Kalkulator m/z w spektrometrii mas
Oblicz stosunek masy do ładunku (m/z) jonu na podstawie jego masy neutralnej, liczby ładunków i masy aduktu. Obsługuje jony protonowane, sodowane, amonowane i wielokrotnie naładowane.
Wyznacz wartość m/z jonu
Wzór na m/z w spektrometrii mas
Gdzie:
- \(M\) — masa neutralna analitu w daltonach (liczbowo taka sama jak w g/mol)
- \(\Delta\) — masa dodana przez adukt, w daltonach (np. \(+1.007276\) Da dla H⁺, \(-1.007276\) Da dla [M−H]⁻)
- \(z\) — liczba ładunków, czyli bezwzględna liczba ładunków jonu (1, 2, 3…)
- \(m/z\) — stosunek masy do ładunku, podawany w Da/e (często nazywany po prostu m/z lub Th)
Wzór podaje pozycję, na której jon pojawia się w widmie masowym: całkowita masa jonu (analit plus ewentualne adukty) podzielona przez liczbę niesionych ładunków.
m/z w spektrometrii mas – przykład obliczenia
Przykład: peptyd o neutralnej masie monoizotopowej 573,35 Da obserwowany jako pojedynczo protonowany jon [M+H]⁺.
\[ m/z = \frac{M + \Delta}{z} = \frac{573.35 + 1.007276}{1} = \frac{574.357276}{1} = 574.3573 \text{ Da/e} \]
Wynik: jon pojawia się przy m/z 574,3573, a całkowita masa jonu wynosi 574,3573 Da. Ponieważ z = 1, piki izotopowe są rozmieszczone w odstępach około 1 Da.
Jak korzystać z kalkulatora
- Wprowadź masę jonu (analitu) — neutralną masę monoizotopową cząsteczki w daltonach (domyślnie 573,35 Da).
- Ustaw liczbę ładunków na bezwzględną liczbę ładunków, np. 2 dla dwukrotnie protonowanego jonu [M+2H]²⁺. Musi to być liczba całkowita równa 1 lub większa.
- Wprowadź masę aduktu (opcjonalnie): 1,007276 dla H⁺, 22,989218 dla Na⁺, 38,963158 dla K⁺, 18,033823 dla NH₄⁺ albo 0, jeśli nie ma aduktu. Dla jonów zdeprotonowanych [M−H]⁻ użyj wartości ujemnej (−1,007276).
- Odczytaj stosunek masy do ładunku i całkowitą masę jonu w wynikach, wraz ze szczegółami obliczeń i odstępem izotopowym.
Czym jest m/z i dlaczego to ważne
W spektrometrii mas przyrząd nie mierzy masy bezpośrednio — rozdziela jony według ich stosunku masy do ładunku, \(m/z\). Dlatego dwa jony o zupełnie różnych masach mogą pojawić się w tym samym miejscu widma, jeśli różnią się ładunkiem. Zrozumienie \(m/z\) jest niezbędne do interpretacji widm, identyfikacji nieznanych związków i planowania eksperymentów, ponieważ pozycja piku to podstawowa informacja, jaką dostarcza spektrometr mas.
Liczba ładunków \(z\) ma ogromny wpływ. Białko o masie 10 000 Da niosące jeden proton pojawia się przy m/z ≈ 10 001, co wykracza poza zakres wielu analizatorów mas. To samo białko z 20 protonami, [M+20H]²⁰⁺, pojawia się w pobliżu m/z 501 — z łatwością w zakresie. Dlatego jonizacja elektrosprejowa, która łatwo wytwarza jony wielokrotnie naładowane, udostępniła duże biomolekuły przyrządom o skromnych zakresach mas.
Ładunek zmienia też wygląd wzorców izotopowych. Każdy jon daje klaster pików pochodzących od naturalnie występujących izotopów (głównie ¹³C). Piki te są rozmieszczone w odstępach \(1/z\) Da: co 1 Da dla jonów pojedynczo naładowanych, co 0,5 Da dla jonów dwukrotnie naładowanych, co 0,33 Da dla trzykrotnie naładowanych itd. Odczytywanie odstępów izotopowych to standardowy sposób określania stanu ładunkowego nieznanego piku — kalkulator podaje ten odstęp automatycznie zawsze, gdy \(z > 1\).
Masa aduktu uwzględnia wszystko, co zostało przyłączone do analitu podczas jonizacji. W trybie dodatnim najczęściej jest to proton, ale adukty sodowe, potasowe i amonowe są powszechne w LC-MS. W trybie ujemnym typowa jest deprotonacja [M−H]⁻, dlatego wpisujesz ujemną masę aduktu. Ponieważ \(m/z\) zależy od konkretnego aduktu, podanie właściwego ma znaczenie przy dopasowywaniu zmierzonych widm do przewidywanych wartości.
Założenia, ograniczenia i praktyczne wskazówki
- Używaj mas monoizotopowych, aby uzyskać dokładne wyniki. Masy średnie (chemiczne) przesuną przewidywane m/z o ułamek daltona dla małych cząsteczek i o więcej dla dużych.
- Używaj masy protonu, nie masy atomu wodoru. H⁺ to 1,007276 Da; neutralny atom wodoru to 1,007825 Da. Różnica 0,00055 Da ma znaczenie przy wysokiej rozdzielczości.
- Masy aduktów powinny obejmować wszystkie przyłączone cząsteczki. Dla [M+2H]²⁺ wprowadź masę analitu raz, ładunek 2 i masę aduktu 1,007276 (jeden H⁺) — kalkulator niczego nie mnoży; jeśli wolisz, wprowadź 2,014552 za dwa protony. Dla [M+H+Na]²⁺ wprowadzisz 23,996494 (1,007276 + 22,989218) przy z = 2.
- Kalkulator zakłada ładunek punktowy. W rzeczywistości elektrony mają znikomą masę (ok. 0,00055 Da każdy), więc utrata lub przyłączenie elektronów zmienia masę znacznie mniej niż typowa dokładność pomiaru — można to bezpiecznie pominąć.
- Tryb jonów ujemnych: wprowadź adukt jako liczbę ujemną. Liczba ładunków pozostaje dodatnia, ponieważ \(z\) to bezwzględna liczba ładunków; polarność wpływa na znak widma, a nie na wartość \(m/z\).
- Typowe masy odniesienia: H⁺ +1,007276, Na⁺ +22,989218, K⁺ +38,963158, NH₄⁺ +18,033823, Cl⁻ +34,969402 (dla aduktów [M+Cl]⁻, dodawany jako adukt dodatni przy z = 1).
Jeśli ustalasz struktury jonów i rozkłady ładunków, Kalkulator ładunku formalnego pomoże ci ustalić, który atom niesie ładunek, a Kalkulator wzoru empirycznego przyda się do potwierdzenia składu neutralnego analitu. Do roztworów stosowanych przy przygotowaniu próbek zobacz Kalkulator stężenia molowego i Kalkulator siły jonowej.
Najczęściej zadawane pytania
Jak obliczyć m/z ręcznie?
Dodaj masę aduktu do masy neutralnej cząsteczki, a następnie podziel przez liczbę ładunków. Na przykład peptyd o masie 573,35 Da z jednym protonem (1,007276 Da) i jednym ładunkiem daje (573,35 + 1,007276) / 1 = 574,3573. Jeśli niesie dwa protony, oblicz (573,35 + 2 × 1,007276) / 2 ≈ 287,68 Da. Podział przez ładunek to krok, o którym ludzie zapominają najczęściej.
Jak określić stan ładunkowy nieznanego piku w widmie?
Spójrz na odstępy między pikami izotopowymi w klastrze. Naturalnie występujący ¹³C sprawia, że sąsiednie piki izotopowe pojawiają się w odstępach 1/z Da: odstęp 1 Da oznacza z = 1, 0,5 Da oznacza z = 2, 0,25 Da oznacza z = 4. Wiele systemów akwizycji danych przyrządów pozwala przybliżać obraz otoczki izotopowej, więc pomiar ten jest zwykle szybki i wiarygodny dla peptydów i białek w widmach elektrosprejowych.
Jak przeliczyć zmierzone m/z z powrotem na masę neutralną?
Przekształć wzór: M = (m/z × z) − Δ. Dla piku przy 574,3573 przypisanego jako [M+H]⁺ masa neutralna wynosi 574,3573 − 1,007276 = 573,35 Da. Dla jonu dwukrotnie naładowanego przy m/z 287,68 z dwoma protonami M = 287,68 × 2 − 2 × 1,007276 ≈ 573,35 Da. Musisz poprawnie założyć zarówno ładunek, jak i adukt.
W jakich jednostkach podaje się m/z i czy Th i Da/e to to samo?
Tak — tomson (Th) i Da/e to równoważne sposoby wyrażania stosunku masy do ładunku, a większość prac pisze po prostu bezwymiarowe „m/z”. Zwróć uwagę, że m/z nie jest masą w daltonach, choć dla jonów pojedynczo naładowanych liczby się pokrywają. Ściśle rzecz biorąc, z zlicza ładunki elementarne, a nie kulomby, dzięki czemu stosunek pozostaje liczbowo wygodny.
Dlaczego moje obliczone m/z nie zgadza się ze zmierzonym pikiem?
Trzema typowymi winowajcami są: użycie mas średnich (chemicznych) zamiast monoizotopowych, co przesuwa małe cząsteczki o ułamek daltona, a białka o kilka; użycie masy atomu wodoru (1,007825 Da) zamiast masy protonu (1,007276 Da); oraz błędne założenie aduktu — adukt Na⁺ leży około 22 Da powyżej piku protonowanego. Przed porównaniem wartości potwierdź też stan ładunkowy na podstawie odstępów izotopowych.
Jaki typowy zakres m/z mają popularne spektrometry mas?
Typowe zakresy to mniej więcej m/z 50–2000 dla przyrządów kwadrupolowych i z pułapką jonową, do 4000 dla wielu Q-TOF oraz 10 000–80 000 i więcej dla Orbitrapów i przyrządów FT-ICR. Duże biomolekuły przekraczają te limity jako jony pojedynczo naładowane, ale elektrosprej wytwarza jony wielokrotnie naładowane: białko o masie 66 000 Da przy ponad 30 ładunkach pojawia się w pobliżu m/z 2200, dobrze w standardowych zakresach.
Czy muszę uwzględniać masę elektronów utraconych lub przyłączonych podczas jonizacji?
Nie, w praktyce masa elektronów jest znikoma. Elektron waży około 0,00055 Da, więc nawet jon o 10 ładunkach różni się od przybliżenia ładunku punktowego o mniej niż 0,006 Da — znacznie poniżej dokładności większości przyrządów i mieści się w granicach szumu nawet pomiarów o wysokiej rozdzielczości. Standardowe obliczenia m/z całkowicie pomijają masę elektronów i ten kalkulator robi to samo.