Kütle spektrometrisi

Kütle spektrometrisi, İngilizce: Mass spectrometry (MS), kimyasal türleri iyonize edip oluşan iyonları kütle/yük oranını esas alarak sıralayan bir analitik teknik. Daha basit terimler ile, bir kütle spektrumu bir numunen içindeki kütleleri ölçer. Kütle spektrometrisi birçok ffarklı alanda kullanılır ve kompleks karışımlara uygulandığı kadar saf numunelere de uygulanır.
Bir kütle spektrumu, kütle/yük oranının bir fonsiyonu olan iyon sinyallerinin grafiğidir. Bu spektrumlar, bir numunenin elementsel veya izotopik imzaları, parçacıkların ve moleküllerin kütlerlerini belirlemek ve moleküllerin kimyasal yapılarını orataya çıkarmak için kullanılır.  Peptitlerin ve diğer kimyasal bileşiklerin kimyasal yapıları kütle spektrometrisi ile ortaya çıkartılabilir. 
Tipik bir MS prosedüründe, katı, sıvı veya gaz olabilecek bir numune iyonlaştırılır, bu işlem numuneye elektron bombardımanı ile yapılabilir. Bu işlem bazı numune moleküllerinin yüklü parçalara ayrılmalarına sebebiyet verir. Sonrasında bu iyonlar kütle/yük oranına göre birbirinden ayrılırlar, bu ayrılma genellikle onları hızlandırıp bir lektrik veya magnetik alana maruz bırakarak başarılır. Aynı kütle/yük oranına sahip iyonlar aynı sapma harekerini yaşar. İyonlarelektron çoklayıcısı gibi yüklü parçacıkları tanımlayabilen bir mekanizma tarafından tespit edilir. Sonuçlar kütle/yük oranının bir fonksiyonu olan belirlenen iyonların bağıl çokluğunun spektrumlar halinde görüntülenir. Numunedeki atomlar veya moleküller bilinen kütlelerin (bir bütün molekül gibi) cihaz tarafından tanımlanmış kütleler veya karakteristik bir parçalanma örneği ile bağdaştırılması ile tespit edilebilir.

Tarihi

1886' da, Eugen Goldstein düşük basınçta gaz deşarjında, anottan uzaklaşıp delikli katotun içinden geçen, negatif yüklü- katottan anoda seyahat eden- katot ışınlarına ters yönde ışınlar gözlemlemiştir. Goldstein bu pozitif yüklü anod ışınlarına "Kanalstrahlen"; Türkçeye standard çevirisi ile "kanal ışınları" adını vermiştir. Wilhelm Wien güçlü elektrik veya manyetik alanın kanal ışınlarını saptırdığını buldu ve 1899'da elektrik ve magnetik alanların birbirine dik olduğu bir makine kurdu. Bu alanlar pozitif ışınların birbirlerinden kütle/yük oranına (Q/m) göre yarılmasını sağlıyordu. Wien aynı zamanda kütle/yük oranının gazların gaz deşarzın tübündeki doğalarına bağlı olduğunu fark etti. İngiliz bilimci J.J. Thomson Wien'in çalışmasını basıncı düşürerek geliştirerek kütle spektrografını oluşturdu. 
Spectrograph kelimesi 1884' te uluslararası bilimsel kelime haznesinin bir parçası oldu. İlkel spektrometri cihazlarının, iyonların kütle/yük oranını ölçmüş olanları kütle spektrografları şeklinde adlandırlır. Bu cihazlar kütle değerlerinin spektrumlarını bir fotografik tabağa kaydeden aletlerden oluşur. Kütle spektroskopu kütle spektrografına benzerdir. Fakat kütle spektroskopu ışık hüzmesinin bir fosfor ekranına yansıtılması işlemiye farklılık gösterir. Kütle spektroskopu konfigürasyonu konfigürasyonu düzeltmelerin etkilerinin hızlıca gözlenmesi için kullanılırdı. Alet bir kere düzgünce ayarlandığında, bir fotografik tabak eklenir ve işleme mağruz bırakılırdı. Kütle spektroskopu terimi, osiloskop ile dolaylı yoldan ölçümün  fosfor ekran ile gösterimin yerini almasına rağmen, hala kullanımı sürmektedir. Kütle spektroskopisi teriminin kullanımı ışık spektroskopisi terimi ile karıştırılma olasılığından dolayı artık kullanılmamaktadır. Kütle spektrometri ifadesi sıkça kütle-spek veya basitçe MS şeklinde kısaltılır.
Kütle spektrometrisinin modern teknikleri sırasıyla 1918 ve 1919' da Arthur Jeffrey Dempster ve F.W. Aston tarafından icat edilmiştir.
Sektör kütle spektrometreleri, kalutronlar olarak da bilinirler, Ernest O. Lawrence tarafından Manhattan Projesi boyunca uranyum izotoplarını ayırmak amacı ile geliştirilmiştir. Kalutronlar Oak Ridge, Tennessee Y-12 tesisinde II. Dünya Savaşı sırasında kuruldu ve uranyum zenginleştirmeleri için kullanıldı.
1989'da, Nobel Fizik Ödülü 1950' ler ve 1960' larda geliştirdikleri iyon tuzağı tekniği sebebi ile Hans Dehmelt ve Wolfgang Paul'e verildi. 
2002' de, Nobel Kimya Ödülü elektrosprey iyonizasyonunu (electrospray ionization, ESI)  geliştirmesi sebebi ile John Bennett Fenn' e ve yumuşak lazer salınımının (soft laser desorption- SLD) icadı ile bu tekniğin biyolojik makromoleküller, özellikle proteinler, üzerine uygulanması üzerine yaptığı çalışmalardan dolayı Koichi Tanaka' ya verilmiştir.

Kütle spektrometresinin parçaları

Bir kütle spektrometresi üç parçadan ibarettir: bir iyon kaynağı, bir kütle analizörü ve bir de detektör. İyonlaştırıcı numunenin bir kısmını iyonlara dönüştürür. Oldukça çeşitli iyonlaştırma tekniği mevcuttur, bunlar numunenin fazı (katı, sıvı, gaz) ve bilinmeyen türler için iyonlaştırma mekanizmasının verimi açısından farklar gösterir. Bir ekstraksiyon sistemi iyonları numun eden uzaklaştırır ardından iyonlar kütle analizörü ve ondan sonra detektöre ulaşır. Parçalar arasındaki kütle farkı, kütle analizörünün parçaları kütle/yük oranını temel alarak sıralamasına imkan sağlar. Detektör belirteç miktarın değerini ölçer ve ortamada bulunan her iyonun bulunma yüzdesini hesaplamak için veri sağlamış olur. Bazı detektörler(multikanal tabak gibi) aynı zamanda uzaysal bilgi sağlar.

Teoritik örnek

Takip eden örnek sektör tipi olan bir kütle spektrometre kütle analizörünün işlemini açıklamatadır. (Diğer analizör tipleri aşağıda ele alınmıştır.) Sodyum klorürü (sofra tuzu) düşünün. İyon kaynağında, numune buharlaştırılır (gaza dönüştürülür) ve sodyum (Na⁺) ve klorür (Cl⁻) iyonlarına iyonlaştırılır.  Sodyum atomları ve iyonları 23 u civarında bir kütle ile monoizotopiklerdir. Klorür atom ve iyonları ise 2 izotopludur, yaklaşık 35 u (% 75 doğada bulunma yüzdesi) ve yaklaşık 37 u (% 25 doğada bulunma yüzdesi). Spektrometrenin analizör parçası içerisinden geçen iyonlara kuvvet uygulayan elektrik ve manyetik alanları içerir. Yüklü parçacığın hızı elektrik alan boyunca yükselebilir veya düşebilir ve hareket yönü magnetik alan tarafından hareket yönü değiştirilebilir. Hareket halindeki iyonun yörüngesinin sapmasının büyüklüğü, iyonun kütle/yük oranına bağlıdır. Hafif iyonlar manyetik alan tarafından ağır iyonlardan daha fazla saptırılırlar(ki Newton'un ikinci hareket yasasınca mantıklıdır, F = ma). Sıralanmış iyon sürüleri analizörden -her iyonun bağıl bulunma oranlarını kayıt eden-detektöre geçerler. Bu bilgi orijinal numunenin kimyasal element bileşiminin bulunmasında kullanılır. Sodyum klorür örneğine dönülecek olursa  ³⁵Cl/ ³⁷Cl oranının bu bilgi ışığında tespiti sağlanmış olur.

İyonların oluşturulması

İyon kaynağı analiti (analiz işleminde bulunan materyal) iyonlaştıran kütle spektrometre parçası. Daha sonra iyonlar manyetik veya elektrik alandan kütle analizörüne aktarılır.
İyonlaştırma amaçlı teknikler, ne tip numunelerin kütle spektrometrisi tarafından analiz edileceğinin belirlenmesinde kilit noktadır. Elektron iyonizasyon ve kimyasal iyonizasyon gazlar ve buharlar için kullanılır. Kimyasal iyonizasyon kaynaklarında, analit, kaynaktaki çarpışamlardaki, kimyasal iyon-molekül tepkimeleri ile iyonlaşır. İki teknik biyolojik sıvı ve katılarda sıkça kulllanılır. Bu iki teknik elektrosprey iyonizasyon (John Fenn tarafından icat edimiştir) ve matriks-yardımlı lazer salınım/iyonizasyondur (matrix-assisted laser desorption/ionization-MALDI). MALDI benzeri bir teknik olarak "Yumuşak Lazer Salınımı (Soft Laser Desorption-SLD)" adı ile K. Tanaka tarafından oluşturumuştur. Tanaka bu buluşu sebebi ile M. Karas ve F. Hillenkamp (MALDI' nin mucitleri) ile beraber Nobel Ödülü ile ödüllendirilmiştir.  ).

Sert iyonizasyon ve yumuşak iyonizasyon 

Kütle spektrometresinde, iyonizasyon kütle filtrelerinde veya kütle analizörlerinde çözürlük için uygun gaz faz iyonlarının üretilmesi anlamına gelir. İyonizasyon iyon kaynağında gerçekleşir. Bir kaç iyon kaynağı seçeneği mevcuttur. Her biri farkı uygulama alanlarında farklı avantajlara ve dezavantajlara sahitir. Örneğin, Elektron iyonizasyonu (Electron ionization-EI) çok fazla parça oluşmasına sebep olur ve bu da çok ayrıntılı bir kütle spektrumuyla sonuçlanır. Bu tip ayrıntılı kütle spektrumlarının yetkin bir şekilde analizi yapısal izah ve karakterin belirlenmesi için önemli bilgiler sağlar. Aynı zamanda bu yetkin analiz, bilinmeyen bir bileşiğin kimliklendirlmesini, özdeş işlem koşulları altında elde edilmiş kütle spektral kütüphaneler ile karşılaştırmalar yapılmasına olanak sağlayarak, kolaylaştırır. Ancak, EI HPLC(Yüksek perfromans sıvı kromotografisi), ile kombine edilemez, yani  LC-MS(Sıvı kromotografi-Kütle spektrometrisi) kombini oluşturulamaz. Çünkü atmosferik basınçta (HPLC' nin çalıştığı basınç), elektron oluşturmak için kullanılan filament (bu filament, kütle spektrometresi aletinin içinde düşük basınçta bulunur) hemen yanar. EI genellikle GC(gaz kromatografisi) ile kombine edilir, ve GC-MS(Gaz kromotografi-Kütle spektrometrisi) oluşmuş olur. Bu kombinde bütün sistem yüksek vakum altındadır, yani basınç oluşturabilecek bilelşenler vakum tarafından kullanılır ve sistem düşük basınç altında çalışır.
Sert iyonizasyon teknikleri hedef moleküler yüksek miktarda enerji vererek  birçok parçacığın oluşmasına sebebiyet veren işlemlerdir. Parçacık oluşumunda bağlantıların sistematik kırılması fazla enerjinin atılmasını sağlayarak oluşan iyonun kararlı olmasını sağlar. Proton transferi ve izotop zirveleri vakaları haricinde oluşan iyonlar moleküler kütlelerinden daha düşükte bir m/z (kütle/yük) oranına sahip olma eğilimindedir. Sert iyonizasyonun en yaygın örneği elektron iyonizasyonudur (EI).
Yumuşak iyonizasyon hedef moleküle az enerji verilmesi ile daha az parçacığın oluşması işlemidir. Örnekleri:

Uyarımsal eşli plazma

Uyarımsal eşli plazma (Inductively coupled plasma- ICP) kaynakları,başlıca, fazlaca çeşitli olan bir dizi numune tiplerinin katyon analizleri için kullanılır.  Bu kaynakta, elektriksel olarak yüksüz fakat yüksek sıcaklıkta yüksek oranda atomları iyonlaşan bir plazma kullanılır. Bu kullanımın amacı numune molekülü atomize etmek(atomlarına ayırmak) ve daha da ötesi oluşan atomların en dış katmanından elektron kopartmaktır. Plazma genel olarak Argon gazından üretilir. Bunun sebebi Argon atomlarının ilk iyonlaşma enerjisi He, O, F ve Ne' ninki hariç diğer atomlardan daha yüksektir fakat ikinci iyonlaşma enerjisi için bu durum "Ar atomlarının ikinci iyonlaşma enerjisi çoğu elektropozitif metalinki hariç diğer atomların ikinci iyonlaşma enerjisinden düşüktür" şeklinde ifade edilir. Isıtma plazmayı çevreleyen bir bobiniden bir radyo-frekansı akımının geçirilmesi ile başarılır.

Fotoiyonizasyon kütle spektrometrisi

Fotoiyonizasyon kütle spektrometrisini kimyasal kinetik mekanizmasını veya izometrik ürün dallanmasını çözme üzerine odaklanan deneylerde kullanılabilir. Bu gibi durumlarda, yüksek enerjili foton, X-ışını ya da UV, kararlı gaz moleküllerini taşıyıcı gazdan(He veya Ar) ayırmak için kullanılır. Bir senkrotronun ışık kaynağı olarak kullanıldığı vakalarda, ayarlanabilir foton enerjisi fotoiyonizasyon verimlilik eğrisi elde etmek için kullanılabilir. Fotoiyonizasyon verimlilik eğrisi m/z oranını ile bağdaştırılarak kullanıldığında moleküler veya iyonik türlerin kütle spektrometri parmakizinin(yani hangi iyonik veya moleküler türün hangi m/z oranına denk geldiği bilgisi) elde edinilebilir. 

Diğer iyonizasyon teknikleri

Parıltı deşarzı 
Alan salınımı (field desorption-FD)
Hızlı atom bambardımanı (fast atom bombardment-FAB)
Termosprey
Silikon üzerinde salınım iyonizasyon (thermospray, desorption/ionization on silicon-DIOS)
Gerçek zamanlı direkt analiz (Direct Analysis in Real Time-DART)
Atmosferik basınç kimyasal iyonizasyon (atmospheric pressure chemical ionization-APCI)
İkincil iyon kütle spektrometri (secondary ion mass spectrometry-SIMS)
Kıvılcım iyonizasyon
Termal iyonizasyon (thermal ionization-TIMS)

Sektör aleti

Bir sektör alan kütle analizörü yüklü parçacıkların hızını ve/veya yolunu etkilemek amacı ile bir statik elektrik ve/veya manyetik alan kullanır. Yukarıda gösterildiği üzere, sektör aleti iyonlar kütle analizöründen geçerken onların rotalarını değiştirir. Bu işlemi m/z oranına göre yapar, daha çok yüklü ,hızlı ve hafif parçacıklar daha çok sapma gösterir. Bu analizör daha inçe menzil seçimleri için kullanılabilir veya bir aralığın içinde bulunan bütün m/z' leri tarayarak ortamda bulunan iyonların kataloğunu çıkartmak için kullanabilir.

Uçuş süresi

Uçuş süresi (time-of-flight/TOF) analizörü aynı potansiyel ile iyonları bir elekrik alan kullanarak hızlandırır ve iyonların detektöre varma sürelerini ölçer. Eğer bütün parçalar aynı yüke sahip ise, kinetik enerjileri de aynı olma eğilimindedir ve bu durumda yionların hızları kütlelerine bağıl olarak değişir. Ancak aynı m/z' ye sahip olanlar parçalar bile detektöre farklı zamanlarda varabilirler çünkü farklı ilk hızlara sahiptirlerdir. İyonun ilk hızı kütleye bağıl değildir, yani ilk hız kütleden bağımsızdır, bu da TOF-MS(TOF- kütle spektrometri) tekniğinin problemli noktasıdır. İlk hızlar arasındaki fark kendini son hızlarda da gösterir, ilk hızlardaki fark son hızlardaki farka dönüşür. Böylece, aynı m/z değerine sahip iyonlar detektöre farklı zamanlarda varmış olur.  Bu problemin üzerinden gelebilmek için zaman-gecikmesi odaklı/ertelenmiş ekstraksiyon TOF-MS ile birleştirilir.

Kuadrupol kütle filtresi

Kuadrupol kütle analizörleri, radyo frekansı(RF) kuadrupol alanının (kuadrupol alanı 4 paralel çubuk ile oluşturur) içinden geçen iyonların rotalarını titreşen elektrik alan kullanarak seçici olarak stabilize ve destabilize eder. alandan sadece belirli bir m/z aralığının içinde kalan parçalar girer ama çubuklardaki potansiyelin değiştirilmesiylem/z değerleri geniş bir aralığa hızlıca kaydırılabilir. Bu kaydırma işlemi tek bir hamlede kesiksiz veya kesikli (birden fazla hamlede) gerçekleştirilebilir. Bir kuadrupol kütle analizörü bir kütle seçici filtre gibi davranır ve kuadrupol iyon tuzağı, iyon tuzağı tuzaklanması hedeflenen parçaları değil de hedeflenmeyen parçaları tuzaklamak için tasarlanmış olması dışında  özellikle de lineer kuadrupol iyon tuzağı, ile yakından ilişkilidir.  Bu özelliğinden dolayı bu yapılar geçiş kuadrupolleri olarak da bilinirler. Manyetik olarak güçlendirilmiş kuadrupol kütle analizörleri ek bir magnetik alan içerirler, bu ek alan eksen veya en boyunca uygulanabilir. Yeni tip bu alet çözünürlük ve/veya hassaslık açısından ek bir perfromans sağladı. Çözünürlük ve hassaslık uygulanan magnetik alanın yön ve büyüklüğüne göre değişir. Geçiş kuadrupolünün yaygın bir çeşidi olarak üçlü kuadrupol kütle spektrometreleri mevcuttur. "Üçlü kuad" birbirini izleyen üç adet kuadrupol basamağına sahiptir. Bu basamaklardan ilki ikinci kuadrupole gitmesi gereken belirli iyonların geçişini sağlar ve bu amaçla bir kütle filtresi gibi davranır. İkinci kuadrupole bir çarpışma çemberidir, çemberinde için iyonlar parçalara ayrılabilir. Üçüncü kuadrupol de bir kütle filtresi gibi işlev görür, belirli iyonların iyon detektörüne geçişini sağlar. Eğer bir kuadrupolüne bazı kütle filtresi ayarları aralığı ani ve tekrar ederek döngüler oluşturulursa, tüm spektra rapor edilebilir. Benzeri şekilde, bir üçlü kuad ile ardışık kütle spektrometrisi karakteri tipi taramalar yapılabilir.

Üç boyutlu kuadrupol iyon tuzağı

Kuadrupol iyon tuzağı kuadrupol kütle analizörü ile aynı fiziksel presipleri paylaşır fakat iyonları yakalaması ve sonra düzenekten çıkartması özelliği yönünden farklı bir konuma sahiptir. İyonlar başlıca kuadrupol RF (Kuadrupol RF alanı,genellikle DC vya yardımcı AC potansiyellerine bağlı ,iki tane sonbaşlık elektrotunun arasındaki bir çember elektrotun içersinde kalan alanı ifade eder)  alanında tutulurlar. Numune dahili olarak (bir elektron veya lazer hüzmesi ile) veya harici olarak(bir sonbaşlık elektrotundaki bir açıklıktan alete giriş sağlanarak) iyonize edilir.
Birçok m/z ayırma ve izolasyon yöntemi mevcuttur. Ancak bunların en yaygın kullanılanı kütle kararsız modudur. Bu modda RF potansiyeli yükseltilir ve bundan dolayı  a > b kütleli iyonların yörüngesi kararlı hale gelmişken, b kütleli iyonlar karasız hale gelmiş ve detektörün z-eksenine atılırlar.  Aynı zamanda, yok edici olamayan analiz yöntemleri de vardır.
İyonlar rezonans heycanlanma metodu ile de atılabilir, bu durumda tamamlayıcı  sonbaşlık elektrotlarına titreştiricisine heycanlanma voltajı uygulanır ve tuzaklama voltajı büyüklüğü ve/veya heycanlanma voltajı frekansı, m/z oranınca esasınca sıralanarak rezonans konumuna gelecek iyonlara göre değişir.

Silindrik iyon tuzağı

Silindrik iyon tuzağı kütle spektrometresi (cylindrical ion trap mass spectrometer/CIT-MS) kuadrupol iyon tuzağının bir türevidir, farkı hiperbolik sekilli eltrotlardansa düz çemberlerden oluşan elektrotlar kullanıyor olmasıdır. Mimarisi minyatürleştirlmeye oldukça uygundur çünkü tuzağın boyutu düştükçe elektrik alanın şekli- iyonların yakalandığı- tuzak merkezine yaklaşır ve hiperbolik tuzağın şekline yakın bir şekil oluşur.

Lineer kuadrupol iyon tuzağı

Lineer kuadrupol iyon tuzağı kuadrupol iyon tuzağına benzer ancak 3D kuadrupol iyon tuzağında bulunan üç boyutlu kuadrupol alanı yerine iki boyutlu kuadrupol alan kullanarak iyonları tuzaklar. Thermo Fisher'ın LTQ ("Lineer tuzaklı kuadrupol-linear trap quadrupole") aleti lineer kuadrupol iyon tuzağına bir örnektir.
Bir toroydal (halkasal) iyon tuzağı eğilmiş bir lineer kuadrupol şeklinde betimlenebilir. Bu tip iyon tuzağı, uçta toroyid şeklini oluşturarak dönen-donat şekilli- 3D iyon tuzağının sonuna bağlı olarak ya da enine kesitinde bulunur. Bu toroyidal şekilli tuzak kütle analizörünün ilerletilmiş seviyede minyatürleştirilmesine olanak sağlayan bir konfigürasyondur. Ek olarak, aynı tuzaklama alanında tutulan tüm iyonlar beraber atılırlar. Böylece oluşacak çeşitli dizilerin işlenmesi gibi karmaşık bir problem oluşmadan işlem basitçe gerçekleştirilmiş olur.
Toroyidal tuzakta olduğu gibi, lineer tuzaklar ve 3D kuadrupol iyon tuzakları en çok minyatürize edilmiş kütle analizörleridir, sebep ise sahip oldukları yüksek hassalıkları, mTorr basıncına toleransları ve yalnız ardışık kütle spektrometrisindeki-ürün iyon taraması gibi- yetenekleridir.

Yörünge tuzağı

Yörünge tuzağı aleti Fourier transform iyon siklotron rezonansı kütle spektrometresine (aşağıdakıdaki metine bkz.) benzerdir. İyonlar dingil şekilli bir elektrotu merkez alarak çevresinde elektrostatik olarak tuzaklanıp bir yörüngeye otururlar. Elektrot iyonları hapseder böylece ikisi birden(elektrot ve iyonlar) merkez elektrot çevresinde yörüngeye oturur. ve merkez elektrotun uzun olan eksenince bir ileri bir geri titreşirler.  Titreşimler aletin üzerine kayıt yaptığı detektör tabağının üzerinde bir resim akımı oluşturur. Resim akımının frekansı iyonların m/z oranlarında bağlıdır. Kütle spektrumu  kaydedilmiş resim akımının Fourier transformasyonu ile elde edilir. Yörünge tuzağı yüksek kütle kesinliğine, yüksek hassaslığa ve iyi bir dinamik aralığına(menziline) sahiptir.

Fourier transform iyon siklotron rezonans

Fourier transform iyon siklotron rezonans (Fourier transform mass spectrometry-FTMS),veya tam adıyla Fourier transform iyon siklotron rezonans MS, kütleyi iyonların siklotronlaması ile üretilen resim akımını belirleyerek ölçer.  Bir detektör(elektron çoklayıcısı) ile iyonların sapmalarını ölçmek yerine iyonlar bir Penning tuzağına(bir statik elektrik/manyetik iyon tuzağı) doldurulur. Penning tuzağında iyonlar etkin bir biçimde bir düzeneğin parçası haline gelir. Boşlukta sabitlenmiş pozisyondaki detektörler, kendilerine yakın noktalardan geçen iyonların elektrik sinyalini ölçer ve periyodik sinyaller üretir. İyonların döndürülmesinin frekansı m/z oranı tarafından belirlendiğinden, Fourier transfromu sinyaller üzerinde kullanılarak m/z oranı belirlenebilir. Fourier transform kütle spektrometrisi (Fourier transform mass spectrometry-FTMS) yüksek hassaslık (bir iyon birden fazla kere "hesap" edildiğinden), ve daha yüksek çözünürlüğe (daha ince ölçümler sağlar) sahip olmasından avantajlı konumdadır.
İyon siklotron rezonans (Ion cyclotron resonance-ICR) FTMS' e benzer ve daha eski bir tekniktir. FTMS' den farkı iyonları geleneksel bir detektör ile belirlemesidir.  İyonlar Penning tuzağında bir RF elektrik alanı ile detektörün bulunduğu yer olan tuzak duvarına çarpıncaya kadar heycanlandırılır. Farklı kütlelere sahip iyonlar çarma zamalarına göre tespit edilir.

Dedektörler

Kütle spektrometrelerinin son parçası detektördür. Detektör tetiklenmiş yükleri veya bir iyon geçişi ile veya yüzeye çarpması ile üretilmiş olan akımı ölçer. Bir tarama aletinde, tarama boyunca detektörde üretilen sinyale karşı enstrumanın tarama yaptığı nokta(taramadaki m/Q noktası) bir kütle spektrumu üretir. Bu spektrum, iyonların  m/Q' nun bir fonksiyonu şeklindeki kaydıdır.
Tipik olarak, elektron çoklayıcılar detektör olarak kullanılmasına karşın, Faraday kasesi ve iyondan fotona dedektörlerinin de kullanımı mevcuttur. Genelde kütle analizöründen ayrılan iyon sayısı çok azdır ve bundan dolayı sinyal eldesi için kaile alınır bir arttırma(sinyal) işlemine ihtiyaç duyulur. Mikrokanal tabak dedektörleri modern cihazların içerisinde sıkça kullanılır.
 Fourier transform kütle spektrometrisi ve yörünge tuzaklarında, dedektörler parçacıkların titreyerek yakınından geçtiği kütle analizörü/iyon tuzağı alanının içinde bulunan bir çift Faraday metal yüzeyinden oluşur. Direk akım oluşmaz, sadece zayıf bir alternatif akım elektrotlar arasındaki bir düzenekte üretilir. Diğer uyarımsal detektörler de kullanımdadır.

Ardışık kütle spektrometrisi

Ardışık kütle spektrometrisi birden çok sefer kütle spektrometrisi sağlayan araçtır. Genellikle bu farklı spektrometriler bazı molekül parçalarının oluşumu ile birbirinden ayrılır. Örneğin, bir kütle analizörü alete giren diğer bileşenlerden bir peptidi izole ederken ikinci kütle analizörü peptit iyonları gala çarpışırken peptit iyonlarını stabilize ederek bu iyonların çarpışma-tetikli parçalanmasına (collision-induced dissociation-CID) sebebiyet verir. Üçüncü kütle analizörü peptitten çıkan parçaları işler(sıralar). Ardışık MS aynı zamanda aynı kütle analizörünün tekrarı ile de oluşturulabilir, kuadrupol iyon tuzağında olduğu gibi.  Çarpışma-tetikli parçalanma, elektron yakalama-parçalama(electron capture dissociation-ECD), elektron transfer parçalama (electron transfer dissociation-ETD), kızılötesi multifoton parçalama (infrared multiphoton dissociation-IRMPD), siyahvücut kızılötesi ışıyıcı parçalama (blackbody infrared radiative dissociation-BIRD), elektron-koparma parçalama (electron-detachment dissociation-EDD) ve yüzey-tetikli parçalama (surface-induced dissociation-SID) gibi teknikler ardışık MS için var olan molekül parçalama yöntemleridir. Ardışık MS' i  kullanan önemli uygulamalardan biri protein kimliklendirmesidir.
Ardışık MS çeşitli deney dizilerini imkanlı kılar. Çoğu ticari MS rutin dizileri (Seçilmiş reaksiyon monitörü (selected reaction monitoring-SRM) ve ata iyon tarama gibi) işlemeyi hızlandırmak için tasarlanmıştır. SRM' de ilk analizör sadece bir kütlesinin kendi içinden geçişine müsade eder. İkinci analizör ise kullanıcının seçtiği birçok parça iyondan sorumludur.   İkinci kütle anlizinin görev döngüsü kısıtlı olduğunda SRM genellikle bir tarama cihazı ile beraber kullanılır. Bu deneyler bilinen molküllerin belirlenmesinde spesifikliği arttırmak amaçlı kullanılır, özellikle farmakokinetik çalışmalarda bu durum ön plandadır. Ata iyon tarama ata iyondan spesifik bir kaybın aranışı için yapılan görütülenmesidir.  İlk ve ikinci kütle analizörleri kullanıcı tarafından belirlenmiş m/z değerini kapsayan spektrum boyunca tarama yaparlar. Bu deney bilinmeyen moleküllerde spesifik bir motif tanımlama amacı ile kullanılır.
Hızlandırıcı MS(accelerator mass spectrometry-AMS) radyokarbon tarihleme için kullanılır. Bu ardışık MS türü negatif iyonları bir ardışık MS' e doğru hızlandırmak için genelde mega-volt seviyelerinde çok yüksek voltajlar kullanılır.

Yaygın kütle spektrometre konfigürasyonları ve teknikleri

Bir kaynak, analizör ve detektör komibasyonu yaygın olarak kullanılmaya başlandığında bu kombinasyona bileşenlerin isimlerinin kısaltmalarından yeni bir kısa isim türetilir. Buna örenek olarak MALDI-TOF mevcuttur. Bu ikili isim MALDI iyonizasyon kaynağı ve TOF kütle analizörünün kombinasyonunu ifade eder. Diğer örnekler arasında tetikli bir şekilde eşlenmiş plasma-kütle spektrometrisi (coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS)), AMS, Termal iyonizasyon-MS (thermal ionization-mass spectrometry (TIMS)) ve kıvılcım kaynağı-MS (spark source mass spectrometry (SSMS)) bulunur.

MS ile kombine edilmiş ayırma teknikleri

MS' i kütle belirleme ve kütle çözünürlüğünde güçlendirmek için MS' e ardışık kromatografik ve diğer ayrım tekniklerinin kullanılır.

Veri sunumları

Kütle spektrometrisi çeşitli veriler üretir. En yaygın veri sunum şekli kütle spektrumudur.
Belli MS veri tipleri en iyi şekilde bir kütle kromatogramı şeklinde sunulur. Bu kromatogramlar arasında seçilmiş iyon görüntüleme (selected ion monitoring-SIM), total iyon akımı (total ion current -TIC) ve seçilmiş reaksiyon görüntülemesi (selected reaction monitoring-SRM) yer alır.
Diğer MS veri tipleri 3D kontur haritaları şeklinde iyi bir şekilde ifade edilir. Bu durumda, m/z oranı x-eksenine, yoğunluk y-eksenine ve zaman gibi ek bir parametre z- ekseni üzerine kaydedilir.

Veri analizi

MS veri analizi veriyi üreten deneye özgüdür. Verinin genel altbölünmesi her veriyi analamak üzerine temellenmiştir.
Çoğu MS hem negatif iyon modu veya pozitif iyon modunda çalışabilme yeteneğine sahiptir. Bu yetenek gözlenen iyonların pozitif mi yoksa negatif mi olduğunu anlamak açısından çok önemlidir. Genellikle bu durum nötral kütleyi hesaplamakta çok önemli olsa da aynı zamanda molekülün doğası hakkında ipuçları da verir.
Farklı tip iyon kaynakları-orijinal molekülden üretilmiş- birbirinden farklı bir dizi parçacık oluşumu ile sonuçlanır. Bir elektron iyonlaştırma kaynağı birçok parça (çoğu tek yüklü(-1) radikaller) üretirken ESI genellikle radikal olmayan yarımoleküler iyonlar üretir, bu moleküller genelde multi yüklüdür. Ardışık MS amaç olarak parça iyonları kaynak-sonrası üretir ve deney tarafından üretilen verinin çeşidini şiddetli bir şekilde değiştirebilir.
Numunenin kökeni hakkında bilgi molekülün bileşenleri ve parçaları hakkında bilgi sağlayabilir. Bir sentez/imalat işlemi ürünü numunesi hedef molekül çevresinde düşünüldüğünde kimyasal safsızlıklar içerecektir. Ham bir şekilde hazırlanmış biyolojik numuneler muhtemelen belli bir miktarda tuz içerecektir. Bu tuz, belli analizlerde, analit molekülle birleşerek bir birleşim ürünü oluşturabilir.
Sonuçlar aynı zamanda numunenin nasıl hazırlandığına ve ne şekilde MS' e sokulduğu ile de ilşkilidir. Bunun önemli bir örneği, MALDI noktalaması için kullanılan matrikstir, matriks yayılım/iyonlaşma olayı enerjisinin kontrolünde lazerden daha önemlii bir faktördür. Bazen numuler sodyum veya diğer iyon taşıyan türlerle muamele edilir ve böylece, protone edilmiş türler yerine, toplanma ürünleri elde edilmiş olur.
MS molar kütleyi ve numune saflığını ölçebilir ve moleküler yapıyı çözebilir. Her bir ölçüm hedefi farklı bir deneysel prosedürü yanında getirir. Bundan dolayı deney amacının uygun şekilde tanımlanması doğru veri toplamak ve verileri doğru şekilde yorumlamak için bir önkoşuldur.

Uygulamalar

Kütle spektrometrisi hem nitel hem nicel amaçlı kullanıma sahiptir. Bu kullanımlara bilinmeyen bir bileşiğin tanımlanması, bir molekülün içerisindeki elementlerin izotopik içeriklerinin belirlenmesi ve bir bileşiğin parçalanmasının gözlenmesiyle yapısının tanımlanması dahildir. Diğer kullanımlar arasında bir numune içersindeki bir bileşiğin miktarının belirlenmesi veya gaz faz iyon kimyası (bir vakum içindeki nötral ve iyonların kimyası) temelleri çalışmaları bulunur. MS şu anda, birçok çeşit bileşiğin fiziksel, kimyasal veya biyojik özellikleri üzerine çalışmalar yapan analitik labaratuvarlarda yaygın bir biçimde kullanılır.
Bir analitik teknik olarak MS, diğer benzeri tekniklerden farklı avatajlara sahiptir. Bu avantajlardan arasında MS' in bir analiz cihazının, bir kütle-yük filtresi gibi, arkaplan müdehalelerini azaltmasından dolayı birçok diğer analitik teknikten daha yüksek hassaslığa sahip olması, bilinmeyen bir bileşiğin tanımlanması ya da şüphelenilen bileşiklerin numunedeki varlığının onaylanması için karakteristik parçalanmalar üretmesinden doğan mükemmel özgüllüğü, moleküllerin moleküler ağırlığı ve elementlerin izotopik bollukları hakında bilgi verebilmesinin yanı sıra geçici çözümlenmiş kimyasal veriler sağlaması vardır.
Bu metodun bir kaç dezaavantajı arasında optik ve geometrik izomerleri birbirinden ayırmakta ve aromatik halkadaki o-, m- ve p- dallanma pozisyonlarını birbirinden ayırmakta başarısız olması bulunur. Buna ek olarak, metot benzer parçalanmış iyonlar üreten hidrokarbonları tanımlamada kısıtlı bir kapsama sahiptir.

Membran-Giriş Kütle Spektrometrisi: Çözeltideki gazları ölçme

Membran-Giriş Kütle Spektrometrisi, izotop oranı MS ile bir gaz geçirgen membran tarafından ayrılmış bir tepkime bölme/hücresini birleştirir. Bu yöntem çözeltilerin içinde gelişen gazların üzerinde çalışılmasına olanak sağlar. Yöntem, Fotosistem II' nin oksijen üretiminin üzerinde yapılan çalışmalarda yaygın bir şekilde kullanılmıştır.

İzmiktar gaz analizi

Bir akış veya kayış tüpüne aktarılmış bir iyon kaynağında üretilen iyonları kullanan birkaç teknik vardır, seçilmiş iyon akış tüpünü kullanan seçilmiş iyon akış tüpü MS (selected ion flow tube, SIFT-MS) ve proton transfer tepkimesinden faydalanan proton transfer tepkimesi MS (proton transfer reaction , PTR-MS). Bu teknikler hava, nefes veya sıvı kafaboşluğunun izmiktar gaz analizi için kullanılan kimyasal iyonizasyonun çeşitleridir. Çok hassas bir şekilde belirlenmiş bir tepkime süresi kullandıklarından bilinen bir reaksiyon kinetiğinin kullanımı ile iç standart veya kalibrasyon olmaksızın analit konsantrasyonu hesaplanabilir.

Atom probu

Atom probu, Birey atomların konumlarını haritalandırmak amacı ile TOF-MS ile alan buharlaştırma mikroskopisini birleştirmiş alettir.

Glikan analizi

Düşük numune ihtiyacı ve yüksek hassalığı sebebi ile MS glikobiyolojide glikan yapıların açıklanması ve karekterizasyonu için sıkça kullanılır. MS glikanların analizi için HPLC' yi tamamlayıcı metot olarak kullanılır. Tüm haldeki glikanlar MALDI-MS ile tek yüklü iyon olarak belirlenebilirler veya permetilasyon ve perasetilasyonu takiben, hızlı atom bombardımanı MS (fast atom bombardment mass spectrometry, FAB-MS) aracılığıyla belirlenebilirler. Bunlara ek olarak ise ESI-MS küçük glikanlar için güçlü sinyaller verir. Glikan yapı karakterizasyonuna yardımcı ve MS verisini yorumlayan çeşitli bedava ve ticari yazılımlar mevcuttur.

Uzay Keşifleri

Analiz için standart bir yöntem olarak MS, diğer gezegen ve uydulara ulaştı. 2 tanesi Viking programı ile Mars' a gönderildi. 2005' in başlarında Cassini–Huygens görevi kapsamında özelleştirilmiş bir GC-MS aleti, Satürn' ün en büyük uydusu, Titan' ın atomosferinden Huygens probuna teslim edildi. Bu alet iniş rotası boyunca atmosferşk numuneleri analiz etti. Prob indiğinde alet Titan' ın donmuş hidrokarbon kaplı yüzeyini buharlaştırıp analiz edebiliyordu. Bu ölçümler her parçacığın izotopik oranlarını Dünya' daki doğal izotopik oranla karşılaştırıyordu. Cassini–Huygens uzay aracındaki MS, bir iyon ve nötral MS olmasının yanında aynı zamanda Enceladus bulutlarının içeriğinide inceliyordu. Mars Phoenix uzay aracı, 2007' de çalıştırılmaya başlanmış, bir Termal ve Gelişmiş Gaz Analizör MS taşıyordu.
Aynı zamanda MS uzay görevlerinde plazmaların içeriklerini ölçmek içinde kullanılır. Örneğin, Cassini uzay aracının taşıdığı Cassini Plazma Spectrometresi (Cassini Plasma Spectrometer,CAPS), Satürn' ün magnetosferindeki iyonların ağırlığını ölçüyordu.