A tmegspektrometria analitikai s szerkezetvizsglati alkalmazsai Dr Balla

A tömegspektrometria analitikai és szerkezetvizsgálati alkalmazásai Dr. Balla József 2009.

A tömegspektrometria rövid története: • Wien ( 1896 ? ) • Thompson • Aston, Dempster • Nier • Johnson szervetlen MS 1900 -1950 szerves MS 1950 -től 2

A tömegspektrometria definíciója: 1. Dinamikus tömegmérési módszer 2. Csökkentett nyomású térben gerjesztés hatására a mintából keletkező ionokat gyorsító elektrosztatikus tér hatására olyan erőtérbe juttatjuk, ahol fajlagos tömegük (m/z) szerint elkülönülnek, és ezt követően egy detektorban mérjük az ionok intenzitását. Az ionintenzitás- fajlagos tömeg közötti függvénykapcsolat a tömegspektrum. A tömegspektrum egyedi. ( Ujjlenyomat. ) 3

Tömegspektrum: 4

A mágneses eltérítés elve: 5

Az MS elvi felépítése 6

Mintabeviteli megoldások 1. Direkt mintabevitel (zsilipelés) • gázok • folyadékok • szilárd minták bevitele 2. Indirekt mintabevitel • GC-MS • LC-MS • CE-MS 7

Az ionforrások feladata: • Ionok előállítása • ionok gyorsítása • koherens ionnyaláb biztosítása Az ionizáció történhet gáz, folyadék és szilárd fázisban 8

Ionforrások: - szervetlen - szerves „szerves” ionforrások: -EI -CI -TD -FAB -MALDI -API: APCI, ES

Az EI (electron impact: ütközéses ionforrás) elve N gyorsító elektród izzó katód elektron nyaláb + + + (+) ionnyaláb U minta (M) M+e M+ + 2 e anód S ionoptika Analizátor repeller - U = 1 -100 k. V 10

Térerő: 106 V/cm (+) ionnyaláb Analizátor TI, TD ionforrás minta (M) M + elektromos energia [M + H]+ , M+, [M – H]+ 11

12

CI ionforrás M + CH 5+ gyorsító elektród izzó katód Analizátor repeller CH 5+ + Reagens gáz: CH 4, NH 3, propán, PB [M+H]++CH 4 anód minta (M) 13

14

MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization) [Mátrix + M] lezer [Mátrix] + M+ Nitrogén lézer Mátrix + M D ionizáció – deszorpció 15

FAB Arkin + ++ Ar+ M+ + ++ ütközési cella Analizátor Ar+ + Ar Ar, He Ar minta (M) Arkin + M M+ + Ar 16

APCI 17

18

ES 19

20

21

ES 22

Analizátorok • Mágneses analizátorok (180, 90, 60°-os eltérítésű) • kvadrupól analizátorok • ioncsapda • TOF • kettős fókuszálású • MS/MS, MSn 23

Mágneses analizátor 24

Kvadrupól MS 25

Ioncsapda MS 26

Ioncsapda MS 27

TOF MS 28

29

Detektorok • Fotolemezes detektor • ionsokszorozó • fotosokszorozó 30

Vákuumrendszerek: Analitikai készülékek: kétfokozatú Szerkezetvizsgálók: három fokozatú: 1. fokozat: elővákuum-rotációs szivattyú (102 k. Pa-0. 1 -1 k. Pa-ig) 2. fokozat: turbomolekuláris szivattyú diffúziós szivattyú (0. 1 -1 k. Pa-ról 10 -6 -10 -7 k. Pa-ig) 3. fokozat: iongatter (10 -8 -k. Pa-ig) 31

MS teljesítményjellemzők: • Felbontóképesség: R<104 kisfelbontású R>104 nagyfelbontású 32

MS teljesítményjellemzők II. • Érzékenység • Kimutatási határ mágneses 10 -9 g kvadrupól 10 -15 g MALDI-TOF 10 -19 -10 -21 g • Tömegtartomány gázelemzők 1 -100 dalton rutin analízisre 10 -1000 dalton MALDI-TOF 10 -106 dalton 33

MS teljesítményjellemzők III. • Tömegtartomány: gázelemzők 1 -100 dalton rutin analízisre 10 -1000 dalton MALDI-TOF 10 -106 dalton • Tömegmérés pontossága: analitikai: 0. 1 -0. 5 dalton nagyfelbontású: 10 -4 dalton (1 ppm) 34

MS teljesítményjellemzők IV. • Tömegspektrum felvételi sebesség 0. 1 -1 s SCAN: pásztázó mérés- tömegspektrum SIM: szelektív ionkövetés- mennyiségi mérés 35

Adatkezelés (számítógépes) • Adatfeldolgozás ( nyers spektrum felvétele, feldolgozása, értékelése, tárolása, könyvtárazás…) • Szabályozás 36

Az MS mint analitikai információforrás: • Egyedi alkotók (GC, LC, CE stb. elválasztást követően) minőségi analízise • az alkotók mennyiségi elemzése a kromatográfiás csúcsok vagy a SIM mérés alapján 37

Az MS mint szerkezeti információforrás • Pontos tömegméréssel • és az egyedi alkotók spektrumának az értelmezésével 38

A tömegspektrumok értelmezése • EI • CI • FAB, MALDI • APCI, ES spektrumok A legtöbb szerkezeti információ az EI spektrumokból! 39

Ionkémiai folyamatok az EI-ben 1. Primer ionizáció 2. Fragmentációs folyamatok 3. Kétszeres töltésű ionok 4. Pszeudo-molekulaionok 5. Elektronbefogásos ionizáció 6. Metastabil ionok 40

41

1. Ionkémiai folyamatok A molekula ionizációja 42

2. Ionkémiai folyamatok A -kötés hasadása 43

44

3. Ionkémiai folyamatok Átrendeződések 45

Izotópok szerepe a tömegspektrumok értelmezésében 13 C / 12 C ~ n. C 37 Cl / 35 Cl ~ n Cl 81 Br /79 Br ~ n Br n+1 szabály 46

A spektrumok értelmezését segítő szabályok 1. Paritások 2. N-szabály 3. telítetlenség 4. a spektrum jellege 47

Nagyfelbontású MS • • • Pontos tömegmérés (csúcsillesztés) anyaion-leányion „metastabil” ionok megjelenési potenciál ionkinetikus energia spektrum 48

Kettős fókuszálású Nier-Johnson MS 49

Kettős fókuszálású Matthau-Herzog MS 50

• GC-MS • LC-MS készülékek felépítése, a módszerek előnyei, analitikai alkalmazásaik 51

LCMS-IT-TOF Atmospheric pressure ionisation interface ESI source Quadrupole ion trap Compressed ion introduction Argon used as the ion cooling gas Q-array octopole Ion transfer 52