Tömegspektrometria Tömeganalizátorok
Mintabeviteli rendszer Működési elv Vákuumrendszer Ionforrás Tömeganalizátor Detektor Electron impact (EI) Chemical ionization (CI) Atmospheric pressure (API) Electrospray (ESI) Matrix assisted laser Desorption/ionization (MALDI) Fast atom bombardment (FAB) Electrostatic (ESA) Magnet (B) Time-of-flight (TOF) Quadrupole (Q) Ion Traps (2D, 3D IT) Ion-Cyclotron Resonance (ICR) Orbitrap (OT) Adatfeldolgozás
Ionforrástól a tömeganalizátorig Elektródok, lencsék (feszültség) szükségesek az ionok mozgatásához és irányításához Elektródok, rések biztosítják a ion nyaláb alakját Ionizációs hatásfok mellett a ionok szállításának jó hatásfoka is elengedhetetlen a nagy érzékenységhez
Tömeganalizátor szerepe Az ionok elválasztása m/z értékük alapján Ultranagy felbontás FTICR-rel J. Throck Watson Introduction to Mass Spectrometry p.103
4. A felbontás (Resolution, R) 5% m 100% m m+ m R=m/ m 10% m/z Tömegfelbontás 10% völgy definícióval A tömeganalizátor felbontása azt jelenti, hogy milyen tömegkülönbséggel tud szétválasztani két iont, egy m és egy m+ m csúcsot. Afelbontástazún.10%völgy definícióval szokás megadni: két azonos intenzitású csúcs akkor van feloldva (elválasztva), ha a völgy közöttük a csúcsmagasság 10%-a. 5
Tömeganalizátor Az analizátor választja el az ionforrásból nagy sebességgel érkező ionokat fajlagos tömegük (tömeg/töltés; m/z) szerint. F = Q( E + v B) F = maa Az elválasztás többféle elv alapján oldható meg.
Tömeganalizátorok
a, Pásztázó (scanning) analizátorok, melyek a különböző tömegű ionokat időben egymás után továbbítják a detektorba. Ilyenek lehetnek a szektor típusú vagy a kvadrupól készülékek. A különböző ionokat párhuzamosan továbbító analizátorok, ilyenek a TOF analizátorok. b, A szeparáció az ionok továbbítása során valósul meg a szektor típusú, kvadrupól, illetve TOF analizátorok esetén. Ion tárolás alapján működő analizátorok, például kvadrupól ioncsapda vagy ion ciklotron rezonancia készülékek. c, Folyamatos analízis, például kvadrupól analizátor. Impulzus üzemmódú analizátorok, például TOF készülék.
Analizátorok követelményei tömegtartomány, analízissebesség, átbocsátóképesség (a detektort elérő, illetve az analizátorba belépő ionok számának aránya), Tömegpontosság felbontás
Tömeganalizátorok 3D Ion trap
Mágneses szektor analizátor 1920 A. J. Dempster (Chichagoi Egyetem fizika professzora) nevéhez fűződik az első egyszeres fókuszálású tömegspektrométer A gyorsított ionok mágneses térben körpályán mozognak
Mágneses szektor analizátor B m 46 m 45 m 44 m/z = (eb 2 r 2 )/(2U) Mágnes E Gyorsítás Ionforrás ionforrás detektor
Kettős fókuszálású analizátor (elektrosztatikus + mágneses)
Repülési idő elven működő analizátorok (time of flight TOF) Azonos gyorsítótér esetén az ionok sebességét egyértelműen meghatározza m/z arányuk. Ezért az azonos út befutásához szükséges időből az m/z arány meghatározható.
E P = QU E k = v = l = vt 1 mv 2 2 2QU m t = l m 2QU = l m 2ezU = l 2eU m z t = k m z
Feladat Ha egy MALDI-TOF készülék esetén az 1000 Da tömegű, egyszeres töltésű peptid 28 mikroszekundum alatt éri el a detektort, akkor a 4000 Da tömegű, egyszeres töltésű peptid mennyi idő alatt?
Ion-source MALDI-TOF MS instrument Flight tube (field-free) free) + + - - + + + Laser Time m/z
Lineáris és reflektron mód Lineáris Reflektron gyorsító feszültség: 19 kv reflektron feszültség: 020 kv kv + +
Felbontás javítása reflektron módban gyorsító feszültség: 19 kv reflektron feszültség: 20 kv + +
Reflektron
Repülési idő analizátor (TOF)
Delayed Extraction t=τ t=0 gyorsító feszültség bekapcsolva kikapcsolva s 1 s 2 + + s 1 =v o1 τ s 2 =v o2 τ Laser
Kvadrupól analizátorok Elektromos mezőt használunk az ionok m/z érték szerinti szeparálásához. A két-két szembelevő rúdra egyen, illetve RF összetevőjű elektromos feszültséget kapcsolunk. A detektorba csak azok az ionok jutnak el, amelyek végig tudnak haladni a négy rúd közötti térben anélkül, hogy az elektródként viselkedő rudak valamelyikéhez csapódnának.
Triple Quadrupole (QQQ)
Q-TOF (maxis II TM )
3D Ion csapdás analizátor Lényegében önmagán körbehajlított lineáris kvadrupól rendszer. A csapda belsejében kialakul a háromdimenziós kvadrupólus tér, ami az ionokat oszcilláló alakú pályára kényszeríti.
Ionok mozgása
2D IT (Lineáris Ioncsapda)
Ioncsapdás analizátorok
Fourier transzformációs ion ciklotron rezonancia analizátor detektáló elektród gerjesztő elektród csapdázó elektród csapdázó elektród gerjesztő elektród detektáló elektród
Mágneses és elektromos tér Ionok keringése adott frekvenciával (A) Gerjesztés oszcilláló elektromos térrel (B) az ionok nagyobb körpályára kerülnek (C)
Fourier transzformáció
Orbitrap analizátor Az orbitrap egy elektrosztatikus ioncsapda. A mozgó ionok egy elektróda körül csapdázódnak úgy, hogy az elektrosztatikus vonzóerőt az ionok kezdeti tangenciális sebességéből származó centrifugális erő kompenzálja. A harmonikus oszcillációk frekvenciája fordítottan arányos A harmonikus oszcillációk frekvenciája fordítottan arányos a tömeg-töltés arány (m/z) négyzetgyökével.