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

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.)

Tömegspektrum:

A mágneses eltérítés elve:

Az MS elvi felépítése

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

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

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

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

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

CI ionforrás Analizátor minta (M) M + CH5+ [M+H]++CH4 izzó katód anód gyorsító elektród + repeller CH5+ minta (M) Analizátor Reagens gáz: CH4, NH3, propán, PB

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

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

APCI

ES

ES

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

Mágneses analizátor

Kvadrupól MS

Ioncsapda MS

Ioncsapda MS

TOF MS

Detektorok Fotolemezes detektor ionsokszorozó fotosokszorozó

Vákuumrendszerek: Analitikai készülékek: kétfokozatú Szerkezetvizsgálók: három fokozatú: 1. fokozat: elővákuum-rotációs szivattyú (102kPa-0.1-1kPa-ig) 2. fokozat: turbomolekuláris szivattyú diffúziós szivattyú (0.1-1 kPa-ról 10-6-10-7kPa-ig) 3. fokozat: iongatter (10-8-kPa-ig)

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

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

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)

MS teljesítményjellemzők IV. Tömegspektrum felvételi sebesség 0.1-1 s SCAN: pásztázó mérés- tömegspektrum SIM: szelektív ionkövetés- mennyiségi mérés

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

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

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

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

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

1. Ionkémiai folyamatok A molekula ionizációja

2. Ionkémiai folyamatok A -kötés hasadása

3. Ionkémiai folyamatok Átrendeződések

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

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

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

Kettős fókuszálású Nier-Johnson MS

Kettős fókuszálású Matthau-Herzog MS

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

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

GC-MS-DS

„Könyvtárkeresés” előnyei, korlátai tömegkromatográfia

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

27