгоняются электрическим полем, приобретают одинаковую не зависящую от массы кинетическую энергию и вылетают в бесполевое пространство. При движении в этом пространство ионы имеют зависящую от массы скорость, определяемую известной формулой E=mv2/2, где Е- кинетическая энергия ионов, м- масса иона, а v - его скорость. Они разделятся пространстве и в разное время достигнут детектора, расположенного в конце бесполевого пространства. Измерив время прихода на детектор, при известной длине бесполевого пространства можно определить их массу. С помощью этого анализатора можно измерять массы очень больших молекул (с массами в десятки и сотни тысяч атомных единиц). В квадрупольных анализаторах большие молекулы не удается удерживать доступными электрическими полями. Магнитные анализаторы для ионов больших масс (больше 10 кило Дальтон) очень громоздки и требуют мощных источников тока и напряжения. Наиболее подходящим методом ионизации для времяпролетных масс-спектрометров оказался описанный выше MALDI (ионизация лазерной десорбцией из матрицы).

Самыми точными, обладающим наиболее высоким разрешением, в настоящее время являются масс-спектрометры ионного циклотронного резонанса. В этих приборах измеряется частота вращения ионов в магнитном поле. Точность измерения масс достигает 10-6, а разрешающая способность миллиона. Эти приборы являются и самыми дорогими, так как в них используются сильные магнитные поля (от 30000 Гаусс до 25000 Гаусс). Для создания таких сильных полей нужны сверхпроводящие соленоиды, охлаждаемые жидким гелием и жидким азотом.

:наверх:

Детекторы ионов

Первые масс-спектрометры, которые назывались масс-спектрографами, использовали в качестве детектора ионов фотопластинку и коллекторы, собирающие все ионы, попавшие в данную точку пространства (коллекторы Фарадея). Сейчас используются вторично-электронные умножители, в которых ион, попадая на первый электрод умножителя (динод), выбивает из него пучок электронов, которые в свою очередь, попадая на следующий динод, выбивают из него еще большее количество электронов и т.д. Другой вариант - фотоумножители, регистрирующие свечение, возникающее при бомбардировке ионами люминофора. Кроме того, используются микроканальные умножители, системы типа диодных матриц. Некоторые масс-спектрометры, как, например спектрометры ионного циклотронного резонанса измеряют электрический сигнал, наводимый ионами на металлической пластинке. Большие трудности возникают при детектировании ионов с массами более 100 кило Дальтон. При использовании времяпролетной масс-спектрометрии тяжелые ионы доускоряют перед умножителем или используют криодетекторы.

:наверх:

Сопряжение масс-спектрометра с хроматографией

Задача аналитики органических веществ, (к которым можно отнести все биомолекулы), состоит в том, чтобы определить сколько компонентов составляет смесь, узнать что это за компоненты (идентифицировать их) и узнать сколько каждого соединения содержится в смеси. Для такого анализа обычно используется сочетание хроматографии с масс-спектрометрией. Приборы, в которых масс-спектрометрический детектор скомбинирован с хроматографом, называются хромато-масс-спектрометрами. Газовая хроматография подходит для сочетания с ионным источником масс-спектрометра с ионизацией электронным ударом или химической ионизацией, поскольку в колонке хроматографа соединения уже находятся в газовой фазе. Биологические соединения невозможно разделить на компоненты с помощью газовой хроматографии, но можно с помощью жидкостной хроматографии. Для сочетания жидкостной хроматографии с масс-спектрометрией сегодня используют источники ионизации в электроспрее (ESI) и химической ионизации при атмосферном давлении (APCI). Для сопряжения масс-спектрометрии с двумерным гель- электрофорезом для ионизации используется MALDI.

:наверх:

Изотопия

Атомы состоят из ядра и электронных оболочек. Свойства атомов определяются тем, сколько протонов (положительно заряженных элементнарных частиц) содержит ядро. Ядро помимо протонов содержит и нейтроны. При равном количестве протонов ядро может содержать разное количество нейтронов. Атомы с одинаковым количеством протонов в ядре, но с разным количеством нейтронов отличаются по массе на одну или несколько единиц атомной массы (а.е.м.) и называются изотопами. Большинство элементов имеют определенный набор стабильных изотопов. Радиоактивные изотопы не являются стабильными и распадаются с образованием стабильных изотопов. Природная распространенность изотопов для каждого элемента известна. Некоторые элементы в прирорде являются моноизотопными, то есть 100 % природной распространенности приходится на один изотоп (например, Al, Sc, Y, Rh, Nb и т.д.), а другие имеют множество стабильных изотопов (S, Ca, Ge, Ru, Pd, Cd, Sn, Xe, Nd, Sa и т.д.). В технологической деятельности люди научились изменять изотопный состав элементов с целью получения каких-либо специфических свойств материалов (например, U235 имеет способность к спонтанной цепной реакции и может использоваться в качестве топлива для атомных электростанций или атомной бомбы) или использования изотопных меток (например, в медицине). Поскольку массы изотопов отличаются, а масс-спектрометрия измеряет массу, естественно, этот метод становится самым удобным для определения изотопного состава. В то же время, информация по изотопному составу помогает идентифицировать органические соединения и позволяет дать ответы на многие вопросы начиная с определения возраста пород для геологии и кончая определением фальсификатов многих продуктов и установлением места происхождения товаров и сырья.

В биологических и медицинских применениях масс-спектрометрии используются изотопные метки для количественного анализа смесей биомолекул.

:наверх:

Масс-спектрометры для изотопного анализа

Масс-спектрометры для определения изотопного состава должны быть очень точными. Практически во всех типах изотопных масс-спектрометров используются магнитные масс-анализаторы. Для анализа изотопного состава легких элементов (углерод, водород, кислород. сера, азот и т.д.) используется ионизация электронным ударом. В этом случае годятся все методы ввода газовой фазы, как и в органических масс-спектрометрах. Для анализа изотопов более тяжелых элементов используется термоионизация или ионизация в индуктивно-связанной плазме. Для анализа элементного состава чаще всего используются масс-спектрометры с индуктивно-связанной плазмой. С помощью этого прибора определяют из каких атомов составлено вещество. Этот же метод анализа может показывать и изотопный состав. Но лучше всего измерять изотопный состав с помощью специализированных изотопных приборов, регистрирующих ионы не на одном детекторе в разное время их прихода на него, а каждый ион на своем персональном коллекторе.

:наверх:

Характеристики масс-спектрометров и масс-спектрометрических детекторов

Важнейшими техническими характеристиками масс-спектрометров являются чувствительность, динамический диапазон, разрешение, скорость измерения масс-спектров.

:наверх:

Скорость сканирования

Масс-анализатор при фиксированых значениях магнитных и электромагнитных полей пропускает ионы с определенным соотношением массы и заряда, (кроме многоколлекторных приборов и ионно-циклотронного резонанса). Для того, чтобы проанализировать все ионы по отношению их массы к заряду он должен работать в режиме сканирования, то есть параметры его поля должны за заданый промежуток времени пройти все значения, нужные для пропускания к детектору всех интересующих ионов. Эта скорость изменения поля называется скоростью сканирования и должна быть как можно больше (соответственно, время сканирования должно быть как можно меньше), поскольку масс-спектрометр должен успеть измерить сигнал за короткое время, например за время выхода хроматографического пика, которое может составлять несколько секунд. При этом, чем больше масс-спектров за время выхода хроматографического пика будет измерено, тем точнее будет описан хроматографический пик, тем менее вероятно будет проскочить мимо его максимального значения. Самым медленным масс-анализатором является магнитный, время его сканирования без особой потери чувствительности составляет секунды. Квадрупольный масс-анализатор может разворачивать спектр за сотые доли секунды, а ионная ловушка еще быстрее. Процесс сканирования всех перечисленных выше масс-анализаторов является компромиссным - чем больше скорость сканирования, тем меньше времени тратиться на запись сигнала на каждое массовое число, тем хуже чувствительность. Самыми быстрыми масс-анализатороми являются времяпролетные. В них нет развертки. Они способны записывать масс-спектры со скоростью 40,000 в секунду.

:наверх:

Разрешение

Разрешение или разрешающую способность можно определить как возможность анализатора разделять ионы с соседними массами (отличающимися на одну атомную единицу массы). Для точного определения масс ионов, которое необходимо для определения атомного состава иона, (что нужно, например, для идентифинации пептидов путем сравнения с базой данных; чем выше точность, тем меньше число кандидатов), надо так разделить пики в масс-спектрах, чтобы они не перекрывались и не влияли на положение максимумов, по которому масса и определяется. Для масс-анализаторов, разрешение определяется как отношение массы иона к ширине пика на 10 % или 50 % его высоты M/δM. Так например, разрешение 1000 на 10% означает, что пики с массами 100.0 а.е.м. и 100.1 а.е.м. отделяются друг от друга, то есть не накладываются вплоть до 10 % высоты.

Номинальной массой или массовым числом называют ближайшее к точной массе иона целое число в шкале атомных единиц массы. Например, масса иона водорода Н+ равна 1.00787 а.е.м., а его массовое число равно 1. А такие масс-анализаторы, которые, в основном, измеряют номинальные массы, называют анализаторами низкого разрешения. Мы написали "в основном", потому что сегодня есть и такие масс-анализаторы, которые формально относятся к низкоразрешающим, а на деле таковыми уже не являются.

Масс-спектрометры с двойной фокусировкой (магнитный сектор плюс электростатический) - приборы среднего или высокого разрешения. Типичным для магнитного прибора разрешением является >60,000, а работа на уровне разрешения 10,000 - 20,000 является рутинной. На масс-спектрометре ионно-циклотронного резонанса на массе около 500 а.е.м. можно легко достигнуть разрешения 500,000, что позволяет проводить измерения массы ионов с точностью до 4-5 знака после запятой. Разрешения в несколько тысяч также можно добиваться при использовании времяпролетных масс-анализаторов, однако, на высоких массах, в области которых, собственно этот прибор имеет преимущество перед другими, и этого разрешения хватает лишь для того, чтобы измерить массу иона с точностью +/- десятки а.е.м.

:наверх:

Точность измерения массы

Как следует из вышесказанного, разрешение тесно связано с другой важной характеристикой - точностью измерения массы. Проиллюстрировать значение этой характеристики можно на простом примере. Массы молекулярных ионов азота (N2+)и монооксида углерода (СО+) составляют 28.00615 а.е.м. и 27.99491 а.е.м., соответственно (оба характеризуются одним массовым числом 28). Эти ионы будут регистрироваться масс-спектрометром порознь при разрешении 2500, а точное значение массы даст ответ - какой из газов регистрируется. Наиболее точное измерение массы возможно на приборах с двойной фокусировкой и на масс-спектрометрах ионно-циклотронного резонанса.

:наверх:

Динамический диапазон

Если мы анализируем смесь, содержащую 99.99 % одного соединения или какого-либо элемента и 0.01% какой-либо примеси, мы должны быть уверены, что правильно определяем количество этих элементов. Для того, чтобы быть уверенным в результатах анализа, нужно иметь диапазон линейности в 4 порядка. Современные масс-спектрометры для органического анализа характеризуются динамическим диапазоном в 5-6 порядков, а масс-спектрометры для элементного анализа 9-10 порядков. Динамический диапазон в 10 порядков означает, что примесь в пробе будет видна даже тогда, когда она составляет 10 миллиграмм на 10 тонн.

:наверх:

Чувствительность

Это одна из важнейших характеристик масс-спектрометров. Чувствительность это величина, показывающая какое количество вещества нужно ввести в масс-спектрометр для того, чтобы его можно было детектировать. Для простоты будем рассматривать связанный с чувствительностью параметр - минимальное определяемое количество вещества, или порог обнаружения. Типичная величина порога обнаружения хорошего хромато-масс-спектрометра, используемого для анализа органических соединений, составляет 1 пико грамм при вводе 1 микролитра жидкости. Давайте представим себе что это такое. Если мы наберем специальным шприцом 1 микролитр жидкости (одна миллионная доля литра) и выпустим ее на листок чистой белой бумаги, то при ее рассмотрении в лупу мы увидим пятнышко, равное по размерам следу от укола тонкой иглой. Теперь представим себе, что мы бросили 1 грамм вещества (например, одну таблетку аспирина) в 1000 тонн воды (например, бассейн длиной 50 метров, шириной 10 метров и глубиной 2 метра). Тщательно перемешаем воду в бассейне, наберем шприцом 1 микролитр этой воды и заколем в хромато-масс-спектрометр. В результате анализа мы получим масс-спектр, который мы сможем сравнить с библиотечным спектром и методом отпечатков пальцев убедиться в том, что это действительно ацетилсалициловая кислота, иначе называемая аспирином.

Предел обнаружения неорганических веществ, например, методом ICP/MS (атомизация и ионизация в индуктивно связанной плазме с анализом продуктов масс-спектрометром) еще ниже. Предел обнаружения по ряду металлов составляет 1 ppq (одна доля на квадриллион). Это значит, что чувствительности прибора достаточна, чтобы детектировать 1 килограмм металла (например, ртути, свинца и т.д.) растворенного в озере Байкал (при условии его перемешивания и полного растворения)!

В масс-спектрометрии изотопов, например, достаточно 800 - 1000 молекул диоксида углерода (СО2, углекислый газ) чтобы получить сигнал углерода.

:наверх:

Краткая история масс-спектрометрии

Исследования Дж. Дж. Томсона в Кавендишевской лаборатории Кембриджского университета, приведшие к открытию электрона в 1897 году, также привели к созданию первого масс-спектрометра, построенного им для изучения влияния электрического и магнитного полей на ионы, генерируемые в остаточном газе на катоде рентгеновской трубки. Томсон обратил внимание, что эти ионы движутся по параболическим траекториям, зависящим от отношения их массы к заряду. В 1906 году Томсон получил Нобелевскую премию по физике за "Выдающиеся заслуги в теоретическом и экспериментальном изучении электропроводимости газов". Период с 1930-х по начало 1970-х годов отмечен выдающимися достижениями в области масс-спектрометрии. К концу Первой мировой войны работы Френсиса Астона и Артура Демпстера привели к значительному улучшению точности и воспроизводимости измерений на масс-спектрометрах. Позднее Альфред Нир воплотил эти достижения вместе со значительным продвижением в вакуумной технике и электронике в конструкцию масс-спектрометра, значительно сократив его размеры. Нир и Джонсон впервые построили масс-спектрометр с двойной фокусировкой. Еще раньше, в 1946 году, Уильям Стивенс предложил концепцию времяпролетных анализаторов, способных разделять ионы с одинаковой кинетической энергией по их времени пролета. В середине 1950-ых годов Вольфганг Пол разработал квадрупольный масс-анализатор. Этот анализатор способен разделять ионы с помощью переменного электрического поля. Другой инновационной разработкой Пола было создание квадрупольной ионной ловушки, специально предназначенной для измерения масс ионов. Первая коммерческая ионная ловушка стала доступной в 1983 (патент Finnigan). Сегодня квадруполи и квадрупольные ионные ловушки являются наиболее распространенными масс-анализаторами в мире, а за свои работы Вольфганг Пол получил в 1989 году Нобелевскую премию по физике. В 1950-е годы впервые были соединены газовый хроматограф и масс-спектрометр (Голке, МакЛаферти и Рихаге). Затем появились новые методы ионизации - химическая ионизация (Тальрозе, Филд, Мансон), бомбардировка быстрыми атомами (Барбер), полевая десорбция/ ионизация (Беки), лазерная десорбция/ионизация, из матрицы- MALDI (Танака, Карас, Хилленкампф) ионизация в электроспрее -ESI (Доул, Фенн), ионизация в индуктивно-связанной плазме (Фассел). Были разработаны новые приборы для новых применений - масс-спектрометры ионно-циклотронного резонанса (Хиппл) и, затем, ионно-циклотронного резонанса с Фурье-преобразованием сигнала (Комиссаров, Маршалл), тройные квадрупольные тандемные масс-спектрометры (Йоуст, Энке).

:наверх: