Tömegspektrometria. Ez a tömegspektrum a minőségi információ alapja - fingerprint.

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Tömegspektrometria. Ez a tömegspektrum a minőségi információ alapja - fingerprint."

Ignác Péter
5 évvel ezelőtt
Látták:

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. Az elválasztott ionok intenzitását folyamatosan mérjük, s így egy ionáram intenzitás - fajlagos tömeg függvény-kapcsolathoz, az ún. tömegspektrumhoz jutunk. Ez a tömegspektrum a minőségi információ alapja - fingerprint.

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 turbomolekuláris 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%) ev energiájú termikus elektronok (wolfrámizzószál) Ütközési ionizáció gázfázisban

4 EI ionforrás V tér 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

5 Relatív intenzitás Etilbenzol spektruma bázis csúcs molekulaion

6 Aromás rendszerek jellegzetes ionfragmensei: 91 - tropílium-kation, nagyon stabil részecske, 77 - fenil-kation, 65 és 51.

7 Izobutil-benzol gyökkation M+.

8 2, Kémiai ionizáció (CI) Kíméletesebb ionizáció Fragmensek számának csökkentése (tömegspektrum egyszerűsítése). A mérendő mintát az elektronforrásba belépése előtt "reagens" gázzal kb. tízezerszeresére hígítják. A reagens gáz molekulái ionizálódnak. Az így keletkezett primer ionok ütközése a vizsgálandó molekulákkal vezet a szekunder ionok képződéséhez.

9 Kémiai ionizáció főbb lépései metán gáz esetén Primer ionképződés: Szekunder ionképződés: CH CH 4 4 e CH 4 CH 4 CH 5 2e CH 3 Pszeudo-molekulaion képződése M H 4 CH5 M CH

10 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

11 FAB és LSIMS [M+H] + [M+Na] +

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

Mátrix közvetítésével végzett lézer deszorpciós ionizáció - Matrix Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI) Fotoionizációs jól szabályozható lézerforrás mátrix molekulák (fotodisszociáció

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

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

16 A Bovine Serum Albumin (BSA) MALDI spektruma

17 GC-MS interfész

18 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

19 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. A folyadékcseppekbe zárt töltéshordozók sűrűsége az intenzív párolgás (nincs hőbomlás!) következtében egyre nagyobb lesz, s szinte szétrobbannak a cseppek, s a szabaddá vált ionok gyorsítás után az analizátorban elválaszthatók fajlagos tömegük szerint.

20 ELECTROSPRAY 1-3 kv John B. Fenn Nobel díj

21 Pozitív ionizáció Amin Amid Észter Aldehid/keto Negatív ionizáció Karboxil Hidroxil/fenol Imid

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

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

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

25 APCI N C 3 kv

27 Atropin APCI tömegspektruma

28 MS-ANALIZÁTOROK 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 ).

29 TOF Ha minden töltéshordozó azonos kinetikus energiára tesz szert, akkor egyszeres iontöltés esetén: zv m v 2 m v n n 2 2 m v Z = iontöltése V = gyorsítófeszültség v = ion sebessége t = idő L = úthossz m = tömeg t L v m z L 2Vt L 2 2 m z 2V

30 L repülési távolság izzó katód "üres tér" detektor minta anód U = 1-10 kv gyorsító feszültség vákuum, kpa 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

33 Ioncsapda Ion Trap (IT) elektronforrás kapuelektród záró ioncsapda elektródok GC-rõl központi hiperbolikus gyûrû elektród vákuum ionsokszorozó detektor

34 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. Érzékenyebb, mint a kvadrupól. Kis helyigény. MS/MS könnyen megvalósítható.

35 Ion Trap Mass Analysers - Introduction Ion Trap Scanning Experiments

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

38 Kvadrupól analizátorú GC-MS-DS (DS: data system, adatfeldolgozó rendszer) vázlata MS 66 GC Ionforrás Analizátor Detektor DS Vákuum rendszer

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

40 A felbontóképesség: adott tömegtartományban két egymás melletti, eltérő tömegű ion mennyire különböztethető meg egymástól. m 1 m 2 m 1 m 2 10% 50% R s m 2 m m 1 m m Rs 10 0,01 100,01 100,00 100,00 99,99 4

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

42 Tripla kvadrupól

44 Mágneses szektorú

45 A mágneses szektor tömeganalizátor a mágneses térnek az abban mozgó ionok pályájának alakjára gyakorolt hatásán alapul. Ionsugár mágneses analizátor A V potenciállal felgyorsított, majd a H mágneses térrel m/z értékük szerint különböző rádiuszú körpályákra kényszerített ionok elválasztása kétféleképpen történhet: 1, H mágneses tér változtatása 2, Gyorsító rés V feszültségének változtatása. Mindig más m/z értékű ionokkal futtatunk be olyan körpályát, mely az analizátor kilépő réséhez vezet.

Hasonló dokumentumok

Tömegspektrometria. Tömeganalizátorok

Tömegspektrometria. Tömeganalizátorok Tömegspektrometria Tömeganalizátorok Mintabeviteli rendszer Működési elv Vákuumrendszer Ionforrás Tömeganalizátor Detektor Electron impact (EI) Chemical ionization (CI) Atmospheric pressure (API) Electrospray