Tömegspektrometria. Bevezetés és Ionizációs módszerek

Átírás

1 Tömegspektrometria Bevezetés és Ionizációs módszerek

2 Tömegspektrometria A tömegspektrometria, különösen korszerű elválasztási módszerekkel kapcsolva, a mai analitikai gyakorlat leghatékonyabb módszere. J.J.Thomson kísérletei alapozták meg a tömegspektrometria létrejöttét A szerves vegyületek vizsgálatára az 1950-es évektől kezdték alkalmazni. Kombinálva elválasztási módszerekkel (pl. GC-MS, HPLC-MS, stb.)

3 Tömegspektrometria előnyei Univerzális detektor Meghatározható vegyületek: 1-1*10 6 Da Kis anyagmennyiség (μg-ng, picomol, femtomol) Szerkezeti információ

4 Thomson, 1913 In the bottom right corner of this photographic plate are markings for the two isotopes of neon: neon-20 and neon-22.

5 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 függvénykapcsolat- hoz, az ún. tömegspektrumhoz jutunk. Ez a tömegspektrum a minőségi információ alapja.

6 Intens. x10 4 +MS, min #(28-52), Background Subtracted m /z

7 1.0 (x10,000) (x10,000) O Cl Cl O P O O Cl 293

8 Intens. x10 4 +MS, min #(2-20) m/z

9 Intens. x10 4 +MS, min #(2-20) m/z

10 Intens. x10 4 +MS, min #(2-20) m/z

11 Működési elv Mintabeviteli rendszer Vákuumrendszer Ionforrás Tömeganalizátor Detektor Adatfeldolgozás

12 Main steps of measuring with a mass spectrometer

13 Ionizációs módszerek: EI: Electron ionization (formerly known as electron impact) elektron ionizáció (elektronütközéses) CI: Chemical ionization kémiai ionizáció FAB: Fast atombombardment gyors atombombázás MALDI: Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization mátrix segített lézer deszorpció/ionizáció ESI: Electrospray ionization elektroporlasztásos ionizáció APCI: Atmospheric pressure chemical ionization atmoszférikus nyomású kémiai ionizáció APPI: Atmospheric pressure photo ionization a. ny. fotoionizáció DART: Direct Analysis in Real Time

14 MS és MS/MS

15 Milyen információkat ad? Molekulatömeg meghatározása Nominális accurate és izotóp eloszlás, ennek segítségével összegképlet meghatározás Fragmentáció Fragmentációs szabályok Ujjlenyomat azonosítás MS/MS vagy MS n, szerkezeti információ

16 Milyen információkat ad? Thermodinamikai paraméterek Ionizációs energia Kötési energia Disszociációs energia

17 Spektrum alapfogalmai Bázis csúcs Fragmens ion Molekulaion m/z (tömeg/töltés)

18 Ionizációs módszerek Electron impact (EI) Chemical ionization (CI) Atmospheric pressure (API) Electrospray (ESI) Matrix assisted laser desorption/ionization (MALDI) Direct analysis in real time (DART)

19 Csoportosítás Vákuum pl: EI, CI, MALDI Légköri nyomás APCI, APPI, ESI Lágy ionizáció APCI, APPI, ESI, MALDI Kemény ionizáció EI, CI

20 Elektron ütközéses ionizáció (EI)

21 Spektrum jellemzői Unimolekuláris fragmentáció F11 (M +. )* F21 F31

22 Alkalmazás Kapcsolt technika: GC-MS Kriminalisztika Környezeti minták Gyógyszer metabolizmus

23 Kémiai ionizáció (CI)

24 Electrospray Ionizáció (ESI) N 2 (szárítás) N 2 (porlasztás) minta (oldat) HV [M+n*Kat] n+ Kat=H +, Na +

25 Electrospray Ionizáció (ESI) Ionelpárolgási modell Ionvisszamaradási modell

26 Desorption electrospray Ionizáció (ESI) α: a beesési szög (a porlasztás iránya és a felület által bezárt szög) 0-90 o β: a gyűjtési szög 5-10 o a kapilláris hegye és a felület közötti távolság 1-10 mm a bemeneti kapilláris és a felület közötti távolság 0-2 mm

27 Ionforrás (Source) API-ESI (Atmospheric Pressure Interface-ElectroSpray Ionization)

28 Atmoszférikus kémiai ionizáció (APCI) Mintabevitel Porlasztógáz APCI ionizáció Szárítógáz Korona kisülés Kapilláris

29 Atmoszférikus fotoionizáció (APPI) Direct APPI M + hν M + + e - analit fotoionizációja M + + S MH + + S[-H] protikus oldószernél hidrogén atom kicserélődése Porlasztógáz (N 2 ) Mintaoldat Dopant APPI Szárítógáz (N 2 ) D + hν D + + e - dopant fotoionizációja D + + M MH + + D[-H + ] minta ionizációja protonálódással

30 MALDI - Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization

31 Ion-source MALDI-TOF MS instrument Flight tube (field-free) free) Laser Time m/z

32 UV-MALDI mátrixok OH O OH HO COOH OH 2,5-dihydroxybenzoic acid (DHB) Dithranol CH CH(CN)COOH HO α-cyano-4-hydroxycinnamic acid (CCA) CH 3 O CH CHCOOH HO OCH 3 3,5-Dimethoxy-4-hydroxy cinnamic acid (SA) N H C C COOH H Trans-3-indoleacrylic acid (IAA)

33 PEG-MALDISZAURUSZ

34 MALDI vs ESI a.i BIFLEX III MALDI-TOF MS [M+H] + a.i [M+16H] 16+ [M+15H] 15+ BiOTOF II ESI-TOF MS [M+14H] [M+17H] [M+13H] [M+2H] [M+18H] 18+ [M+12H] [M+11H] m/z m/z

35 DART (Direct Analysis in Real Time) Tűelektród Elektromos kisűlések Ionok eltávolítása Elektród 1 Fűtés Szigetelő sapka Kilépő nyílás Gáz bevezetése Földelés Ionmentes tér, gerjesztett gázmolekulák Elektród 2 Nyílt mintatér Tömegspektrométer bemenete Az ionizációt gerjesztett állapotú részecskék váltják ki, amelyek a vizsgált anyag molekuláival ütközve a következő reakciót eredményezik: G* + M M +. + e - + G Az ionizációnak ezt a fajtáját Penning ionizációnak nevezik Frans Michel Penning holland fizikus után, aki a jelenséget 1927-ben írta le.

36 DART

37 Ionforrások Electrospray Ionization MALDI APPI APCI DART 10 Nonpolar Polarity Very polar