44
Masni spektrometer uvajanje ionizacija Masni analizator detektor vakum procesor Ionizacija molekul v plinih M + e M *+ + 2e 50 – 100eV (70eV), t = 10 -16 s ABCD *+ ABC+ + D* AB + + CD* AB* + CD + Izotopni ioni, večkrat ionizirani ioni Stabilni in metastabilni ioni ENAKI MS - spektri - zbirke

Masni spektrometer · Masni spektrometer uvajanje ionizacija Masni analizator detektor vakum Ionizacija molekul v plinih procesor M + e M *+ + 2e 50 – 100eV (70eV), t = 10-16s

  • Upload
    trantu

  • View
    226

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Masni spektrometer

uvajanje ionizacija Masni analizator detektor

vakumprocesorIonizacija molekul v plinih

M + e M *+ + 2e 50 – 100eV (70eV), t = 10-16s

ABCD *+ ABC+ + D*AB+ + CD*AB* + CD+

Izotopni ioni, večkrat ionizirani ioniStabilni in metastabilni ioniENAKI MS - spektri - zbirke

Ioni z različnim m/z v različnem številu

Reža za izbiro ionov

Analiza ionovpo m/z

Elektronska pomnoževalka

MS -SPEKTROMETRIJA

Ionizacija z elektroni (EI-Electron Impact Ionization)

katoda

MS

Vzorec v plinu

~10-5 Pa

Energija elektronov 50-100eV

Višja energija izdatnejša ionizacija – tudi večja fragmentacija (v povprečju se ionizira le vsaka 10-4 od vseh prisotnih molekul)

Največkrat za ionizacijo nepolarnih in slabo polarnih org. molekul do m/z 1000

Problemi pri določanju molekulske mase!

MASNA SPEKTROMETRIJA

• POTREBEN JE VISOK VAKUUM (10-4-10-5

TOR)• RAZLOG: VEČJA PROSTA POT DELCEV• PROSTA POT: POVPREČNA RAZDALJA, KI

JO PREPOTUJEJO DELCI (IONI, MOLEKULE), PREDEN ZADENEJO DRUGI DELEC

VAKUUMSKI SISTEM

• Dvostopenjski sistem črpalk• rotacijska črpalka (predčrpalka) vakuum 10-2 –

10-4 torr• turbomolekularna ali difuzijska črpalka za končni

vakuum – 10-5 tor

Ionizacija- elektronska

• Elektron z energijo 70 eV zadene nevtralno molekulo. Pri trku izbije elektron in nastane molekularni ion z dodatno energijo

• Dodatna energija povzroči fragmentacijo –cepitev molekule.

• 70 eV je primerna energija elektronov.• Manjša energija povzroči neučinkovito ionizacijo,

pri višjih energijah pa je fragmentacija prevelika, kar vpliva na kvaliteto informacij v spektru

Elektronska Ionizacija

• visoka stopnja ionizacije• izgine molekularni ion• vzorec mora odpareti• odparevanje v ionskem izvoru

Ionizacija- elektronska

Ionizacija- elektronska

• Katoda žička iz Re ali W - izvor elektronov• Tarča: anoda, ki v povezavi s katodo tvori

elektrone• Odbojna elektroda- repeller “potiska”

pozitivne ione iz izvora• Ionske leče: serija negativnih elektrod z

naraščajočim negativnim nabojem, ki pospeši ione v masni spektrometer

Ionizacija

Pospeševanje ionov

EI –spekter etilbenzena –pravila fragmentiranja-značilni odcepi: ali spremenjeni za 2 (-2H), PREMESTITVEheksil m/z 85pentil 71butil 57etil 29metil 15

EI-spekter metilenklorida35Cl : 37Cl = 75:25; 13C : 12C=1:100; 79Br :81Br = 1:1

Izotopi ogljika 12C 13C (1%)Intenziteta M+1 služi za oceno št. C atomov

Masni spektrometer –identifikacija spojin

• Na osnovi masnih spektrov- pravila fragmentacije, dušikovo pravilo- vse organske spojine imajo sodo molsko maso, razen če vsebujejo liho število N atomov

• Primerjava MS s spektri v zbirkah

• Problemi: prevelika fragmentacija-izgubimo M+, izomeri, čiste spojine

Kvantitativna analiza – standardi (intenzitete, izotopsko razredčenje)

Določanje elementne sestave- HRMS

Kemijska ionizacija

katoda

MS

Vzorec : reagentni plin (1:1000)

~100Pa ~10-2 Pa

Ionizacija reagentnega plina (CH4)

CH4+, CH3

+(90%),CH2+

Pride do prenosa protona (M+1)+ , (M-1)+

Mehka ionizacija - slabša fragmentacija

CI, EI –spekter 1-dekanola

Ionizacija v tekočinah

• Ionizacija z razprševanjem pri atmosferskem pritisku (APCI)

N2 + e N2+ + 2e

N2+ + 2N2 N4

+ + N2 …..H3O+, H3O+(H2O)n,

H3O+(H2O)n + M MH+ + (n+1) H2O Protonirane/deprotonirane molekule

• Ionizacija z razprševanjem v električnem polju (ESI)

• Že ioni v raztopinah

APCI

Ionizacija z razprševanjem v električnem polju (ESI)

že ioni v raztopinah

Nastanek večkrat nabitih ionov- identifikacija proteinov-proteomikaPeptidne karte –po razgradnji proteinov

Analiza ionov – ločevanje ionov po m/zMasni analizatorji:

R = m/Δ m

Identifikacija spojin z enako nominalno maso:

C2H4+ (28,0313), CH2N+ (28,0187), N2

+, CO+ m/z = 28

∆m = 0,0126 R = 28/0,0126 = 2200

visokoločljivostni R›1000 (na magnetni razklon, na osnovi časa preleta ionov)

nizkoločljivostni R‹1000(kvadrupolni, na osnovi ionske pasti)

Ločjivost analizatorjev

Analizatorji na magnetni razklonzeV = ½ mv2 zevB = mv2/r r = 1/B x √2mV/ze

Težji ioni

Lažji ioni

Samo ioni s pravim m/z za dano jakost magnetnega polja (B) dosežejo kolektor

Umerjanje-kalibracija “tuning” MS s spojinami z znano fragmentacijo (PFTBA – perfluorotributil amin m/z 69,219,502)

TOF-ANALIZATOR

• TOF – analizator na osnovi časa preleta ionov

½ mv2 = zeV L = v.t

m/z = (2eV/L2) t2

TOF-ANALIZATOR

Kvadrupolni masni analizatorji● Kompaktni in robustni

● cenejši

● hiter čas scaniranja (analize po vseh m/z v izbranem območju)

Ločljivost pod 1000, primeren za GC-MS, tudi za LC-MS

Detekcija ionov

Fotografska ploščaElektronska ali fotoelektronskapomnoževalka

Velika ojačitev tokov (109)-merimo tok nekaj ionov ----nizka meja zaznave

Uporaba masne spektrometrije v analitiki

• MS omogoča identifikacijo spojin iz ng količin!• Identifikacija spojin z MS v mešanici zelo težavna!• Spojina mora biti čista, sicer MS/MS

• MS SE PREDVSEM UPORABLJA KOT SELEKTIVNI DETEKTORpri kromatografiji!

Detektorji

• FID,TCD, ECD – določanje PCN,PCB…,NPD – triazini

• MS – nizki LOD za vse spojine (1ng spojine)• MS – specifični detektor na m/z osnovi,

merimo predvsem ione z m/z od 20 do 500

• Ionizacija spojin

• EI (70eV) – “trda” ionizacija - fragmentacija ; lahko izgubimo molekulski ion

• CI – “mehka” ionizacija– tudi za kvantitativno analizo

Identifikacija,kvantifikacija z GC-MS• Povezava GC s kapilarnimi kolonami (pretok ml/min) brez

“make up” plina enostavna! • Izbira nosilnega plina- He ? Odstranitev topila “solvent

delay”• Kolona direktno v ionizacijsko celico, IZBIRA KOLONE!

• MSD- TIC (EIC-extracted ion chromatogram) LOD primerljiv z FID (ng)

• (EI, CI) masni spektri – identifikacija• Kvantitativna analiza • Merjenje toka vseh ionov (TIC)

• SIM (Selective Ion Monitoring) – kvantitativna analiza• Uporaba izotopsko označenih spojin kot interni standard

NIŽJA LOD !

GC-MS

GC-MS

R.Grob, E.F.Barry, Modern Practice of Gas Chromatography,Wiley 2004

Etilkarbamat v alkoholnih pijačah,

vinu (MDK 30µg/L)

Sadni likerji (400µg/L)

EI spekter m/z 74,62,45, 44, 18

IS etil13C15N karbamat m/z 64

Uporaba MS kot detektorji pri HPLC

• Izbira mobilne faze- samo hlapne sestavine- pufri (amonacetat, trifluorocetna kislina) –pretok ml/min

• Izbira ionizacije (ESI, APCI) – predvsem informacijo oprotoniranih ali deprotoniranih molekulah m/z

• Nižja meja zaznave v primerjavi s spektrofotometičnimi detektorji (nekaj 10ng → nekaj 0,1ng)

• Za identifikacijo MS/MS selektivna detekcija z nizko LOD!

MS-MS

Prekurzorski ion Produktni ion

GC MSM1,M2,M3

Injektor Ionizacija

MS-MS

Različne kombinacije analizatorjev:3QQ-TOF (MALDI-Q-TOF)Prvi MS loči molekularne ione mešanice (PREKURZORSKI ION)

Ionski izvor drugega MS-kolizijska celica (He, N2), kjer pride do cepitve vezi – fragmentacije prekurzorskega iona

Drugi MS ločuje fragmente izbranega molekularnega iona

Identifikacija spojin! Ni zbirk spektrov!

MS-MS

SIM – MRM (spremljanje specifičnih reakcij)

Določanje ClO3- v vodi (2ppb)

35ClO3- → 35ClO2

- + 35ClO- + 35Cl-m/z =83 m/z = 67

Selektivna detekcija!Določanje polarnih pesticidov v vodah! Ni nujna popolna

kromatografska ločitev!

Visokoločljivostna masna spektometrija -HRMS• Ko določimo natančno maso iščemo pozbirkah možne bruto

formule spojin- tudi strukture!• Na osnovi lastnosti vezi lahko predvidimo cepitve-fragmente,

ki jih lahko potrdimo z MS/MS

Lahko določamo tudi natančno maso fragmentov. (ORBITRAP –MS/MSn)

Visokoločljivostna masna spektometrija -HRMS

• Določanje formule spojine• Posebna kalibracija

npr. C4F9+ m/z = 218,9856

Natančnost masne meritve ± 1ppm

V2 = 4973,15 VV1 = 5000 V

m1/m2 = V2/V1 m2 = m1V1/V2

m2 = 218,9856 X 5000/4973,1 ==220,1701

Spojina masa

C13H20N2O 220,1576

C7H20N6O2 220,1647

C9H22N3O3 220,1661

C11H24O4 220,1674

C12H20N4 220,1688

C14H22NO 220,1702

Določanje izotopske sestave

• Organske spojine pretvorimo v CO2 in določimo 13CO2/12CO2

• Standard CaCO3 Pee-Dee (13C/12C = 1,12372x10-2)• Vrednost d13C je odvisna od tega, ali gre za C3 fiksacijo ogljika

(Calvinov fotosintezni cikel) ali C4 fiksacijo ogljika (Hatch-Slackov cikel)

• Vrednost d13C pri C4 fiksaciji:- 10 ‰ (koruza, sladkorni trs)• Vrednost d13C pri C3 fiksaciji:- 25 ‰• Naravni med ima vrednosti d13C med :- 27,4 ‰ in -22,5 ‰• Geografski izvor• Izvor rastlin

Določanje anorganskih spojin z MS

• ICP-MS

• Ali je ta ionizacija tudi primerna za ionizacijo organskih spojin?

• Določanje izotopske sestave – določanje starosti (minerali,dokumenti, umetnine)

• sledenje izvora (naravni sladkorji v vinu – sladkano vino, ponaredki-surogati medu,...)

• 13C/12C – različno v glukozi glede na biološki cikel sprememba razmerja se uporablja za ugotavljanje izvora

Sprememba razmerja tudi za določanje starosti

Določanje izotopske sestave

• Določanje biosintetskih poti

• Geografski izvor• Izvor rastlin

Organske spojine pretvorimo v CO2 in določimo 13CO2/12CO2