Ionok elválasztása: eltérő sebességgel haladnak át egy megfelelően. PLC fejlődése megteremtette a műszeres hátteret az IC fejlesztéséhez

Átírás

1 Ionkromatográfia (IC: Ion Chromatography) Ionok elválasztása: eltérő sebességgel haladnak át egy megfelelően megválasztott oszlopon Ioncserélő gyanták 1971: forced flow chromatography : N 2 gáz +UV-Vis spektrofotometria: Fe(III) elválasztása PLC fejlődése megteremtette a műszeres hátteret az IC fejlesztéséhez iányoztak a detektorok (klasszikus HPLC detektorok nem alkalmasak) 1975: vezetőképesség-mérésen alapuló detektálás: modern IC

2 Kationokra: spektrofotometriás meghatározások léteztek korábban is Anionokra kicsiny koncentrációban (ppm) nem volt analitikai módszer elválasztásért felelősoszlop szulfonált polisztirol-dvb kicsiny ioncserekapacitás: 0,02 mmol/g elnyomó elnyomó oszlop nagy ioncserekapacitás Ionkromatográf: Dionex Co.

3 Ionkromatográfia (IC: Ion Chromatography) elválasztás: álló- és mozgófázis közötti ioncsere-egyensúlyon alapul szervetlen és szerves ionok elválasztására Minta halmazállapota: folyadék nagyhatékonyságú analitikai módszer kvalitatív & kvantitatív információk összetett minták analízise a mintát alkotó komponensek szétválasztása Mozgófázisa: folyadék Állófázisa: ioncserélő technikai kivitelezés: oszlop (kiszorításos), elúciós analízis Ionkromatográf felépítése: hasonló a HPLC-hez

4 idő Elúciós analízis leggyakrabban alkalmazott technika jel nem szorbeálódó eluens folyamatos átáramoltatása minta bevitele elúció Minta: A & B A: kevésbé kötődik A detektort elérő mintakomponens(ek) felgyülemlett mennyiségét méri. A B integ grális detek ktor Analitikai információ: minőségi: t (retenciós idő) mennyiségi: csúcs területe z állófázisra juttatott minta mennyisége igen kicsiny lhanyagolható az eluenséhez képest incs szükség regenerálásra jel t A t B idő dif fferenciális detektor

5 llófázis: térhálósított műgyanta (pl: polisztirol-divinilbenzol kopolimer) vázon ioncserélő funkciós csoportok módosított szilikagél Ioncserélők: kationcserélők anioncserélők erős kation: -SO 3 H(szulfonsav) gyenge kation: -COOH Ioncserélők: erős gyenge erős anion: kvaterner aminocsoport gyenge anion: primer aminocsoport Kationcserélő: n RSO 3 H + M n+ (RSO 3 ) n M n+ +nh + anioncserélő: n RN(CH 3 ) 3 OH + A n- [RN(CH 3 ) 3 ] n A+ n OH -

6 Ionok megkötődése függ: méret töltés hőmérséklet ionerősség ph Állófázis: pórusos gyanták: diffúzió: csúcs kiszélesedés atékonyság növelése: felületi porózus réteg: éles csúcsok (kicsiny minta kapacitás) Mozgófázis: Kationok elválasztása: erős sav híg (vizes) oldata kompetíció a H + (OH - ) Anionok elválasztása: erős bázis híg (vizes) oldata és a M n+ (A n- ) között az ioncserélő helyeken Detektor: vezetőképesség mérés eluens: nagy a vezetőképessége: nagy háttérjel szupresszor oszlop: vezetőképesség elnyomó

7 Kationcserélő analitikai oszlop: nagykapacitású anioncserélő szupresszor Analízis: Kationcserélő: (KCl meghatározás acidi-alkalimetriásan) n RSO 3 H + M n+ (RSO M n+ +nh + 3 ) n Elnyomás: H + semlegesítése (eluens + minta) n RN(CH n- +nh + 3 ) 3 OH + A [RN(CH 3 ) 3 ] n A+ nho 2 A n- : az eluens anionja az eluens anionja megkötődik és vele ekvivalens mennyiségű hidroxidion kerül az oldatba lecserélődik az analitikai oszlopon elválasztott kation ellenionja is: ekvivalens mennyiségű OH - jut az oldatba vezetőképesség mérés & kationok luens tároló pumpa adagoló analitikai kolonna ionelnyomó kolonna detektor PC ionelnyomásos IC

8 ionok elválasztása: kationcserélő szupresszor Szupresszor oszlop: regenerálást igényel csúcs kiszélesedét okoz hatékonyság csökkenés Gyenge savak anionja nem meghatározhatók: savas forma kicsiny vezetőképesség-változást eredményez Kicsiny ioncserekapacitású oszlopok megjelenése: nem szupresszált rendszerek Anioncserélő: TÖLTET-EE - + A - TÖLTET-A - + E -

9 em szupresszált rendszer (nincs szupresszor oszlop): kicsiny vezetőképességű mozgófázis alkalmazása luens tároló pumpa adagoló analitikai kolonna detektor PC egykolonnás (nem szupresszált) IC Mozgófázis: benzoesav ftálsav borkősav citromsav Detektor: vezetőképesség mérés UV-Vis Vis

10 1980 Töltetek fejlődése: hatékonyság növekedés: folyamatosa növekvő számú alkalmazás ltettel szemben támasztott követelmények: lehető legnagyobb tányérszám töltet/eluens rendszer: gyors egyensúly (kinetikus csúcs kiszélesedés minimalizálása) retenciós idők: se túl nagy, se túl kicsi töltet/eluens rendszer: detektorral kapcsolható legyen

11 szlop anyaga: saválló acél PEEK (poli(éter-éter-keton)) Az oszlop Oszlop méretei: átmérő: 1-8 mm Töltet: hossz: 3-30 cm polisztirol-dvb kopolimer módosított szilikagél cellulóz alapú erves polimer-alapú töltetek: vésbé nyomástűrő (keresztkötések számával javítható) zzadnak: szerves oldószer csak kisebb koncentrációban alkalmazható stabilitás: 1< ph < 14 ilikagél: ph: 3-8 csiny (µm) szemcsék (HPLC) lönböző méretű pórusok: ikro & makro llikuláris lá i töltet: állófázis porózus külső héjat alkot egy hatolhatatlan szemcse felületén

12

13 Kationcserélő HO 3 S HO 3 S HO 3 S SO 3 H kicsiny i ioncserekapacitás: itá felületi módosítás

14 Anioncserélő CH 2 N + R 3 CH 2 N + R 3 R 3+ NCH 2 CH 2 N + R 3 kicsiny i ioncserekapacitás: i felületi módosítás

15 SiO 2 OH OH Módosított szilikagél OH OH OH

16 [mm] H = A + B/u + C * u A van Deemter egyenlet általános ábrázolása C * u H min B/u A u szabálytalanabb töltet: nagyobb áramlási egyenlőtlenségek kisebb szemcseméret: kisebb egyenlőtlenségek u [cm/s]

17

18 Mintaadagolás 1. a mintát pillanatszerűen kell bejuttatni az eluensbe 2. keveredjen el az eluenssel (OLDHATÓSÁG) minta térfogata: µl (nincs térfogatváltozás) mikroliterfecskendő: A bevitt minta térfogatát az adagolón elhelyezett hurok ( loop ) térfogata határozza meg. hatutas bemérő szelep

19 alternáló mozgást végző, is dugattyú-térfogatú pumpa (reciprocating i pump) pulzálás: jelentősen csökkenthető: ikerfej alkalmazása (fáziseltolás) V rfogat: µl vábbított folyadék mennyisége: korlátlan amlási sebesség változtatása: löket hossz dugattyú sebessége idő

20

21 DETEKTOROK Az eluenst alkotó ionok jelenlétében képesnek kell lennie, a minta ionjainak mérésére. csak a mintát alkotó komponensekre ad válaszjelet sak az eluenst alkotó komponensekre ad válaszjelet (indirekt detektálás Eluens megválasztása: minél kisebb detektorjel

22 Detektorok Kolonna: időben (térben) elválasztja az egyes alkotókat Az adott komponens az eluenssel (vivőgázzal) együtt beáramlik a detektorba. mennyiségi analízis: a detektor által előállított jel arányos az anyag koncentrációjával vagy időegység alatt bejutott mennyiségével univerzális: minden molekulára ad jelet szelektív: bizonyos vegyülettípusokra ad jelet specifikus: fk csak kbizonyos molekulákra l k ad djelet destruktív nem destruktív inamikus tartomány: az a koncentráció tartomány amelyben a koncentráció áltozása detektorjel változást eredményez neáris tartomány: T= mc (eltérés < 5 %) rzékenység: m (egységnyi koncentrációváltozás hatására bekövetkező jelváltozás) imutatási határ: az a koncentráció, melynek mérésénél a detektor válaszjele gyértelműen megkülönböztethető a háttértől (LOD) eghatározási határ: az a legkisebb koncentráció, amely megfelelő precizitással és ontossággal meghatározható (LOQ)

23 UV-Vis spektrofotométer Alkalmazható: UV-Vis tartományban elnyel az adott komponens Lambeert-Beer: A λ = ε λ c l nyforrás rés monokromátor fényosztó (splitter) I 0 mérő ág cella (küvetta) I 0 I 0 referencia ág I D E T E K T O R A = lg I 0 Fényforrás: UV: deutérium lámpa Vis: volfrám lámpa Detektor: fotodióda Cella: kvarc küvetta l=5-10 mm

24 Diódasoros detektor DAD (Dioda Array Detector) polikromátor fényforrás lencse cella (küvetta) diódasor Előny: különböző hullámhosszúságon mért elnyelések egyidejű mérése spektrum felvétele: minőségi információ

25

26 Fluoreszcencia mérésen alapuló detektor fluoreszkáló anyagok detektálása rés monokromátor cella (küvetta) ényforrás monokromátor pl. festékanyagok Detektor: a kibocsátott fényt méri

27 Vezetőképesség mérésen alapuló detektor Vezetőképesség: é G [Siemens] 1/R Ha egy elektrolit oldatba két azonos méretű, sík felületű,,párhuzamos elektródlap p(pl. Pt- lap) merül, amelyek felületének nagysága A, a köztük levő távolság pedig l, akkor az így kapott vezetőképességi cellára igaz, hogy K=A/l: cellaállandó (geometria) κ: fajlagos (specifikus) vezetőképesség: é megadja a két, egységnyi (1 cm 2 )f felületű, ű egymástó egységnyi távolságra (1 cm-re) levő elektród között levő elektrolitoldat vezetőképességét oldatok vezetőképessége: é additív tulajdonság Függ: ionok minőségétől (mozgékonyság) ionok kszámától ától(koncentráció)

28 Semleges molekulák: nem detektálhatók lv: 2 elektród (acél) elhelyezve l az áramlási cellában egfelelő feszültség: áram folyik ramerősség: ltés, méret, koncentráció, oldószer, hőmérséklet yenfeszültség: elektrolízis veszélye áltakozó feszültség: khz, U= 20 V Érintkezés mentes cella

29 The detector works without direct contact of th sensor is based on two metal tubes that act a cylindrical capacitors. The electrodes may be place around any nonconducting tubing such as fuse on the other electrode as soon as an analyte zone wi a different conductivity compared to the backgroun measure resistance between the two electrodes. T electrode, a thin piece of copper is placed betwee electrode with the eluent or sample. Thesensor based on two metal tubes that are placed around fused silica capillary with a detection gap o approximately 1.5 mm (Figure 4.2). The conductivi silica, PEEK, or Tfl Teflon. Dead volume of th etektor: vezetőképesség változása: 2 %/ o C connecting tubing is minimized and an extremely lo dead volume cell can be manufactured. A high oscillating frequency of khz zaj csökkentése applied to one of the electrodes. A signal is produce passes throughh the detection ti gap. An amplifier an rectifier are connected to the second electrode isolate the two capacitors associated with eac the electrodes and grounded.

30 Egyéb detektorok: potenciometria amperometria atomabszorpció ICP tömegspektrometria Termosztát: oszlop: ioncsere: hőmérséklet függés

31

32 eltérés a HPLC-től: Ionokat mérünk (HPLC is) Ioncserélő oszlopokat használ (HPLC is) ALKALMAZÁSOK: Klinikai Gyógyszeripari Élelmiszeripari Környezetvédelmi

33 Ionpárkromatográfia: C18 HPLC oszlop + mintát alkotó ionokkal ellentétes töltésű ionok hozzáadása HILIC fázis: Hydrophilic Interaction Liquid Chromatography + CH 3 SiO 2 CH 2 -N-CH 2 -CH 2 -CH 2 -SO- 3 CH 3

34 Kapilláris elektroforézis elektroforézis: lk éi valamely l vezető ő közegben (általában láb víz) elektromos erőtér ő hatására a töltéssel rendelkező részecskék elmozdulnak elektroforetikus elválasztás: az elválasztandó komponensek adott elektromos tér hatására kialakuló eltérő migrációs sebességén alapul ektroozmotikus áramlás: (electroosmotic flow, EOF) a folyadék elektromos tér tására valamely töltéssel bíró felület mentén kialakuló elmozdulása κ = G K κ: fajlagos vezetőképesség [S cm -1 ] κ G: vezetőképesség [S] K: cellaállandó [cm -1 ] Λ = moláris fajlagos vezetőképességet (Λ m ) m c Kohlrausch első törvénye Λ m = λ + + λ λ+: : a kation moláris fajlagos vezetőképessége [cm 2 Ω -1 mol -1 ] λ-: az anion moláris fajlagos vezetőképessége [cm 2 Ω -1 mol -1 ]

35 m = Λ0 kc 1/ 2 Kohlrausch második törvénye: erős elektrolitok Λ 0 : végtelen híg oldat moláris fajlagos vezetőképessége [cm 2 Ω -1 mol -1 ] c: elektrolit koncentrációja [M] k: állandó [M -1/2 ] ion vándorlását végtelen híg elektrolitoldatban F e =z i e E F e : elektromos lkt erőő z i : az i komponens töltésszáma e: az elemi töltés E: az elektromos térerősség [V cm -1 ] súrlódás miatt F s =k η v i 0 k: állandó [cm] η: az oldat viszkozitása [Pa s] v i0 : az i komponens vándorlási sebessége a végtelen híg oldatban Stokes-törvény: k=6πr 0 z F ie F e =F s vi E 6πηr r i az i ion hidrodinamikai sugara = A vándorlási sebesség egyenesen arányos a térerősséggel. i

36 µ i = vi µ mozgékonyság i E z e 6πη = híg oldat, gömb alakú részecske i ηr i valóság: iont körülvevő ionok gátolják a mozgását (elektrosztatikus kölcsönhatások) µ eff i = q eff 6πη R µ eff i : effektív elektroforetikus mozgékonyság q eff : az ion effektív töltése R: az ion teljes sugara az elektroforetikus mozgékonyság függ: az ion töltésétől (lehet pozitív ill. negatív töltésének előjelétől függően) sugarától alakjától szolvatáltságának mértékétől a közeg viszkozitásától ph-jától, ionerősségtőlő é hőmérséklettől

37

38 üveg felület & víz: szilanol csoportok ph > 2,5: deprotonált forma: pozitív töltéseket vonzanak: negatív elektród (katód) felé mozognak: folyamatos áramlás (dugószerű áramlási profil)

39

40 PC D E D K E P outlet V P inlet A kapilláris elektroforetikus készülék sematikus rajza E: elektród; K: kapilláris; D: detektor, P: puffertartó edény; PC: személyi számítógép; V: tápegység

41 E L E K T R O F E R O G R A M kation semleges molekula µ a : látszólagos mozgékonyság µ e : effektív mozgékonyság µ EOF : elektroozmotikus áramlás anion Alapeset: bemenet: + kimenet: - kation: komigrál i k t i ál µ a = µ e + µ EOF anion: kontramigrál

42 D katód (-) anód (+) EOF v k v a outlet V inlet

43 anód d( (+) D EOF v k v a katód (-) outlet V inlet Fordított polaritás: Fordított polaritás: bemenet: - kimenet: +

44

45 A kapilláris követelmények: kémiailag és elektromosan inert hajlékony kellően szilárd megfizethető ne nyeljen el az UV-Vis tartományban kvarc kapilláris (poliimid bevonattal) 25 µm µm cm bevonatos kapillárisok: polimerek, PVA, teflon Kondícionálás: üvegfelület helyreállítása (NaOH)

46 A detektor megfelelő érzékenység kimutatási határ kicsiny zajjal nagy linearitási tartománnyal gyors válaszidővel Többféle mérési elv UV-Vis fluoreszcencia vezetőképesség MS UV-Vis: egyszerű, olcsó, széleskörben alkalmazható

47 UV-Vis ambert-beer: A=εcl háttérelektrolit elnyelése elése

48 fényút hosszának növelése

49 fluoreszcencia

50 A tápegység U=5-30 kv I= µa A feszültség változtatásának hatása: övelve a kapillárisra kapcsolt feszültséget: nő a térerősség nő az EOF csökkennek a migrációs idők élesebb csúcsokat kapunk velve a kapillárisra kapcsolt feszültséget: nő az áramerősség egyre több hő szabadul fel (Joule-hő) kiszélesednek a csúcsok csúsznak a migrációs idők célszerű nagyobb feszültségen dolgozni célszerű kisebb feszültségen dolgozni

51 I U

52 Mintabevitel elektroforetikus mozgékonyságtó függ hidrodinamikai injektálás: nyomás alkalmazása elektrokinetikus injektálás: feszültség alkalmazása

53 pufferekkel szemben támasztott követelmények: nagy pufferkapacitás a kiválasztott ph-tartományban kis elnyelés lé a detektálás hullámhosszán h á kis mozgékonyság az áramtermelés minimalizálása érdekében Pufferkoncentráció Cökk Csökkentése Növelése áram, Joule-hő termelődés hőáramlás okozta zónaszélesedés elektroozmotikus áramlás meghatározás időtartama adszorpció a kapilláris falán

54 : ilanolcsoportok protonáltsága (felületi töltésállapot) inta disszociációja iá iój

55 Áramlási profil EOF lamináris áramlás áramlás hajtóereje j a kapilláris i belsejében b mindenütt azonos lamináris áramlási profilból eredő zónakiszélesedés a kapilláris elektroforézisnél elhanyagolható

56 Szelektivitás: puffer minősége, koncentrációja ph Előnyök rövid analízis idő nagy felbontóképesség (N: ) kicsiny oldószerfelhasználás egyszerű mintaelőkészítés Hátrányok: á kisebb érzékenység kevésbé robusztus (reprodukálhatósági problémák)

57 ALKALMAZÁSOK: bármi, ami befér a kapillárisba Klinikai Gó Gyógyszeripari Élelmiszeripari Környezetvédelmi

58 Minőségi analízis Alapja: a retenciós idő a minta komponenseinek minőségétől függ legegyszerűbb módszer: a retenciós idők ontosabban a redukált retenciós idők) szehasonlítása ismert vegyületek retenciós ejével jel relatív retenció (r x,r ): a kísérleti körülmények különbözőségéből származó eltéréseket kompenzálja egy kiválasztott (r) anyagra vonatkoztatott redukált retenciós idő hányadosaként adnak meg: ' r x, r = t t ' R x R r t x idő jel t r t x idő

59 Mennyiségi értékelés a kromatogramon levő csúcsok területe (magassága) arányos a mintakomponensek mennyiségével, ill. koncentrációjával. Detektor: a komponensek vagy az eluens fizikai vagy kémiai tulajdonságainak mérése 1. kalibrációs módszer 2. addíciós módszer 3. belső standard módszer

60 kalibrációs módszer T = mc jel c 1 T 1 T: csúcs területe c: koncentráció (anyagmennyiség) m: arányossági tényező (érzékenység) idő 1. független standard (kalibráló) oldatok ismeretlen oldat: T x jel c 2 T 2 x idő jel c 3 T 3 m c 1 c 2 c c x 3 c

61 idő tandard addíció jel c x T x T 1x 1,x= T x +T 1 T 1 =T 1,x -T x T 2x 2,x= T x +T 2 T 2 =T 2,x -T x jel c x + c 1 T 1, x idő jel c 2 +c x T 2, x c x c 1 c 2 c

62 Belső standard: relatív terület meghatározása a mintán belüli referencia rögzített (meghatározott és állandó) koncentrációban (mennyiségben) a mintához zzáadjuk a referencia anyagot a referencia anyag csúcsára vonatkoztatjuk a meghatározni kívánt csúcsok területét Előnyök: az analízis során fellépő hibák egy részét küszöböli ki: adagolás érzékenység változása

63 Analitikai információ: minőségi: ő i retenciós (migrációs) ió )idő retenciós (migrációs) idő függ: alkalmazott körülmények: mozgófázis anyagi minőség áramlási sebesség állófázis ' t R x minőség ő rxr, = ' hossz t R r hőmérséklet ph, ionerősség stb minőségi információ: UV-Vis: spektrum Növekvő igények: új detektorok alkalmazása, fejlesztése Tömegspektrométer

64 vákuumrendszer Tömegspektrometria (MS) Nobel-díj: 1922, 1989, 2002 lapelve: a gázállapotú ionizált molekulákat, ezek töredékeit (un. fragmenseit) agy bizonyos esetekben az atomokból képződött ionokat tömegük alapján zétválasztja, majd mennyiségileg meghatározza 1. mintabevitel és a minta gázállapotba hozása 2. ionizáció és bizonyos esetekben fragmentáció 3. a keletkezett ionok töltésegységre jutó tömegük szerinti elválasztása 4. a szétválasztott, különböző tömegű ionok mennyiségének meghatározása A készülék felépítése: vezérlő- és adatfeldolgozó rendszer mintabevitel ionforrás analizátor detektor

65 A vákuumrendszer 1. az ionforrásban megfelelő lő hatékonysággal elő állíthatók legyenek az ionok 2. megfelelő hosszúságú szabad úthosszat kell biztosítani: az ionforrásban képződött ionok ütközés nélkül eljuthassanak a detektorba kétlépcsős nyomáscsökkentés: 1. elővákuum: néhány torr 2. nagyvákuum: 10-3 Pa kb Pa vákuumszivattyú: 1. atmoszférikus nyomásról képes közvetlenül gázt elszívni (rotációs szivattyúk) 2. működéséhez un. elővákuum megteremtése szükséges (diffúziós szivattyúk)

66 Olajrotációs pumpa

67 előnye: kicsiny háttérzaj

68 Előny: Ki i l k l tö ű l ( l H ) Kicsiny molekula tömegű eluens (pl. H 2 ) is hatékonyan eltávolítható

69 Ionizációs módszerek lehetővé teszik a különféle halmazállapotú, igen eltérő tulajdonságokkal bíró anyagféleségek ionizációját Elektronionizáció (electron impact ionization, EI) legáltalánosabban alkalmazott ionizációs technika

70 EI 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 U=5-100 V

71 T 200 o C p atm EI elektronok U energia molekula gerjesztett molekula elektron emisszió molekulaion fragmens ionok fragmentáció: elektronok energiája (gyorsító feszültség: 70 ev) minőségi azonosítás (ujjlenyomat) általában : egyszeres pozitív ionok képződnek általában : egyszeres pozitív ionok képződnek negatív ionok: nagy elektronegativitású atomok vannak jelen a molekulában

72 Kémiai ionizáció (CI) a mintát az elektronforrásba történő belépése előtt un. reagens gázzal hígítják nem a vizsgálandó minta lép közvetlen kölcsönhatásba az elektronokkal, hanem a hígító gáz molekulái mintát alkotó komponensek: szekunder ionizáció RH e - RH + RH + + M MH + + R protontranszfer primer-ion képződés CH 4 + e = CH e (CH 3+ ) szekunder-ion képződés CH 4+ + CH 4 = CH 5+ + CH 3 (CH 3+ + CH 4 = C 2 H 5+ + H 2 ) a) proton transzfer CH 5+ + MH = CH 4 + MH 2 + b) hidrogén absztrakció CH 3+ + MH = CH 4 + M + (C + 2 H 5+ + MH = C 2 H 6 + M + ) c) töltésátvitel ) CH 4+ + MH = CH 4 + MH +

73 Kémiai ionizáció (CI) Reagens gáz: metán i-bután ammónia Ionizáció: a hígító gáz minőségétől függően Előnyök: egyszerűsíti a tömegspektrumot molekulaion tömegét adja meg [M+H] +, [M-H] -, [M+NH 4 ] +

74 Atmoszférikus nyomású ionizációs technikák (atmoszférikus nyomáson működnek) minta T elpárologtatás ionizálás kapcsolt technikák: HPLC-MS termikus ionizáció elektromos tér okozta ionizáció ionütközés okozta ionizáció gyors atom ütközési

75 Matrix Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI) NTA + mátrix (ionizációt segíti) grid T hν laser Gas phase ions + + a r g e t Time-of fligth tube + + U acc source

76 Analizátorok az ionok tömeg/töltés szerinti elválasztása Jellemzése: 1. maximális tömegszám: amelynek vizsgálatára még alkalmas az adott analizátor 2. transzmisszió: a detektort elérő és az ionforrásban keletkezett ionok hányadosa 3. flb felbontás: az analizátor mekkora tömegkülönbséggel l tud elválasztani két iont szektor típusú kvadrupól ioncsapdás repülési idő analizátor

77 Szektor típusú analizátorok Ionok elválasztása: Mágneses tér vagy a gyorsító feszültség változtatása ionnyaláb mágnes E= qu=zeu E kin = ½ mv 2 ½mv 2 =zeu 2zeU v = m nforrás detektor Lorentz-erő F L = zevb F c = mv 2 /r F L = F c mv 2 /r= zevb r = mv 2 zevb r = mv/(zeb) = (m/z) (v/eb)

78 Elektrosztatikus analizátor egyszeres fókuszálás: felbontása korlátozott

79 kétszeres fókuszálás: mágneses + elektromos fókuszálás: jobb felbontás

80 Kvadrupólus analizátorok lcsó, egyszerűen kezelhető, stabilis, reprodukálható tömegspektrumot eredményező analizátor 1: ionizáló elektronsugár; 2: az analizátor által kiszűrt ionok útja 1: ionizáló elektronsugár; 2: az analizátor által kiszűrt ionok útja 3: az analizátor által átengedett ionok útja; 4: detektor

81 egymással szemben elhelyezkedő rudakat elektromosan összekötve azokra egyenés váltóáramot kapcsolva kvadrupoláris változó elektromos tér alakul ki az ionok oszcilláló mozgást végezve haladnak át oszcilláció amplitúdója függ: ion töltése ion tömege alkalmazott feszültségek Ioncsapdás analizátor: (IonTrap) módosított kvadrupólus analizátor tárolni tudja az ionokat

82 Repülési idő analizátorok azonos kinetikus energiájú ionok sebessége vákuumban, külső elektromos vagy ágneses teret nem tartalmazó közegben, tömegük négyzetgyökével fordítva arányos ionforrás U Ionok (egyenlő mozgási energia) repülési cső (tér mentes) isebb tömegű ion: nagyobb sebesség v = 2 zeu m

83 Tandem MS MS/MS Q/Q/Q (TRIPPLE QUAD) Tandem Q/TOF in space : QQQ, QTOF TOF/TOF in time : IT szerkezetvizsgálat minőségi azonosítás MS n

84 Detektorok analizátor által elválasztott, adott idő alatt becsapódott ionok számát határozza meg pontdetektor: az ionok egymást követően érik el a detektor ugyanazon pontját Csak olyan analizátorral alkalmazható együtt, amely képes az ionokat időben elválasztani egymástól: pl. kvadrupólus ektronsokszorozó: a fókuszált ionnyaláb egy un. konverziós dinódába ütközve onnan elektronokat lök ki kilökődött elektronokat megfelelő feszültséggel gyorsítjuk újabb és újabb felülettel ütköztetve megsokszorozott elektronáramot kapunk fotokonverziós detektorok: a becsapódó ionok hatására kilökődött elektronokat szcintillátor segítségével fotonokká alakítjuk, majd a kibocsátott fotonokat fotoelektronsokszorozóval k l elektromos jellé alakítjuk k jobb hatásfok, hosszabb élettartam és kisebb karbantartási igény

85 Sordetektor: egymástól térben elválasztott ionok egyidőben érik el a kilépőrésnél elhelyezett detektor sort drága: magasabb árfekvésű készülékekben alkalmazzák (TOF, szektor)

86 Kapcsolt technikák valós minták: komplex, sokkomponensű rendszerek pontos és megbízható bíhtóminőségi iő i és mennyiségi i analízis elképzelhetetlen lh tl a mintát alkotó komponensek elválasztása nélkül. elválasztástechnikai eljárás alkalmazása szükséges A hagyományos kromatográfiás technikák azonban még tökéletes szeparáció esetén sem kínálnak kabszolút biztonságos minőségi ő iazonosítást. minőségi információ: csak az adott komponens retenciós viselkedése a manapság megkövetelt megbízható és reprodukálható meghatározások indokolják a tömegspektrometria és az elválasztástechnikai módszerek kombinálását

87 A következő feltételeknek kell teljesülnie ahhoz, hogy a két, meglehetősen eltérő körülmények k között ö működő módszert kapcsolni tudjuk egymáshoz: A kombináció ne vezessen kromatográfiás hatékonyság csökkenéshez. A kromatográfból a tömegspektrométerbe történő bevezetés során a minta alkotóiban nem kontrollált kémiai átalakulás ne menjen végbe. A minta megfelelő mennyisége bejusson és ionizálódjon a tömegspektrométerben. A kromatográfot és az MS-t összekapcsoló un. interfész ne növelje számottevően a háttérzajt. Az interfész legyen egyszerű felépítésű, könnyen használható, tisztítható és karbantartható valamint lehetőség szerint olcsó. Az interfész legyen kompatibilis valamennyi kromatográfiás körülménnyel (pl. vivőgázok, oldószerek, áramlási sebesség, ph, hőmérséklet, stb.). Az interfész ne korlátozza az MS nyújtotta lehetőségeket (pl. ionizáció, vákuum, felbontóképesség, stb.). Az interfész alkalmazásával nyert eredmények reprodukálhatók legyenek.

88 HPLCMS Atmoszférikus nyomású ionizációs technikák ESI (ElectroSpray Ionization) Nobel-díj

89 ESI az oldatbeli ionok gázfázisba juttatása COULOMB FISSION ION EVAPORATION

90 APCI (Atmospheric Pressure Chemical Ionization) nem szükséges ionok jelenléte az oldatban elektromos kisülés: szekunder ionizáció

91 CEMS

92

93 GCMS Interface: jet-szeparátorj p membrán alkalmazása kicsiny átmérőjű (d 0,25 mm) kapilláris oszlopok elterjedése: interface nélküli, közvetlen csatlakoztatás t tá 1. anyamolekula gerjesztődik 2. ionizálódik 3. fragmentáció EI fragmentáció: kötéshasadás a molekulát alkotó atomok átrendeződése tömegspektrum: m/z függvényében ábrázolt beütésszám molcsúcs: molekulaion csúcsa báziscsúcs: legintenzívebb vonal leányion: molekulaionból képződő ion unokaion: leányionokból képződő ion

94 latív intenzitás m/z = 15 I r 95 m/z = 16 I r = 100 CH 4 m/z = 14 I r 20 m/z = 17 I r = 11 1,1 m/z

95 Fontosabb elemek izotópeloszlása Elem % Elem % Elem % 1 H 99, O 99,76 79 Br 50,69 2 H 0, O 0, Br 49,31 10 B O 0, B S 95,00 12 C 98, S 0,76 13 C 1, S 4,22 14 N 99,63 35 Cl 75, N 0,37 37 Cl 24,23 A elem: F, P, I A+1 elem: C, N, B A+2 elem: Cl, Br, S, O

96 A C elméleti spektruma A Abund dance m/z

97 A C 10 elméleti spektruma Abunda ance x 1,1% 1% = 11% m/z

98 A C 100 elméleti spektruma Abund dance m/z

99 A C 1000 elméleti spektruma Abu undance m/z

100 A+2 Br 1 Br: 2 csúcs : 50-50% Abundance m/z

101 2Br 2 Br: 3 csúcs : % Abu undance m/z

102 3Br 3 Br: 4 csúcs : 12,5-37,5-37,5-12,5%,,, Abund dance m/z

103 Izotópeloszlás számítása 1 Br: 2 csúcs : 50-50% 2 Br: 3 csúcs : % 50 25% 3 Br: 4 csúcs : 12,5-37,5-37,5-12,5% (a+b) n 1 (a+b) 2 = a 2 + 2ab + b 2 11 (a+b) 3 = a 3 + 3a 2 b + 3ab 2 + b

104 hexán: C 6 H 14 homológ sorozatok: 14 tömegkülönbségge

105 Szénhidrogénekből képződő fragmensek C n H 2n+1 C n H 2n molekulaionból C n H 2n-1 (C n H 2n+1 ) + ionból C képlet tömeg C képlet tömeg C képlet tömeg 1 CH CH CH 13 2 C 2 H C 2 H C 2 H C 3 H C 3 H C 3 H C 4 H C 4 H C 4 H C 5 H C 5 H C 5 H C 6 H C 6 H C 6 H 11 83

106 3-Pentanol C 5 H 12 O M = 88,15

107 Néhány gyakoribb neutrális vesztés Tömeg Atomcsoport Vegyülettípus 1 H aldehidek 2 H 2 aromások 14 CH 2 szénhidrogének 15 CH 3 szénhidrogének 18 H 2 O alkoholok,aldehidek, ketonok 26 C 2 H 2 aromás szénhidrogének 27 HCN aromás aminok N-heterociklusos vegyületek 28 CO aldehidek, ketonok, fenolok 29 CHO aromás aldehidek, fenolok 31 OCH 3 metoxi-vegyületek 32 SH tiolok 33 H 2 S 44 CO 2 savak, savanhidridek, észterek 45 COOH karbonsavak

108 latív intenzitás m/z = 78 I r = 100 C 6 H 6 m/z = 76 I r 5 m/z = 77 m/z = 79 I r 15 I r = 66 6,6 m/z

109 naftalin: C 10 H 8

110 MS SPEKTRUM ÉRTELMEZÉSE spektrum-könyvtár: zoftverek (meg kell venni) gyors gondolkozás: szabályok ismerete (meg kell tanulni

111 1. báziscsúcs (normalizálás) IONIZÁCIÓ??? 2. molcsúcs 3. izotópvonalak 4. c atomok száma 5. összegképlet 6. reális vesztések keresése 7. SZERKEZETI KÉPLET molcsúcs: legnagyobb tömeg kivéve: izotóp vonal szennyezésy nem jelenik meg

112

113

114

115