Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Tömegspektrometria A tömegspektrometria olyan vizsgálati módszer, amelynél ionos részecskéket választunk el fajlagos tömegük (töltésegységre eső tömegük:

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Tömegspektrometria A tömegspektrometria olyan vizsgálati módszer, amelynél ionos részecskéket választunk el fajlagos tömegük (töltésegységre eső tömegük:"— Előadás másolata:

1 Tömegspektrometria A tömegspektrometria olyan vizsgálati módszer, amelynél ionos részecskéket választunk el fajlagos tömegük (töltésegységre eső tömegük: m/z) szerint, csökkentett nyomáson, elektromos, vagy mágneses mezők segítségével. A tömegspektrometria olyan vizsgálati módszer, amelynél ionos részecskéket választunk el fajlagos tömegük (töltésegységre eső tömegük: m/z) szerint, csökkentett nyomáson, elektromos, vagy mágneses mezők segítségével. Az elválasztott ionok intenzitását folyamatosan mérjük, s így egy ionáram intenzitás - fajlagos tömeg függvény-kapcsolathoz, az ún. tömeg- spektrumhoz jutunk. Az elválasztott ionok intenzitását folyamatosan mérjük, s így egy ionáram intenzitás - fajlagos tömeg függvény-kapcsolathoz, az ún. tömeg- spektrumhoz jutunk. Ez a tömegspektrum a minőségi információ alapja, ugyanis nincs két olyan szerves vegyület, amelyiknek a tömegspektruma azonos lenne. Ez a tömegspektrum a minőségi információ alapja, ugyanis nincs két olyan szerves vegyület, amelyiknek a tömegspektruma azonos lenne.

2 Tömegspektrométer részei 1. Mintabeviteli rendszer (közvetlen: gáz, folyadék, vagy szilárd minta bevitele, közvetett: GC, HPLC. 2. Ionforrás az ionoptikával (ionok előállítása). 3. Analizátor (ionok elválasztása fajlagos tömegük szerint). 4. Detektor (ion, vagy fotonsokszorozó). 5. Vákuumrendszer (első fokozat egy olajrotációs szivattyú (0,1 kPa), a második egy turbomole- kuláris pumpa, mellyel kPa nyomást lehet elérni). 6. Számítógép szabályzó és adatkezelő (adatgyűjtő, feldolgozó, értékelő, archíváló) funkcióval.

3 Ionforrások Feladata: a vizsgálandó molekulából valamilyen gerjesztő energia (kinetikus, fény, elektromos, kémiai, stb.) segítségével ionokat hozzon létre és ezeket az ionokat lehetőleg azonos kinetikus energiával, egy nyalábban mozgatva, gyorsítva juttassa az analizátorba. 1, Elektronütközési (elektronimpakt) ionizáció (EI) Leggyakoribb (95%) Leggyakoribb (95%) eV energiájú termikus elektronok (wolfrámizzószál) eV energiájú termikus elektronok (wolfrámizzószál) Ütközési ionizáció gázfázisban Ütközési ionizáció gázfázisban

4 1: mintabevezető nyílás; 2: ionvisszaverő lemez (repeller); 3: izzószál; 4: elektronbevezető nyílás; 5 és 6: iongyorsító rés; 7: belépő nyílás; 8: ionképződés helye; 9: anód EI ionforrás V tér

5 Etilbenzol spektruma Relatív intenzitás bázis csúcs molekulaion

6 2, Kémiai ionizáció (CI) Kíméletesebb ionizáció Kíméletesebb ionizáció Fragmensek számának csökkentése Fragmensek számának csökkentése (tömegspektrum egyszerűsítése). (tömegspektrum egyszerűsítése). A mérendő mintát az elektronforrásba belépése előtt "reagens" gázzal kb. tízezer- szeresére hígítják. A mérendő mintát az elektronforrásba belépése előtt "reagens" gázzal kb. tízezer- szeresére hígítják. A reagens gáz molekulái ionizálódnak. Az így keletkezett primer ionok ütközése a vizsgá- landó molekulákkal vezet a szekunder ionok képződéséhez. A reagens gáz molekulái ionizálódnak. Az így keletkezett primer ionok ütközése a vizsgá- landó molekulákkal vezet a szekunder ionok képződéséhez.

7 Kémiai ionizáció főbb lépései metán gáz esetén Primer ionképződés: Szekunder ionképződés: Pszeudo-molekulaion képződése

8 Szilárd hordozóra felvitt minták vizsgálata 1, Gyors atom ütközési ionizáció – Fast Atom Bombardment (FAB) Argonágyú (4-10 keV) → szilárd hordozóra felvitt minta, vagy szilárd minta → felületéről szekunder ionok kilökése → analizátor. 2, Folyadék szekunder ion tömegspektrometria - Liquid Secondary Ion Mass Spectrometry (LSIMS) Céziumion ágyú (2-30 keV) → lsd. FAB Hordozó: fém Mátrix: glicerin, 3-nitro-benzil-alkohol Hőérzékeny vegyületek kíméletes ionizációja

9 FAB és LSIMS [M+H] + [M+Na] + [M+Na] +

10 Alkalmazás: peptidek és más biomolekulák, szulfonsav- származékok, ionos szerves fémvegyületek. FAB az egyik legjobb ionizációs technika ionos vegyületekre. Etilén-glikol-monoéter

11 Mátrix közvetítésével végzett lézer deszorpciós ionizáció - Matrix Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI) “Fotoionizációs” – jól szabályozható lézerforrás → mátrix molekulák (fotodisszociáció elkerülése) → vizsgált molekulák “Fotoionizációs” – jól szabályozható lézerforrás → mátrix molekulák (fotodisszociáció elkerülése) → vizsgált molekulák Kíméletes ionizáció Kíméletes ionizáció Termikusan érzékeny anyagok, enzimek, hormonok, vagy akár több százezer dalton tömegű biomolekulák, fehérje szekvenciák tömegspektrometriás vizsgálata. Termikusan érzékeny anyagok, enzimek, hormonok, vagy akár több százezer dalton tömegű biomolekulák, fehérje szekvenciák tömegspektrometriás vizsgálata.

12 MALDI N 2 lézer – 337 nm, UV Mátrix (benzoesav és fahéjsav származékok, 100x feleslegben) és minta beszárítása vákuumban Mátrix adszorbeálja a lézerfényt → elpárologtatja és ionizálja a mintamolekulákat

13

14 A Bovine Serum Albumin (BSA) MALDI spektruma

15 Folyadékok ionizálási módszerei HPLC-interfész technikák 1)Termoszpré (Thermospray) – vákuumba porlasztás, hőstabil vegyületek. 2)Elektroszpré (Electrospray) - atmoszférikus nyomáson folyadék porlasztás, hőérzékeny és ionizálható vegyületek. 3)Atmoszférikus nyomású kémiai ionizáció Atmospheric Pressure Chemical Ionization (APCI) – atmoszférikus nyomáson folyadék porlasztás, hőstabil és nem ionos vegyületek, kémiai ionizáció. LÁGY IONIZÁCIÓ, KISMÉRTÉKŰ FRAGMENTÁCIÓ LÁGY IONIZÁCIÓ, KISMÉRTÉKŰ FRAGMENTÁCIÓ

16 ELECTROSPRAY (ESI) Elektrospray ionizáció során a kromatografáló oszlopról eluálódó ionos molekulákat (szerves savak, szerves bázisok, vagy sóik) egy porlasztó gáz egy feszültség alatt lévő kapillárison porlaszt keresztül. Elektrospray ionizáció során a kromatografáló oszlopról eluálódó ionos molekulákat (szerves savak, szerves bázisok, vagy sóik) egy porlasztó gáz egy feszültség alatt lévő kapillárison porlaszt keresztül. A folyadékcseppekbe zárt töltéshordozók sűrűsége az intenzív párolgás (nincs hőbomlás!) követ- keztében egyre nagyobb lesz, s szinte szétrob- bannak a cseppek, s a szabaddá vált ionok gyorsítás után az analizátorban elválaszthatók fajlagos tömegük szerint. A folyadékcseppekbe zárt töltéshordozók sűrűsége az intenzív párolgás (nincs hőbomlás!) követ- keztében egyre nagyobb lesz, s szinte szétrob- bannak a cseppek, s a szabaddá vált ionok gyorsítás után az analizátorban elválaszthatók fajlagos tömegük szerint.

17 ELECTROSPRAY 1-3 kV

18 Pozitív ionizáció Negatív ionizáció AminoKarboxil AmidHidroxil/fenol ÉszterImid Aldehid/keto

19 Pozitív ionizáció:[M+H] +, [M+Na] +, [M+CH 3 CN+H] + Pozitív ionizáció:[M+H] +, [M+Na] +, [M+CH 3 CN+H] + Negatív ionizáció:[M-H] - [M+HCOO] - Negatív ionizáció:[M-H] - [M+HCOO] - Lassú áramlási sebesség < 1 ml/min Lassú áramlási sebesség < 1 ml/min Eluens pH: Eluens pH: - Savas, a bázikus komponenseknél, pozitív módban. - Savas, a bázikus komponenseknél, pozitív módban. - Bázisos, a savas komponenseknél, negatív módban. - Bázisos, a savas komponenseknél, negatív módban. Puffer: Illékony és kis koncentrációjú (ion szupresszió elkerülése) Puffer: Illékony és kis koncentrációjú (ion szupresszió elkerülése)

20 Lószív mioglobin ESI tömegspektruma (M: Da) Gauss görbe

21 APCI Az APCI eredetileg nem ionos vegyületek vizsgá- latára alkalmas ionizációs interfész. Az APCI eredetileg nem ionos vegyületek vizsgá- latára alkalmas ionizációs interfész. A folyadékkromatográfiás eluens molekulái ionizálódnak (pl. a vízből keletkeznek H 3 O + ), s ezek az ionok képesek protonálni (kémiai ioni- záció) az eredetileg nemionos molekulákat. A folyadékkromatográfiás eluens molekulái ionizálódnak (pl. a vízből keletkeznek H 3 O + ), s ezek az ionok képesek protonálni (kémiai ioni- záció) az eredetileg nemionos molekulákat. A keletkező pszeudo-molekulaionokat (M+H) +, (M+Na) +, (M+oldószer ionja) + és néhány fragmen- sét gyorsítás után az analizátor választja szét. A keletkező pszeudo-molekulaionokat (M+H) +, (M+Na) +, (M+oldószer ionja) + és néhány fragmen- sét gyorsítás után az analizátor választja szét. Poláros szerves vegyületek analízise Poláros szerves vegyületek analízise (gyógyszerek!) (gyógyszerek!)

22 APCI N2N2N2N C 3 kV

23

24 Atropin APCI tömegspektruma

25 MS-ANALIZÁTOROK Az analizátor választja el az ionforrásból nagy sebességgel érkező ionokat fajlagos tömegük szerint. Az analizátor választja el az ionforrásból nagy sebességgel érkező ionokat fajlagos tömegük szerint.Fajtái: 1. repülési idő (TOF: time of flight), 2. elektromos, pl. kvadrupól és ioncsapda, 3. mágneses analizátorú, 4. elektrosztatikus, 5. kettős fókuszálású (nagy felbotóképességű), 6. tandem (MS/MS, MS n ).

26 TOF Ha minden töltéshordozó azonos kinetikus energiára tesz szert, akkor egyszeres iontöltés esetén: Ha minden töltéshordozó azonos kinetikus energiára tesz szert, akkor egyszeres iontöltés esetén: Z = iontöltése V = gyorsítófeszültség v = ion sebessége t = idő L = úthossz m = tömeg

27 Kalibrálás: pontosan ismert m/z értékű ionokra Ha L = 1m és V = 2000V, akkor t N 2 + = 8,37 μs és t O 2 + = 8,94 μs

28 V/V 0 = állandó ω a meghatározó !

29 Ioncsapda – Ion Trap (IT)

30 Az elektronemitterből érkező elektronok egy kapuelektródon át eV-os energiával jutnak be az ioncsapda elektródok közé, ahová a mintát is bevezetjük. Ionizáció (EI, CI). Az elektronemitterből érkező elektronok egy kapuelektródon át eV-os energiával jutnak be az ioncsapda elektródok közé, ahová a mintát is bevezetjük. Ionizáció (EI, CI). Az ioncsapda elektródok olyan háromdimenziós teret hoznak létre, amelyben az ionok aperiodikus oszcillációra kényszerülnek, s a csapdában vannak mindaddig, amíg egy axiális amplitúdó moduláció (RF változtatása) az adott fajlagos tömegű és adott rezgésre képes iont az ionsokszorozó detektorba nem juttatja. Az ioncsapda elektródok olyan háromdimenziós teret hoznak létre, amelyben az ionok aperiodikus oszcillációra kényszerülnek, s a csapdában vannak mindaddig, amíg egy axiális amplitúdó moduláció (RF változtatása) az adott fajlagos tömegű és adott rezgésre képes iont az ionsokszorozó detektorba nem juttatja. Érzékenyebb, mint a kvadrupól. Érzékenyebb, mint a kvadrupól. Kis helyigény. Kis helyigény. MS/MS könnyen megvalósítható. MS/MS könnyen megvalósítható.

31 Detektor A detektor fő feladata az, hogy az egyes ionok számával arányos intenzitású jelet szolgáltasson. A legelterjedtebben ion-, vagy fotosokszorozó detektorokat használunk. A detektor fő feladata az, hogy az egyes ionok számával arányos intenzitású jelet szolgáltasson. A legelterjedtebben ion-, vagy fotosokszorozó detektorokat használunk. Az ionsokszorozók (ionmultiplierek) eseté- ben a felfogó elektródra (dinód) becsapódó ionok elektronemissziót váltanak ki, ezek az elektronok a szemben elhelyezkedő elek- tródra csapódva szekunder elektronemisz- sziót hoznak létre ( jelerősítés). Az ionsokszorozók (ionmultiplierek) eseté- ben a felfogó elektródra (dinód) becsapódó ionok elektronemissziót váltanak ki, ezek az elektronok a szemben elhelyezkedő elek- tródra csapódva szekunder elektronemisz- sziót hoznak létre ( jelerősítés).

32 ov ov ov ov

33 Tömegspektrométerek jellemző adatai 1. felbontóképesség, 1. felbontóképesség, 2. tömegtartomány, 2. tömegtartomány, 3. felvételi sebesség, 3. felvételi sebesség, 4. kimutatási határ, 4. kimutatási határ, 5. ionátviteli hatásfok, 5. ionátviteli hatásfok, 6. hőmérséklettartomány. 6. hőmérséklettartomány.

34 A felbontóképesség: adott tömegtartományban két egymás melletti, eltérő tömegű ion mennyire különböztethető meg egymástól. A felbontóképesség: adott tömegtartományban két egymás melletti, eltérő tömegű ion mennyire különböztethető meg egymástól.

35 Tömegspektrometria alkalmazása 1. gázelemzés: lámpa töltőgázok elemzése, fermen- tációs gázelegyek. 2. izotóparány mérés: kőzetek, ásványok, biológiai rendszerek elemeinek izotóparány meghatá- rozása (pl. geológiai kormeghatározás, fossziliák kora). 3. szervetlen környezetszennyezők elemzése: ICP- MS. 4. szerves szerkezetvizsgálat (pontos tömegmérés, elemösszetétel, szerkezet meghatározása céljá- ból). 5. szerves rendszerek minőségi és mennyiségi összetételének meghatározása (GC-MS, LC-MS).

36 A mintaelőkészítés műveletei 1, Fizikai műveletek: - mintavétel (homogén, heterogén, statisztikus, vagy random kiválasztás), - mintavétel (homogén, heterogén, statisztikus, vagy random kiválasztás), - aprítás, őrlés, homogenizálás, - aprítás, őrlés, homogenizálás, - oldat készítés, - oldat készítés, - szitálás, szűrés, dialízis, - szitálás, szűrés, dialízis, - centrifugálás és ultracentrifugálás, - centrifugálás és ultracentrifugálás, - betöményítés és szárítás (vakum bepárlás és fagyasztva szárítás - liofilizálás), - betöményítés és szárítás (vakum bepárlás és fagyasztva szárítás - liofilizálás), - kivonás (extrakció). - kivonás (extrakció). 2, Kémiai műveletek: - hígítás, pH beállítása, - hígítás, pH beállítása, - komplexképző adalékok. - komplexképző adalékok. - származékkészítés. - származékkészítés.

37 Szilárd-folyadék extrakció 1, Soxhlet extrakció Szilárd minták szerves anyag tartalmának klasszikus extrakciós módszere. Nem, vagy félig illékony összetevők meghatá- rozására. A mintát porózus cellulóz csőbe helyezik. Jól oldó oldószert áramoltatnak a mintán keresztül. A cirkuláció melegítés hatására történik. Idő és oldószerigénye igen nagy (16-24 óra).

38 SOXHLET Franz Lipidek kivonása tejből

39

40 2, Automata Soxhlet extrakció Az oldószer és a minta folyamatos és közvetlen érintkezésének köszönhetően jelentősen csökken az idő és az oldószer szükséglet. Az extrakciót az oldószer forráspontján végzik. Lépések (2 óra): - minta és az oldószer érintkeztetése - minta és az oldószer elválasztása - az extraktum betöményítése 1-2 ml-re. Hátránya, hogy az alacsony forráspontú összete- vők egy része a bepárlásnál elvész.

41 Gyorsított oldószeres extrakció Accelerated Solvent Extraction (ASE) Accelerated Solvent Extraction (ASE)

42 Alkalmazása: Vízoldhatatlan, vagy vízben kevéssé oldódó szerves anyagok extrakciója szilárd mintákból (föld, agyag, üledék, iszap, stb.) Foszfor- és klórtartalmú peszticidek és herbicidek Poliklorozott bifenilek (PCB) Poliklorozott dibenzodioxidok és dibenzofuránok. Hőmérséklet: 100–180 °C Nyomás: 1500–2000 psi Előnyei: Kismennyiségű oldószer (pár ml) Rövid idő (10-20 perc)

43 Technika Felhasznált oldószer mennyisége Soxhlet ml Automata soxhlet ml Szonikálás ml Mikrohullámú feltárás ml ASE ml

44 Szuperkritikus folyadék extrakció Extraháló oldószer: szuperkritikus állapotú széndioxid (~ 70 bar, 30ºC). A CO 2 apoláris jellegű (~ toluol, etil-acetát), ezért ha például PCB-ket akarunk kinyerni, akkor segédoldószert kell alkalmazni. Segédoldószerek: - a klórozott szénhidrogének (CH 2 Cl 2, CHCl 3 ), tetrahidrofurán, izopropanol. CO 2 fázisdiagramja

45 A gáz, a folyadék, illetve a szuperkritikus állapot jellemzői A gáz, a folyadék, illetve a szuperkritikus állapot jellemzői TulajdonságMértékegységGázFolyadék Szuperkriti- kus fluid Sűrűség (  ) g/cm ,3 Diffúziós állandó (D m ) cm -2 /s  Viszkozitás (  ) g/(cm  s) Szuperkritikus közeg egyszerre viselkedik gázként és folyadékként.

46 A folyamatot befolyásoló elsődleges paramé- terek: A folyamatot befolyásoló elsődleges paramé- terek: - a széndioxid és a segédoldószer aránya - a széndioxid és a segédoldószer aránya T T p p Előnye a módszernek, hogy az oldószer eltávolítása a nyomás megszüntetésével egyszerűen megoldható és csak az extraktum marad vissza. Környezetbarát oldószer. Előnye a módszernek, hogy az oldószer eltávolítása a nyomás megszüntetésével egyszerűen megoldható és csak az extraktum marad vissza. Környezetbarát oldószer. Nehéz standardizálni és költséges a berendezés. Nehéz standardizálni és költséges a berendezés.

47

48 Klasszikus folyadék-folyadék extrakció

49 A folyadék-folyadék extrakciót vizes közegű mintáknál alkalmazzuk. Az eljárás választó- tölcsérben való kirázást jelent, a meghatározni kívánt összetevőnek megfelelő, vízzel nem elegyedő oldószerrel. (K - megoszlási hányados). Apoláris oldószerek : hexán, heptán Halogéntartalmú oldószerek: diklórmetán, szén- tetraklorid (toxicitás!). Poláris oldószer: etil-acetát Savak – alacsony pH-n Bázikus vegyületek – magas pH-n

50 Szilárd fázisú extrakció – Solide Phase Extraction (SPE)

51 Lépések

52 SPE töltetek Fordított fázisú C18, C8, C6, C4, C2 Normál fázisú Szilikagél, aluminium-oxid, diol, amino, ciano, fenil Ioncserés SAX, SCX Polimer gyanták Sztirol-divinil-benzol kopolimer Oasis HLB Vegyes Fordított fázis + ioncserés, Oasis MCX, Oasis MAX

53 Pore Size (nominal): 80 Å Particle Size: 30 µm [or 60 µm for LP grade] Surface Functionality: m-Divinylbenzene & N- vinylpyrrolidone copolymer Oasis® HLB (hydrophilic-lipophilic-balance)

54 1, Töltet tömeg (bed mass) Szilika – töltet tömeg 5%-a a kapacítása (100 mg – 5 mg anyagot köt). Polimer töltetek – nagyobb felület → nagyobb kapacitás (2-3x) → 10-15% 2, Töltet térfogat = pórusok közötti tér + pórustérfogat Kondicionálás, mosás és eluálás térfogata = 4-8 X töltet térfogatnak Szilika – 150 μl/100mg ~ 1,2 ml Polimer – 250 μl/100mg ~ 2 ml

55 Molecularly imprinted polymers

56

57 Micro Extraction by Packed Sorbent (MEPS) Micro Extraction by Packed Sorbent (MEPS)

58

59 Szilárd fázisú mikroextrakció - Solide Phase Microextraction (SPME)

60

61 Az olvasztott kvarcszálat (fiber), a vízmintába meríttetik állandó keverés mellett, ekkor a szerves mikroszennyezők abszorbeálódnak az adott komponensre jellemző megosz- lási hányados értékének megfelelően. Időtartama perc. A fiberen szerves folyadékfilm van.

62 A mintát tartalmazó kvarcszálat a gázkromatográf fűtött injektorába juttatva (  C) a szerves komponensek deszorbeálódnak.

63 Alkalmazott folyadékfilmek 1, Polidimetil-sziloxán (PDMS) 2, Polidimetil-sziloxán /Divinil-benzol (PDMS/DVB) 3, Carbowax/ Divinil-benzol (CW/DVB) 4, Poliakrilát (PA)

64

65 Gőztér analízis (Head Space)

66 Hőmérséklet hatása a megoszlásra

67

68 Purge and Trap Illékony apoláris szerves komponensek vízmintá- ból történő extrakciójára használják. Illékony apoláris szerves komponensek vízmintá- ból történő extrakciójára használják ml vízmintán nagytisztaságú gáz (pl. He) buborékol keresztül. Az illékony szerves komponensek a gázbuborékokkal eltávoznak és egy alkalmas adszorbensen szobahőmérsékleten adszorbeálódnak ml vízmintán nagytisztaságú gáz (pl. He) buborékol keresztül. Az illékony szerves komponensek a gázbuborékokkal eltávoznak és egy alkalmas adszorbensen szobahőmérsékleten adszorbeálódnak. A fűthető adszorbens oszlopról a minta néhány cm-es hűtött kapillárisba kerül, ahol lecsapódik. Ez a kriofókuszálás. A fűthető adszorbens oszlopról a minta néhány cm-es hűtött kapillárisba kerül, ahol lecsapódik. Ez a kriofókuszálás. Deszorpció: néhány másodperc alatt  C - ra felfűtik a kapillárist és a minta GC-be kerül. Deszorpció: néhány másodperc alatt  C - ra felfűtik a kapillárist és a minta GC-be kerül.

69

70

71

72

73

74 N = 15 Mérési eredmény = valódi érték + rendszeres hiba + véletlen hiba Valódi érték???????

75 A mérési adatok eloszlási diagramja és az elméleti Gauss-féle elosztást reprezentáló görbe

76 A mérési adatok szóródását az átlag érték körül a standard deviáció (σ) és négyzete a variancia (σ 2 ) írja le. Véges számú mérést tudunk végezni → becslést alkalmazunk RSD%

77


Letölteni ppt "Tömegspektrometria A tömegspektrometria olyan vizsgálati módszer, amelynél ionos részecskéket választunk el fajlagos tömegük (töltésegységre eső tömegük:"

Hasonló előadás


Google Hirdetések