Tömegspektrometria Bevezetés és Ionizációs módszerek
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.)
Tömegspektrometria előnyei Univerzális detektor Meghatározható vegyületek: 1-1*10 6 Da Kis anyagmennyiség (μg-ng, picomol, femtomol) Szerkezeti információ
Thomson, 1913 In the bottom right corner of this photographic plate are markings for the two isotopes of neon: neon-20 and neon-22.
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.
Intens. x10 4 +MS, 0.5-0.9min #(28-52), Background Subtracted 343.115 3 2 1 365.096 685.224 707.209 0 300 350 400 450 500 550 600 650 700 m /z
1.0 (x10,000) 99 125 41 0.5 0.0 117 157 77 139 175 27 58 215 277 93 233 251 291 50.0 75.0 100.0 125.0 150.0 175.0 200.0 225.0 250.0 275.0 201 1.0 (x10,000) 99 125 O 41 0.5 39 0.0 157 Cl 117 201 175 277 77 139 279 57 215 233 251 50.0 75.0 100.0 125.0 150.0 175.0 200.0 225.0 250.0 275.0 Cl O P O O Cl 293
Intens. x10 4 +MS, 0.0-0.3min #(2-20) 895.65 953.69 3 837.61 1011.73 2 779.57 1069.78 509.38 538.40 567.42 480.36 596.44 721.53 1127.81 1 451.34 625.46 1185.86 422.32 663.49 1243.90 0 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 m/z
Intens. x10 4 +MS, 0.0-0.3min #(2-20) 895.65 3 2 896.65 1 897.65 911.62 0 890 895 900 905 910 915 m/z
Intens. x10 4 +MS, 0.0-0.3min #(2-20) 538.40 1.5 538.90 1.0 0.5 539.40 537.90 539.90 0.0 535 536 537 538 539 540 541 542 m/z
Működési elv Mintabeviteli rendszer Vákuumrendszer Ionforrás Tömeganalizátor Detektor Adatfeldolgozás
Main steps of measuring with a mass spectrometer
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
MS és MS/MS
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
Milyen információkat ad? Thermodinamikai paraméterek Ionizációs energia Kötési energia Disszociációs energia
Spektrum alapfogalmai Bázis csúcs Fragmens ion Molekulaion m/z (tömeg/töltés)
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)
Csoportosítás Vákuum pl: EI, CI, MALDI Légköri nyomás APCI, APPI, ESI Lágy ionizáció APCI, APPI, ESI, MALDI Kemény ionizáció EI, CI
Elektron ütközéses ionizáció (EI)
Spektrum jellemzői Unimolekuláris fragmentáció F11 (M +. )* F21 F31
Alkalmazás Kapcsolt technika: GC-MS Kriminalisztika Környezeti minták Gyógyszer metabolizmus
Kémiai ionizáció (CI)
Electrospray Ionizáció (ESI) N 2 (szárítás) N 2 (porlasztás) minta (oldat) HV + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + [M+n*Kat] n+ Kat=H +, Na +
Electrospray Ionizáció (ESI) Ionelpárolgási modell Ionvisszamaradási modell
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
Ionforrás (Source) API-ESI (Atmospheric Pressure Interface-ElectroSpray Ionization)
Atmoszférikus kémiai ionizáció (APCI) Mintabevitel Porlasztógáz APCI ionizáció Szárítógáz Korona kisülés Kapilláris
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
MALDI - Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization
Ion-source MALDI-TOF MS instrument Flight tube (field-free) free) + + - - + + + Laser Time m/z
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)
PEG-MALDISZAURUSZ
MALDI vs ESI a.i. 1600 BIFLEX III MALDI-TOF MS [M+H] + a.i. 1600 [M+16H] 16+ [M+15H] 15+ BiOTOF II ESI-TOF MS 1400 1400 1200 1200 [M+14H] 14+ 1000 1000 [M+17H] 17+ 800 800 [M+13H] 13+ 600 400 [M+2H] 2+ 600 400 [M+18H] 18+ [M+12H] 12+ 200 200 [M+11H] 11+ 0 4000 6000 8000 10000 12000 m/z 0 700 800 900 1000 1100 m/z
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.
DART
Ionforrások 100000 10000 Electrospray Ionization MALDI 1000 100 APPI APCI DART 10 Nonpolar Polarity Very polar