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L.S. in Scienze e tecnologie alimentari Anno Accademico 2008/2009 Corso integrato: Controllo delle modificazioni chimiche negli alimenti (7 CFU) Modulo di: Chimica analitica strumentale (4 CFU) Giorgio Bonaga. SPETTROMETRIA DI MASSA SORGENTI IONICHE (CAS-7b). Giorgio Bonaga. - PowerPoint PPT Presentation
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L.S. in Scienze e tecnologie alimentariAnno Accademico 2008/2009
Corso integrato: Controllo delle modificazioni chimiche negli
alimenti (7 CFU)Modulo di:
Chimica analitica strumentale (4 CFU)Giorgio Bonaga
SPETTROMETRIA DI MASSA
SORGENTI IONICHE
(CAS-7b)Giorgio Bonaga
SORGENTI IONICHE”ION SOURCES”
Giorgio Bonaga
Giorgio Bonaga
IONIZZAZIONEMETODO DI IONIZZAZINE ACRONIMO VANTAGGI E SVANTAGGI
emissione di elettroni (ioni positivi) EI
fornisce lo ione molecolare e gli ioni frammenti eccesso di frammentazione
cattura di elettroni(ioni negativi) EI
fornisce lo ione molecolare e gli ioni frammenti eccesso di frammentazione
protonazione (ioni positivi)
CI, ESI, APCI, MALDI, FAB
molte sostanze non si protonano (idrocarburi) o sono instabili nella forma protonata (glucidi)
deprotonazione(ioni negativi)
ESI, APCI, MALDI, FAB
limitata a sostanze a carattere acido
cationizzazione (Na+ o K+)(ioni positivi)
ESI, APCI, MALDI, FAB
carenza o assenza di frammentazione
trasferimento di molecole cariche in fase gassosa(ioni positivi e negativi)
ESI, APCI, MALDI, FAB limitata a ioni già prodotti
Giorgio Bonaga
EMISSIONE DI ELETTRONI
antracene (mol wt 178,1) m/z
178,1
CATTURA DI ELETTRONI
m/z
283,8Cl
Cl
Cl
Cl
ClCl
esaclorobenzene (mol wt 283,8)
PROTONAZIONE
M + H + [MH] +
m/z
702,4CHNR
HC
Opolipeptide (mol wt 701,4)
351,7
[MH] +
MH2++
[M] -
[MH] +.
M [M] +.- e
M [M] -+ e
Giorgio Bonaga
DEPROTONAZIONE
m/z
308,1
CATIONIZZAZIONE
m/z
203,1
TRASFERIMENTO DI MOLECOLE CARICHE IN FASE GASSOSA
M + [M ] +
m/z
339,1[Mgas] +
[MNa] +
[M-H] +
M - H + [M-H] +
M + Na + [MNa] +
sol gas
M - [M ] -sol gas
OCOOH
OHHO
NH
HO
HOOH
CH3C
Oacido sialico (mol wt 309,2)
OOH
OHHO
OHHO
D-galattosio (mol wt 180,1)
P
tetrafenilfosfina (mol wt 339,1)
Giorgio Bonaga
SORGENTE IONICA ACRONIMO EVENTO
Electron Impact EI impatto elettronico/trasferimento di elettroni
Chemical Ionization CI trasferimento di protoni
Atmospheric Pressure Chemical Ionization APCI corona di scarica /trasferimento di protoni
Electrospray Ionizaion Nanoelectrospray Ionization
ESInano ESI evaporazione di goccioline cariche (+ o -)
Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization MALDI assorbimento di fotoni/trasferimentio di protoni
Fast Atom Bombardment FAB desorbimento di ioni/trasferimento di protoni
SORGENTI IONICHE
IMPATTO ELETTRONICOElectron Impact (EI)
M
+.
70 eV 50 eV
5-6 eV
Giorgio Bonaga
SORGENTE A IMPATTO ELETTRONICOElectron Impact Source = EI
filamento (filament)
campione(sample)
collettore (+) (collector)
estrattore (-) (extractor)
lente di collimazione (+)(collimating lens)
fenditura (slit)
repulsore (+)(repeller)
lente di focalizzazione (+) (focusing lens)
Giorgio Bonaga
M+ M+
EI SOURCE
Giorgio Bonaga
G
G+.
G
(G-H)
G
.(G+H)
+
M
(M+H)+
IONIZZAZIONE CHIMICAChemical Ionization (CI)
10 eV
1-2 eV
Giorgio Bonaga
campione
gas chimico
MG G
SORGENTE A IONIZZAZIONE CHIMICA Chemical Ionization Source = CI
Giorgio Bonaga
[G-H]+M [M-H]+ [M-H]+
Utilizzando come gas chimico il metano, le reazioni sono:
1. CH4 + e CH4+. + 2e
2a. CH4+. + CH4 CH3. + CH5+
46%
2b. CH3+ + CH4 H2 + C2H5+ 40%
2c. (CH2+ + CH4 H2 + C2H3+)
C2H3+ + CH4 H2 + C3H5+ 5%
Giorgio Bonaga
EI/CI SOURCE
Giorgio Bonaga
SORGENTE A IONIZZAZIONE DI CAMPOField Ionization Source = FI
+
SFL
CL
R
EE
+-
Giorgio Bonaga
FI
Giorgio Bonaga
SORGENTE A DESORBIMENTO DI CAMPOField Desorbtion Source = FD
Giorgio Bonaga
catodo
+
SFL
CL
R
EE
+-
FD
Giorgio Bonaga
EI/CI: prolina (mol wt 115)
115 NO PEAK !
45
70
.M +
116
70
98
m/z 0 50 100 150
0
100
50
%
m/z 0 50 100 1500
100
50
% (M + H) +
Giorgio Bonaga
EI CI
EI/CI: prolina
Giorgio Bonaga
EI CI
N COOHH
N COOHH
N COOH2H
mol wt 115
m/z 115(NO PEAK !)
m/z 116 (100%)
+.
N CH
O
m/z 98 (25%)
+
. +
H2O-
NH
NH
++
-
-
CO
COOH
m/z 70 (60%)m/z 70 (100%)
EI/CI/FI/FD: creatina (mol wt 131)
Gli spettri di massa registrati impiegando sorgenti EI, CI, FI e FD, rivelano che nei primi tre casi non è possibile ottenere il segnale corrispondente allo ione molecolare, mentre con caso la sorgente FD lo ione quasi-molecolare è il picco-base dello spettro.
Giorgio Bonaga
EI CI
113
11286
4342
28114
m/z 0 20 40 60 80 100 1200
50
100%
m/z 0 20 40 60 80 100 120
100
50
0
%
Giorgio Bonaga
Giorgio Bonaga
EI/CI: creatina
m/z 112 (25%)HN C NHm/z 42 (100%)
N Nm/z 28 (80%)
COOH NH2
CN NHCH3
mol wt 131
COOH NH2
CN NH2
CH3
COOH NH2
CN NHCH3
mol wt 132NO PEAK !
mol wt 131NO PEAK !
EI CI
+
m/z 114 (100%)m/z 115 (4% 13 C)
C NH2
CN NH2
O
CH3
H2O
+
--H2O- COOH
+.
.
C NH2
CN NH
O
CH3
m/z 113 (60%)
N
NH2
H3C NH
+m/z 86 (22%)
H2N C NH+
m/z 43 (90%)
C NH2
CN N
O
CH3 + - H.
CH3.-
-
.+
.H-
CH3 N CH2
.+ .+
113
113
86114
m/z 0 20 40 60 80 100 1200
50
100%
m/z 0 20 40 60 80 100 120
100
50
0
%
114
132
FI FD
Giorgio Bonaga
Giorgio Bonaga
COOH NH2
C
CH3NH
mol wt 131
FI FD
COOH NH2
CNCH3
NH2+
m/z 132(NO PEAK !)
m/z 132 (100%)
-H2O
m/z 114 (100%) m/z 115 (4% 13 C)
m/z 113 (90%)
m/z 113 (100%) m/z 86 (80%)
+.+.
COOH NH2
CNCH3
NH2
H2O-
C NHC
NCH3
NH2
O
+
C NHC
NCH3
NH2
O
+
m/z 114 (70%) m/z 115 (3% 13 C)
+
C NHC
NCH3
NH
O
- H.
- H.
C NHC
NCH3
NH
O
N
NH
CH3C NH2
- CO
N
NH
CH3C NH
+
m/z 85 (6%)
- H.
+.
FI/FD: creatina
ELECTROSPRAY (ESI)
Giorgio Bonaga
SORGENTE ELECTROSPRAYElectrospray Source = ESI
counterelectrode
skimmer electrodes
Taylor cone LC
MSanalyzer
high vacuumatmosphericpressure
electrospraycapillary
CONO DI TAYLOR ( 0,7-5,0 kV)Giorgio Bonaga
+
+
++
+
+ +
+ +
+
++
+
+
+ +++
+++
+++
+
+ +
++
+
+ +
+
+
+ ++
++
+
+ ++ +
+
evaporazionedel solvente
fissione dellagocciolina
formazione di ioni per ulteriorefissione e/o evaporazione ionica
[M + nH] n+
-
- --
--
-
- -- -
-
Giorgio Bonaga
227,0
228,1186,8121,0
89,0
87,0
100
0
%
m/z
[M – H] -HO
OH
ESI: resveratrolo (mol wt 228)
ELECTROSPRAY (ESI)
Giorgio Bonaga
ESI
exhaustturbo/diffusive
pumps
rotarypunp
corona discharge electrode
sheathgas
bathgas
probeheater
counterelectrode
sourceheater transfer
opticsskimmer
Q-rods
IONIZATION REGION(ATMOSPHERIC PRESSURE)
INTERMEDIATEPRESSURE
REGION
ANALYZER(HIGH VACUUM)
Giorgio Bonaga
nebulizergas
+
SORGENTE APCIAtmospheric Pressure Chemical Ionizatio = APCI
APCI
Giorgio Bonaga
N2 + e- N2+. + 2e-
N2+. + N2 N4
+. N4
+. + C6H6 2N2+ C6H6+.
C6H6+. + M C6H5
. + [M + H]+
Spettro di massa APCI della sulfametazina (mol wt 278)
108
m/z 100 150 200 250 3000
%100
50
124156
186
279
Giorgio Bonaga
Giorgio Bonaga
N
NNH
SO
O
H3C
H3C
NH2
N
NNH
SO
H3C
H3C
NH2
OH
mol wt 278
H ++
mol wt 279 (15%)
NH2+S
O
O
+
N
NNH
S
H3C
H3C
O
O+
mol wt 156 (65%)mol wt 186 (100%)
NH2 N
NNH 2
H3C
H3C
- -
NH2+S NH2
+O
- -O2 SO
mol wt 124 (85%) mol wt 108 (15%)
APCI: sulfametazina
[M-H]+ [M-H]+
+
++
MALDIMatrix-Assisted Laser Desorption/Ionization =
MALDI
Giorgio Bonaga
[M-H]+
+
[M-H]+
+
+ -
laser pulsato (UV = 337 nm)
time-of-flight
trap(sample target)
30.000 V
LASER
Giorgio Bonaga
mirror mirrorelectrode
electrode
UVradiation
s
SORGENTE MALDI
Giorgio Bonaga
ionacceleration
sampletarget
focusinglens
pulsed laser
time-of-flight(TOF)
detector
Giorgio Bonaga
100
0
%
14000 14500 15000
a-lattalbumina (a-LA)14177,5
a- LA + 1 LAT14503,3
a- LA + 2 LAT14826,2
m/z
MALDI: a-lattoalbumina
MALDI
Giorgio Bonaga
IONIZZAZIONE CON ATOMI VELOCIFast Atom Bombardment = FAB
deflector
slow ions
fast ions
slow atoms
fast atoms
probeplasma
FAB GUN(Xe o Ar)
2-10 kV -
+
Giorgio Bonaga
10-5 torr
FAB: organometallico C27H28P2Pt (con 194Pt )
P
PPt
CH3
CH3
mol wt 608
(M - CH3)+
593
Giorgio Bonaga
mol wt 1354
1300 1320 1350 m/z
1329
1355N
NH2
O
O
HHO
N
HOH
HN
N
OPO
O O H
Co+C N
NH
NH
O
O
H2N
O NH2
O
H2N
N N
O NH2
O
NH2
Giorgio Bonaga
FAB: vitamina B12 (spettro parziale)
FAB
Giorgio Bonaga
CONFRONTO TRA SORGENTI IONICHE
Giorgio Bonaga
SOURCE
MASS RANGE (Da) ACCOPPIAMENTO SENSIBILITA
’
EI 500 GC/MS > 10-12
CI 500 GC/MS > 10-12
ESI 70.000 LC/MS > 10-13
nano ESI 70.000 LC/MS > 10-15
APCI 1200 LC/MS > 10-15
MALDI 300.000 LC/MS > 10-15
FAB 7.000 no 10-9<>
MASS RANGE E SENSIBILITA’
Giorgio Bonaga
EI/CIESI
nanoESI
MALDI
102 103 104 105 106
mass range (Dalton)
sens
ibilit
à (m
oli)
10-15
10-14
10-13
10-12
APCIEI/CI
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