Anyagszerkezet vizsgálati módszerek

Kromatográfia Folyadékkromatográfia-tömegspektrometria Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Pannon Egyetem Mérnöki Kar Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 1/ 25

Folyadékkromatográfia-tömegspektrometria LC-MS Napjaink egyik legfontosabb analitikai mérőrendszere. Kromatográfia elválasztás fizikai-kémiai tulajdonságok alapján mintaelőkészítés? izobar komponensek is elválaszthatók Tömegspektrometria elválasztás tömeg/töltés viszony (m/z) alapján detektor? koeluálódó komponensek is detektálhatók Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 2/ 25

Tömegspektrum DDT Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 3/ 25

Tömegspektrum Toluol Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 3/ 25

Izotópok a tömegspektrumon Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 4/ 25

Tandem MS Több lépcsőben történő MS analízis: fragmentáció, szerkezet meghatározás Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 5/ 25

LC-MS felhasználás Tömegspektrum: Nagyon szelektív és érzékeny analízis. minőségi azonosítás (t R -rel együtt különösen) mennyiségi meghatározás (akár(!) ppt) szerkezet meghatározás Az optikai detektorokhoz képest lényegesen nagyobb figyelmet és hozzáértést igényelnek. Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 6/ 25

LC-MS felépítése Nagy vákuum 2 lépcsőben. szabad úthossz: 10 8 m 1 bar, 10 m 10 6 torr 1 ml víz 1500 ml gáz (1 bar, 293 K) elővákuum (pl. olajrotációs) szivattyú: nem képes nagyvákuumra turbomolekuláris (nagyvákuum) szivattyú: kicsi szállítási teljesítmény Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 7/ 25

Felbontás R = M w 1/2 Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 8/ 25

Felbontás Régi definíció R = M M Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 9/ 25

Felbontás jelentősége Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 10/ 25

Tömegpontosság Tömeg hiba: valós tömeg mért tömeg tömeg hiba ppm hiba: valós tömes 106 Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 11/ 25

Ionforrások Gázfázisú ionok előállítása a komponensekből (és a mintamátrixból). Feladata: mozgófázis porlasztása cseppek elpárologtatása komponensek ionos állapotba juttatása Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 12/ 25

Ionforrások Gázkromatográfia, EI komponensek eleve gázfázisban ionizáció, fragmentáció csak a komponenstől függ jól reprodukálható fragmensekben gazdag spektrumkönyvtár Folyadékkromatográfia komponensek folyadékfázisban atmoszférikus ionizáció függ az ionforrás geometriájától gyártóról-gyártóra változó eredmény saját spektrumkönyvtár Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 13/ 25

Mozgófázis LC-MS-ben maradék nélkül párolgó puffer: ammónium-formiát/acetát, esetleg TFA könnyen ionizálódó komponensek (trietil-amin, PEG) kerülendők ideális téfogatáram (max. 1 2 ml/min) folyadékáram osztás Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 14/ 25

Elektroporlasztásos ionizáció ESI Lágy ionizációs módszer, mely lehetővé teszi a fragmentációra hajlamos vagy hőérzékeny (pl. fehérjék) ionizációját. Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 15/ 25

Elektroporlasztásos ionizáció ESI szárító N 2: 200 700 C, néhány 100 l/h cseppek nem melegednek fel jelentősen csepp zsugorodás: Rayleigh-stabilitási határ a visszamaradó molekulákon: töltés polaritás bázisok: pozitív, [M+H] + savak: negatív, [M-H] + neutrális: ionizáció, v. addukt (pl. [M+NH 4 ] +, [M+HCOO] ) adduktok sóval: [M+Na] +, [M+Ca] 2+, [M+HNa] 2+ fehérjék: 1 töltés 500 1000 daltononként pl. 20 kda, [M+20H] 20+, m/z 1001 Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 16/ 25

Elektroporlasztásos ionizáció Tipikus ESI spektrumok Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 17/ 25

Atmoszférikus nyomású kémiai ionizáció APCI Közepesen poláris vegyületek, <2k Da Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 18/ 25

Atmoszférikus nyomású fotoionizáció APPI Apoláris molekulák ionizációja (dopant adagolás). Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 19/ 25

Kavdrupól tömeganalizátor Q Robusztus, egyszerű, megbízható analizátorok. Pásztázó vagy szelektív ion üzemmód. 1000 m/z/sec < 3000 m/z Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 20/ 25

Lineáris ioncsapda tömeganalizátor LIT Csapdázó ionoptikai lencsék: szelektív detektálás, MS n 10 15k m/z/sec mennyiségi meghatározásra kevésbé alkalmas kavdrupolnál érzékenyebb, gyorsabb, nagyobb felbontású Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 21/ 25

adott tömegatartomány összes ionjának egyidejű elválasztása, 1 ms/scan R>10k 10 ppm mennyiségi Anyagszerkezet meghatározás vizsgálati módszerek is Kromatográfia 22/ 25 Rerpülési idő tömeganalizátor TOF Ionelválasztás alapja: ionok sebessége

Orbitrap tömeganalizátor ToF Ionelválasztása rezonancia frekvencia különbség alapján. adott tömegatartomány összes ionjának egyidejű elválasztása, 1 ms/scan R = 100 400k: ideális fehérjék, peptidek szerkezetvizsgálatára ionok oszcillációja az elektród körül: adott frekvenciájú áram kifejezetten szerkezet kutatásra Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 23/ 25

Hibrid tömeganalizátorok Tömeganalizátorok kombinálása kvadrupól-ionmobilitár-repülési idő (Q-IM-ToF) Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 24/ 25

Tömeganalizátorok összefoglalása Q LIT TOF reflekton Orbitrap m/z határ <4k <4k 20k 20k Felbontás <2k <10k 10 30k akár 500k (1M) Tömegpontosság 50-100 50-100 2-10 2-5 Detektálás folyamatos pulzus pulzus pulzus Vákuum (tor) 10 5 10 3 10 6 10 10 Alkalmazás kvanti (szerk.) szerkezet (kv.) szerkezet (kv.) szerkezet (kv.) Ár $ $$ $$ $$$$ Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 25/ 25