Ionforrások és analizátorok GC-MS módszernél

Átírás

1 BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM Ionforrások és analizátorok GC-MS módszernél Az elválasztástechnika korszerű módszerei Tárgyfelelős: Dr. Fekete Jenő Készítette: Kovács Edina Hegedűs Bogárka Budapest,

2 Tartalom 1. Bevezetés: Ionforrások és feladatuk: Gázkromatográfiás-tömegspektrometria (GC-MS) ionforrásai Elektron ionizáció (EI): Kémia ionizáció (CI): A gázkromatográfiás-tömegspektrometria (GC-MS) analizátorai: Mágneses analizátor Kvadrupól Repülési idő Ioncsapda A GC-MS-DS rendszer analitikai lehetőségei: Összefoglalás Felhasznált irodalmak:

3 1. Bevezetés: A gázkromatográfia olyan differenciális dinamikus szorpciós-deszorpciós folyamatokon alapuló elválasztási módszer, ahol a mozgófázis gáz halmazállapotú. Az állófázis lehet szilárd és helyhez kötött folyadék halmazállapotú. Ha az állófázis valamilyen adszorbens, akkor beszélünk gáz-szilárd, vagy adszorpciós gázkromatográfiáról, ha szilárd felületen eloszlatott valamilyen nem illékony folyadék, akkor gáz-folyadék, vagy megoszlásos kromatográfiáról. Az elválasztást biztosító kölcsönhatásokat létrehozó folyamatok közül egyértelműen az adszorpció és az abszorpció dominál. A fázisok közötti anyagátmenet gyors a nagy lineáris gázdiffúziós állandók következtében, így egy teljes elválasztáshoz szükséges idő is lehet igen rövid. Első közelítésben a gázkromatográfia bomlás nélkül elpárologható anyagok (szervetlen, szerves vegyületek) elválasztására alkalmas. 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 függvénykapcsolathoz, az ún. tömegspektrumhoz jutunk. Ez a tömegspektrum a minőségi információ alapja, ugyanis nincs két olyan szerves vegyület, amelyiknek a tömegspektruma, pontosabban a legintenzívebb ion intenzitására normált, ún. karakterisztikus tömegspektruma azonos lenne. A gázkromatográfiás elválasztással kombinált tömegspektrometria (GC-MS) alkalmas többkomponensű, összetett minták jellemzésére. A módszer szerepét az érzékenysége, kis mintaigénye, kiterjedt alkalmazási lehetősége biztosítja. A GC-MS technikát ma elterjedten használják a szerves vegyiparban, a földgáz- és kőolajiparban, a gyógyszeriparban, a metabolit kutatásban, a környezetanalitikában, stb. Ez olyan egyedi, mint az ember esetében az ujjlenyomat. Milyen egységekből épül fel egy tömegspektrométer? 1. Mintabeviteli rendszer (közvetlen: gáz, folyadék, vagy szilárd minta bevitele, közvetett: GC, HPLC, OPTLC, EC, stb. kombinációk) 2. Az ionforrás az ionoptikával, 3. az analizátor, 3

4 4. a detektor, 5. a vákuumrendszer. 6. Számítógép szabályzó és adatkezelő (adatgyűjtő, feldolgozó, értékelő, archíváló) funkcióval. A GC-MS vázlatos rajza látható az 1. és a 2. ábrán. 66 MS GC Ionforrás Analizátor Detektor Vákuum rendszer DS 1. ábra: GC-MS-DS ű 2. ábra: Gázkromatográf-tömegspektrométer készülék együttes vázlatos felépítése 4

5 Az illékony, nem-hőérzékeny, komplex minták mennyiségi és minőségi elemzésére kiválóan alkalmas a gázkromatográfia-tömegspektrometria csatolt technika. A kromatográfok összekapcsolása az MS készülékekkel több nehézségbe ütközött. A legnagyobb problémát a mozgófázisok eltávolítása okozta. Jól mutatja, hogy légköri nyomáson kis gázáramok az MS nagyvákuumában óriási gázáramokat eredményezhetnek, ennek következtében leromlik a vákuum, ami rontja, vagy esetenként lehetetlenné teszi a mérést. Ezért a különböző készülékek összekapcsolására un. illesztőegységeket vagy más néven interfészeket fejlesztettek ki. A GC-s kolonnákat töltetes és kapilláris kolonnákra osztjuk. A töltetes kolonnák áramlási sebessége kb. 20 ml/perc. Ezt a nagy gázáramot az MS készülék vákuumrendszere már nem bírja, ezért el kell távolítani, ami azzal az előnnyel is jár, hogy dúsul a minta. Töltetes kolonnák esetén alkalmaznak ún. jet szeparátort, illetve membrán szeparátort. Ezek legnagyobb hátránya, hogy a minta jelentős része elvész, vagyis csak kis mennyiség kerül a tömegspektrométerbe, csökkentve ezáltal az érzékenységet. Napjainkban a töltetes kolonnák alkalmazása már nem számottevő, helyettük a kapilláris kolonnák alkalmazása került előtérbe. A kisebb átmérőjű (narrow-bore) kolonnák áramlási sebessége elég alacsony, így közvetlenül bevezethetők az ionforrásba, míg a vastagabb kolonnák esetén az ún. open-split interfészt alkalmazzák. A GC-MS technika esetében a gázkromatográffal történik a mintakomponensek elválasztása és a tömegspektrométer a detektor. A tömegspektrométerben az időben elkülönült mintakomponensekből ionos részecskék keletkeznek, amelyek fajlagos tömeg (töltésegységre eső tömeg) szerint csökkentett nyomáson, elektromos, vagy mágneses mezők segítségével elválaszthatók. Az elválasztott ionok intenzitását folyamatosan mérjük, így egy ionáram intenzitás fajlagos tömeg függvénykapcsolathoz, ún. tömegspektrumhoz jutunk. Ez a tömegspektrum a minőségi információ alapja, olyan egyedi, mint ember esetében az ujjlenyomat. Elvileg tömegspektrométerrel bármilyen halmazállapotú anyag vizsgálható, mivel ionforrás típustól függően gáz, folyadék és akár szilárd minta is ionizálható. Direkt vagy közvetlen mintabevitelt célszerű választani, ha egykomponensű mintánk van; míg egy összetett, többkomponensű elegy esetében valamilyen szeparációs lépést (GC, LC, CE, stb.) követően ajánlott bejuttatni a mintát az ionforrásba. Speciális illesztőegységek (interfészek) biztosítják az elválasztástechnikai készülékek és a tömegspektrométer között a kapcsolatot. 5

6 A GC-MS technika illékony, vagy illékonnyá tehető, hőstabil anyagok vizsgálatára alkalmas. Ionforrásként leggyakrabban EI vagy CI forrást alkalmaznak, a készülékek analizátora pedig lineáris kvadrupol, IT, ritkábban mágnes vagy TOF. A mérések során a GC elválasztja az összetett minta komponenseit, majd az egyes komponenseket az MS detektálja és a kapott spektrumok alapján végezzük a minőségi azonosítást A készülékek legnagyobb előnye, hogy a mérések során kapott tömegspektrumok jól reprodukálhatóak, valamint ennek köszönhetően spektrumkönyvtárból jól kereshetik. A különböző tömegspektrométerek eltérő teljesítőképességűek, ugyanakkor a felhasználás céljától függően is más-más tulajdonságaikat kell előnyben részesítenünk. A legfontosabb jellemzők amelyek alapján egy-egy tömegspektrométer működése, adott feladatra való alkalmassága megítélhető. Ezek: 1. felbontóképesség, 2. tömegtartomány, 3. felvételi sebesség, 4. kimutatási határ, 5. ionátviteli hatásfok, 6. hőmérséklettartomány. A felbontóképesség itt azt jelenti, hogy adott tömegtartományban két egymás melletti, eltérő tömegű ion mennyire különböztethető meg egymástól, illetve a két szomszédos ion által szolgáltatott elektromos jel mennyire ismerhető fel. Az egyes ionok szolgáltatta ionáram a kromatográfiás jelekhez hasonlóan haranggörbe jellegű. Teljes a felbontóképesség, ha a két görbe között az intenzitás az alapvonalig csökken. Általában azonban megelégszünk a 10 %- os, vagy az 50 %-os völgyig elválasztott ionintenzitásokhoz tartozó felbontással is. Így a felbontóképességet meg szokás adni 10 % és 50 %-os elkülönülés esetén is. Ez jól látható a 3. ábrán. 6

7 m 1 m 2 m 1 m 2 10% 50% 3. ábra: A tömegspektrometrás jelek megkülönböztetése 10 %-os és 50 %-os völgy esetében m m Mindkét esetben a felbontóképesség (R s ): Rs m2 m1 m ahol m a mérendő tömegszám, m a mérhető (vagy mérendő) tömegkülönbség. Ha pl. a nagyságrendileg 100-as tömegszámú szerves molekulák ionjait legalább 0,01-os tömegegységre meg akarjuk különböztetni egymástól, akkor a felbontóképesség: R s 0, , 01100, , 0099, , azaz legalább es felbontóképességre van szükség. Azokat a készülékeket, amelyek felbontóképessége R s >10 4, nagy felbontóképességű, amelyeké R s <10 4, kis felbontóképességű tömegspektrométereknek nevezzük. A nagy felbontóképességű készülékek mind fõként kettős fókuszálású tömegspektrométerek és ezek szerkezetvizsgálatot tesznek lehetővé. Ehhez ugyanis a megbízható elem-összetétel ismerete elengedhetetlen, ezt pedig legalább a tömeg második tizedes jegyének a pontos ismeretében van csak módunk megbízhatóan kiszámítani. A kis felbontóképességű (R s <10 4 ) készülékek többnyire felbontóképességgel rendelkeznek. Ez azt jelenti, hogy R s =1000 esetén m=100 mellett m=0,1, azaz ekkora tömegkülönbség még egyértelműen mérhető. A karakterisztikus tömegspektrum felvételéhez 7

8 ennél nagyobb R s nem is szükséges, hiszen a szerves molekulákban a legkisebb elemi tömegegység különbség mindig legalább 1-hez közeli (a H tömege 1,007892) érték, vagy ennél nagyobb. Az analitikai készülékek mind kis felbontóképességűek. Így a kvadrupól MS felbontóképessége , az ioncsapdáé ( A TOF készülékeké is ). A tömegtartomány a töltéshordozók elválasztását biztosító erőtér nagyságának (és a megvalósítható gyorsító feszültségnek) a függvénye. Általában analitikai célú készülékeknél dalton. A felvételi sebességnek analitikai szempontból van meghatározó jelentősége. Ahhoz ugyanis, hogy egy-egy kromatogramcsúcsban megjelenő alkotóról annyi tömegspektrumot készíthessünk, amelyek integrált ionáram intenzitása a kromatogramcsúcsot visszaadja, legalább 10 "mintát" kell venni, azaz egy csúcsról legalább 10 tömegspektrumot kell felvenni. Ez azt jelenti, hogy egy 4-5 s alatt lefutó csúcs esetében 0,4-0,5 s-onként kell tömegspektrumot készíteni. Ezt a legtöbb ma használatos tömegspektrométer biztosítani is tudja. Általában 0,1-1 s a spektrum felvételi (scan) "sebesség". Egy-egy kromatogram elkészülése során felvett spektrumok mért ionáram összegeinek eredményeként kapjuk az ún. teljes ionáram kromatogramot (TIC: total ion chromatogram), amely lényegében egy univerzális ionizációs detektor által mért kromatogrammal egyenértékű, de minden molekulát szelektíven érzékelõ jelsorozat. Ezért nevezték el a csak gázkromatográfiás célra használható tömegspektrométereket MSD (mass selective detector: tömeg szelektív detektor), azaz molekulaszelektív detektoroknak. Miután minden molekula külön-külön tömegspektruma alapján megkülönböztethető, tehát a detektor szelektív, ugyanakkor univerzális is, mivel minden molekula szolgáltat értékelhető jelet. A kimutatási határ a kis mennyiségek meghatározásánál alapvetõ fontosságú. A GC-MS módszer, illetve a tömegspektrométeres mennyiségmérés ma már vezetõ szerepet tölt be a szerves vegyületek elemzésében. A napi analitikai gyakorlatban a legtöbb készülékkel pg, vagy fg (femtogram) mennyiségek már megbízhatóan meghatározhatók. A TOF-MALDI ma a legkisebb mennyiségeket is kimutatni tudó analitikai mérőrendszer, amely lehetővé teszi akár g-nyi tömegű anyag kimutatását is. 8

9 Az ionátviteli hatásfok (a transzmisszió) analitikai célú készüléknél az érzékenység, illetve a kimutatási határ szempontjából lényeges. Ha ugyanis ez a hatásfok rossz, sok ion vész el, akkor a kimutatási határ is romlik (növekszik). Általában ha rövid az ionforrástól a detektálásig megteendő út hossza, akkor a transzmisszió megfelelő és így a kimutatási határ is kicsi. Ha "sok ion vész el" az ionforrás és a detektor között, akkor az "érzékenység" lecsökken. A kvadrupól és az ioncsapda tömegspektrométerek transzmissziója általában %, míg a kettős fókuszálású, "hosszú" tömegspektrométereké legfeljebb %, amely a felbontóképesség növelésével tovább csökken. Analitikai szempontból azért is fontos a lehető legnagyobb transzmisszió, mert a tömegspektrométerbe bekerülő molekulák ionizációjának hatásfoka (az EI ionforrásban) általában 10 % körüli. Ha az így keletkező és detektált ionok száma még tovább csökken esetlegesen a nagy ionveszteség miatt, akkor az analízis kimutatási határa nagyon leromlana. Emiatt részesítjük előnyben a kvadrupól és az ioncsapda tömegspektrométereket a mágneses készülékekkel szemben. Az ionforrásban megvalósítható hőmérséklet, illetve hőmérsékleti munka-tartomány sem közömbös az analízis szempontjából. A sokféle lehetséges megfontolás mellett az a döntő, hogy a vizsgálandó alkotónak az ionizáció bekövetkeztéig gáz fázisban kell maradnia. (Az EI ionforrás ún. "gázionforrás".) Ezt a legtöbb készülék ionforrása C, illetve C között biztosítani tudja. A problémát esetenként a 350C-os felső határ jelentheti akkor, ha még ennél is csak magasabb hőmérsékleten elpárologtatható alkotókat kell vizsgálnunk. 2. Ionforrások és feladatuk: Az ionforrás feladata, hogy a vizsgálandó molekulákból valamilyen gerjesztendő energia (kinetikus, fény, elektromos, kémiai stb.) segítségével ionokat hozzon létre és ezeket, az ionokat lehetőleg azonos kinetikus energiával, egy nyalábban mozgatva jutassa az analizátorba. GC-Ms-nél alkalmazott ionizációs módszerek: Elektron ionizáció (EI) Kémiai ionizáció (CI) 9

10 3. Gázkromatográfiás-tömegspektrometria (GC-MS) ionforrásai 3.1 Elektron ionizáció (EI): Az alkalmazott gerjesztési energiától függően többféle ionforrás létezik. A leggyakoribb az elektronütközéses (EI: electron inpact) ionforrás, amely 50-75eV energiájú termikus elektronokkal hoz létre ütközési ionizációt gáz fázisban. A rugalmatlan ütközés során az elektronok energiájuk egy részét átadják a molekuláknak, amely nem csak a molekulák ionizációjára, hanem gerjesztésére is fordítódik. A gerjesztett állapotban lévő ionok további reakciókon (pl. kötéshasadás vagy átrendeződés) mehetnek keresztül belső energiájuktól függően. A gyakorlatban általában 70 ev kinetikus energiájú elektronokkal ütköztetik a mintát, ekkor jól reprodukálható, informatív EI (+) tömegspektrumokat kapunk. A molekulaion móltömeg információt, míg a fragmensionok megjelenése szerkezeti információt szolgáltat a vizsgált vegyületről. Az EI ionizációs technika hátránya, hogy a nagy gerjesztési energia miatt sokszor a fragmentáció oly nagymértékű, hogy a molekulaion nem detektálható. Ilyen esetekben segíthet, ha csökkentjük az ionizációs energiát ev-ra, ami még mindig elég az ionizációhoz, viszont nő a molekulaion stabilitása, csökken a fragmensek mennyisége. Mivel a mintát el kell párologtatni, így csak illékony vegyületek vizsgálhatók ezzel a módszerrel, míg sók, nagyobb molekulák, és a termikusan labilis anyagok nem. Gyakran direkt elpárologtatással juttatjuk a mintát a készülékbe, de a berendezés kényelmesen társítható gázkromatográffal is, mellyel hatékonyan szétválaszthatók és vizsgálhatók összetett minták komponensei is. (Az adatbankokban összegyűjtött tömegspektrumok 95 %-a ilyen ionforrással készült.) Ez a gázfázisú ionizáció behatárolja a vizsgálható vegyületek körét is, hiszen ha bomlás nélkül nem párologtatható el az adott vegyület, akkor nem is vizsgálható e módszerrel. Más esetekben ugyan elpárologtatható a molekula bomlás nélkül, de nem stabil a molekulaionja, azaz keletkezésekor azonnal elbomlik, vagy nagyon kicsi az intenzitása. 10

11 4. ábra: EI ionforrás 3.2. Kémia ionizáció (CI): A kémiai ionizációs ionforrás összetett ionforrás. Egy EI ionforrásban reagens gáz (metán, ammónia, stb.) molekulákból ionokat állít elő, amelyeket gyorsítással juttat a hozzá közvetlenül kapcsolódó térrészbe, ahová a vizsgálandó minta gázfázisú molekuláit vezetik be. Itt a reagens gáz ionjaival való ütközés révén ionizálódnak a vizsgálandó molekulák. Ha a CH C 2 5 H 5 M M stb. reagens gáz pl. metán, az ionforrás EI részében lejátszódó főbb reakciók: M H M H CH C 2 4 H 4 A minta molekulái ezekkel az ionokkal ütközve ionizálódnak és főként ú.n. pszeudo molekulaionok keletkeznek: 11

12 CH CH CH stb e CH CH CH e CH 5 C2H 5 CH H 3 2 Így akkor is felismerhetjük a molekulaionokat (a pszeudo-molekulaionok révén), ha az eredeti M + nem stabilis pl. amiatt, hogy a molekula eleve sok nagy elektronegativitású elemet tartalmaz. A tömegspektrum ilyenkor jóval szegényebb mint az EI spektrum, de legalább a molekulaion tömege ismertté válik. 5. ábra: CI ionforrás 4. A gázkromatográfiás-tömegspektrometria (GC-MS) analizátorai: Az analizátor feladata, hogy az eltérő tömeg/töltés értékkel rendelkező ionok szétválasztása térben vagy időben, elektromos vagy mágneses terek alkalmazásával. Gázkromatográfnál alkalmazott analizátor típusok: - Mágneses - Kvadrupól - Repülési idő - Ioncsapda 12

13 4.1. Mágneses analizátor A mágneses analizátorú tömegspektrométerek hosszú ideig nehézkes működésűek voltak az elektromágnesek viszonylag hosszú (2-3 s) hiszterézis ideje miatt. Így többnyire csak töltött kolonnás rendszereket csatlakoztattak hozzájuk. Az 1980-as évek közepétől azonban a lágyvasas elektromágneseket (amelyek tömege kg is volt) lassan felváltotta a laminált, ferrit magos mágnesek használata. Ezek az elektromágnesek gyorsan képesek a mágneses tér változtatására és hiszterézis nélkül, gyorsan vesztik el a mágnességüket a gerjesztő áram megszűnésével. Így a spektrumfelvétel gyorsan ismételhető. Ennek ellenére ma már nemigen használnak a GC-MS rendszerekhez csak mágneses analizátorú készüléket. A mágneses eltérítés lényege, hogy az ionforrásból zu elektromos energiával "kilőtt" ionok, amelyek kinetikus energiáját az (1.) összefüggés írja le, v sebességgel egy B mágneses indukciójú térbe kerülve, a Lorenz-féle erő hatására kör pályára kényszerülnek, azaz: zvb mv R 2 (1.) ha az 1. összefüggést felhasználjuk (zu=mv 2 /2) és R-t, a pálya sugarát kifejezzük akkor: mu R 1 2 (2.) B z vagyis U=konst. mellett, ha az elektromágnes gerjesztő áramából a B-t változtatjuk, mindig más fajlagos tömegű ion jut el R mentén az ionforrásból a detektorba. A mágneses eltérítést az elektrosztatikus eltérítéssel együtt az ún. kettős fókuszálású tömegspektrométerekben használják. Ezek a készülékek a pontos tömegmérést teszik lehetővé és elsősorban molekulaszerkezet vizsgálati célokat szolgálnak. Az ionforrás és a detektor közötti nagy távolság miatt sok ion vész el (kicsi a transzmisszió), így kevéssé érzékeny a megoldás, és ritkábban kapcsolják gázkromatográfhoz. 13

14 4.2. Kvadrupól Az elektromos teret felhasználó analizátoroknak nagyon sok változatát használják fel a tömegspektrometriás gyakorlatban. A GC-MS kombinációkban azonban főként a kvadrupól és az ioncsapda analizátorok terjedtek el. A működés lényege, hogy a kvadrupól teret úgy változtatják, hogy a V/V o állandó maradjon. Ezzel lényegében a tér frekvenciája változik. Csak az az ion képes az ionforrásból a detektorba eljutni, amelynek a sajátfrekvenciája azonos a kvadrupól tér pillanatnyi frekvenciájával. Így a mért ionintenzitások relatív értéke és a fajlagos tömeg között ugyanazon kapcsolat, a tömegspektrum készíthető el, mint a repülési idő tömegspektorméter esetében. Ezek a tömegspektrométerek kitűnnek azzal, hogy nagyon kicsi a távolság (sokszor 5-10 cm) az ionforrás és a detektor között, így nagy az analizátor transzmissziója (ionátvitele) és emiatt az érzékenysége is. U V +V o =V o + V o sin t V (egyenfeszültség) o I A kvadrupól rudak IM minta kpa TMSz R I: elektronütközéses ionforrás IM: ionsokszorozó detektor TMSz: turbomolekuláris szivattyú, vagy diffúziós szivattyú R : olajrotációs (elõvákuum) szivattyú V: váltófeszültség A: analizátor 6. ábra: A kvadrupól tömegspektrométer vázlata 4.3. Repülési idő Az ionforrásban keletkező pozitív töltésű ionokat az ionforrás egy negatív gyorsító feszültség bekapcsolásával indítja az analizátorba. 14

15 L repülési távolság izzó katód "üres tér" detektor minta anód U = 1-10 kv gyorsító feszültség vákuum, kpa 7. ábra: A repülési idő tömegspktrométer (TOF) elvi vázlata Az ionforrásban keletkező pozitív töltésű ionokat az ionforrás egy negatív U gyorsítófeszültség bekapcsolásával (pozitív tömegspektrometria) indítja az analizátorba. Ha minden töltéshordozó azonos kinetikus energiára tesz szert, akkor egyszeres iontöltés esetén: zu m v m v m v n n a különböző tömegű ionok különböző sebességgel (v 1, v 2,v n ) repülnek és időben különkülön érik el a detektort. Az U a gyorsítófeszültség, z a részecske töltése, m a tömege. Ez a repülési idő, tehát: t L v L m z 2U azaz adott ionforrás - detektor távolság (L) és gyorsítófeszültség mellett csak a fajlagos tömeg függvénye. Így a detektorban adott pillanatban mért intenzitás adott ionhoz rendelhető. Ez az analizátor nagyon gyors működésű, hiszen egy-egy ion repülési ideje s intervallumba esik. Az ionok relatív intenzitása (a legintenzívebb ionok intenzitásának százalékában kifejezett intenzitás) és a fajlagos tömege közötti kapcsolat szolgáltatja a vegyületre jellemző 15

16 tömegspektrumot. Ez a fajta analizátor korábban csak tudományos jelentőségű volt ma már fontos szerkezetvizsgálati módszerré vált Ioncsapda Kissé bonyolultabb az ioncsapda (ion trap) analizátorú tömegspektrométer működésének értelmezése. Elvi vázlatát a 8. ábra mutatja. Az elektronemitterből érkező elektronok egy kapuelektródon át ev-os energiával jutnak be az ioncsapda elektródok közé, ahová a mintát is bevezetjük. Az elektronokkal való ütközés révén itt a molekulákból ionok keletkeznek. Az ioncsapda elektródok (3 db, egy felső, egy középső és egy alsó speciális profilú, középen lyukas, 8-10 cm átmérőjű gyűrű) egy olyan háromdimenziós teret hoznak létre, amelyben az ionok aperiodikus oszcillációra kényszerülnek, és a csapdában vannak mindaddig, amíg egy axiális amplitúdó moduláció az adott fajlagos tömegű és adott rezgésre képes iont az ionsokszorozó detektorba nem juttatja. Ez a megoldás kis ionveszteséggel jár, így a lehető legnagyobb transzmissziót jelenti. Az egész ioncsapda tömegspektrométer egy kb. 10 cm-es átmérőjű lapos diszkoszra emlékeztet. A kis helyigénye, érzékenysége miatt egyre elterjedőben van. Külön előnye az is, hogy könnyen lehet MS-MS kapcsolásában is felhasználni. elektronforrás kapuelektród záró ioncsapda elektródok GC-rõl központi hiperbolikus gyûrû elektród vákuum ionsokszorozó detektor 8. ábra: Az ioncsapda analizátorú tömegspektrométer vázlata 5. A GC-MS-DS rendszer analitikai lehetőségei: A GC-MS rendszer DS-sel (adatfeldolgozó számítógépes rendszer) képez olyan analitikai egységet, amely a GC és az MS adatszolgáltatásához képest többlet méréstechnikai-és 16

17 információforrást is jelent. A számítógép kettős funkciót tölt be a GC-MS rendszer működtetése és az adattárolás, feldolgozás, értékelés a feladata. A GC-MS rendszer működtetése is többrétű számítástechnikai feladatot jelent. A GC-MS működési paramétereinek folyamatos ellenőrzése, vezérlése mellett a működés optimalizálása a számítógép feladata. Analitikailag kiemelkedő: 1. A pásztázó (scan) üzemmód 2. a szelektív ionkövetés (SIM) megoldás. A pásztázó üzemmódban néhány tized másodpercenként a tömegspektrométer tömegspektrumokat készít automatikusan. Ezek során mért ionáram intenzitások integrálja szolgálja a gázkromatogramot. Az egyes maximumokhoz tartozó retenciós időt is méri a számítógép, minden csúcshoz hozzárendelhető egy mért tömegspektrum. A pásztázó üzemmód egy dinamikus üzemmód, így a pillanatnyi ionáramokat mérjük. Ez azonban jóval nagyobb hibával jár, mintha pillanatnyi ionáramokat mérnénk. A SIM üzemmódban azt történik, hogy egy-egy molekulának nem a teljes spektrumát készítjük el a másodperc tört része alatt, hanem csak egyetlen, jellegzetes ionjának az intenzitását mérjük. 17

18 6. Összefoglalás A gázkromatográfia olyan differenciális dinamikus szorpciós-deszorpciós folyamatokon alapuló elválasztási módszer, ahol a mozgófázis gáz halmazállapotú. A gázkromatográfiás elválasztással kombinált tömegspektrometria (GC-MS) alkalmas többkomponensű, összetett minták jellemzésére. A módszer szerepét az érzékenysége, kis mintaigénye, kiterjedt alkalmazási lehetősége biztosítja. A GC-MS ionforrások vizsgálata során a tömegspektrométernél megismert ionforrások közül az EI és a CI alkalmazható gázkromatográfhoz kapcsolva. Leggyakrabban ezek közül is az EI használatos. A gázkromatográfiás tömegspektrometriánál különböző analizátorokat alkalmazhatunk: repülési idő, kavadrupól, ioncsapda és legritkább esetben a mágneses analizátorú tömegspektrométereket alkalmazzuk. 18

19 7. Felhasznált irodalmak: 1. Dr. Balla József: A gázkromatográfia analitikai alkalmazásai, Edison House Kft, Burger Kálmán: Az analitikai kémia alapjai, Semmelweis Kiadó, Kékedy László Műszeres Analitikai Kémia,1, 3 kötet 4. Szabó Pál: Tömegspektrometria előadás anyag, BME Dr. Kiss Attila: Tömegspektrometria előadás anyag, Debreceni Egyetem Közvetlen ionizációs tömegspektrometriás módszerek fejlesztése Biomedicinális alkalmazások, Dénes Júliadoktori értekezés, 2010 Budapest 19