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