ZAAWANSOWANE METODY USTALANIA BUDOWY ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH. Witold Danikiewicz. Instytut Chemii Organicznej PAN ul. Kasprzaka 44/52, Warszawa

Transkrypt

1 HO ZAAWANSOWANE ETODY USTALANIA BUDOWY ZWIĄZKÓW ORGANICZNYCH Witold Danikiewicz Instytut Chemii Organicznej PAN ul. Kasprzaka 44/52, Warszawa Semestr zimowy 2017/2018 SPEKTROETRIA AS Abundance #229209: Cholest-5-en-3-ol (3.beta.)- (CAS) $$ Lanol $$ Dyth m/z-->

2 CO TO JEST SPEKTROETRIA AS? Spektrometria mas jest metodą analityczną, której podstawą jest pomiar stosunku masy do ładunku (m/z) jonów w fazie gazowej. DO CZEGO SŁUŻY SPEKTROETRIA AS? Pomiar mas atomowych pierwiastków i mas cząsteczkowych związków chemicznych. Wykrywanie obecności i oznaczanie zawartości ilościowej określonych pierwiastków chemicznych w badanych próbkach. Wykrywanie obecności i oznaczanie zawartości ilościowej określonych związków chemicznych w badanych próbkach. Ustalanie budowy cząsteczek związków chemicznych. Wykrywanie i identyfikacja on line substancji rozdzielanych za pomocą technik chromatograficznych. Badania składu i obrazowanie powierzchni ciał stałych, np. urządzeń półprzewodnikowych. 3 DLACZEGO JONY? W jaki sposób można rozdzielić dwie cząstki o masach m 1 i m 2? Jedyną siłą, która oddziałuje na cząstki obojętne jest grawitacja. Niestety, jest to bardzo słaba siła, a ponadto nie potrafimy wytwarzać pól grawitacyjnych... m m F G r G = N m 2 kg 2 W przypadku jonów mamy znacznie więcej możliwości. ożemy przyspieszyć jony za pomocą pola elektrycznego: mv ev 2 v Następnie możemy wyznaczać ich stosunek masy do ładunku, wykorzystując pole magnetyczne, mierząc czas przelotu przez analizator lub na wiele innych sposobów. 2 2eV m agnes V wiązka jonów r droga wiązki jonów = l V r m 2V 2 z eb t l v l 2eV m l 2eV m 4

3 Widmo EI kwasu octowego Jony fragmentacyjne O Intensywność względna C H 3 C O = 60 H Jon molekularny m/z 5 Widmo EI cholesterolu Abundance #229209: Cholest-5-en-3-ol (3.beta.)- (CAS) $$ Lanol $$ Dyth H 3 C CH 3 H H CH 3 H H 3 C CH HO HO m/z-->

4 Dwa sposoby prezentacji widm masowych raw data centroid Intensity (%age) Intensity (%age) Low Resolution /z Low Resolution /z widmo nieprzetworzone (raw data spectrum) widmo po procedurze centroidowania (centroid spectrum) 7 Dokładne masy atomowe i składy izotopowe najlżejszych pierwiastków H, , , He, , , Li, , , Be, , B, , , C, , , N, , , O, , , , F, , Ne, , , , 8.82 Na, , g, , , , Al, , Si, , , , 3.12 P, , S, , , , , Cl, , ,

5 Profile izotopowe jonów w funkcji ich masy C 3 H 7 NO 2 C 6 H 12 N 2 O 3 C 15 H 33 N 5 O 9 C 30 H 68 N 10 O 19 C 60 H 138 N 20 O 39 C 150 H 348 N 50 O asa nominalna asa monoizotopowa asa średnia 9 asa cząsteczkowa związku cynoorganicznego Izotopy cyny (jest ich 10) asa atomowa (nominalna) Zawartość procentowa Sn =

6 Schemat blokowy spektrometru mas Analizator masy Źródło jonów Detektor Komputer Układ wprowadzania próbki Rejestracja i przetwarzanie wyników 11 Do czego jest nam potrzebna wysoka próżnia? Średnia droga swobodna cząstki w gazie: L [ mm] 0.05 P [ mmhg] P [mmhg] mm mm mm mm cm cm m m m L 12

7 Z jakimi próbkami mamy do czynienia? GAZ CIECZ A B - B - A B - A A A B - B - B - A A B - B - A CZYSTA CIECZ ROZTWÓR ZWIĄZKU NIEDYSOCJUJĄCEGO ROZTWÓR ZWIĄZKU O BUDOWIE JONOWEJ CIAŁO STAŁE A B - A B - A B - A B - B - A B - A B - A B - A A B - A B - A B - A B - B - A B - A B - A B - A KRYSZTAŁ OLEKULARNY KRYSZTAŁ JONOWY 13 W jaki sposób wytwarzamy jony w fazie gazowej? Gaz pod ciśnieniem atmosferycznym jonizacja Jony pod ciśnieniem atmosferycznym transfer jonów odparowanie Lotna ciecz Lotne ciało stałe odparowanie odparowanie Gaz pod bardzo niskim ciśnieniem jonizacja Jony w wysokiej próżni Nielotna ciecz Nielotne ciało stałe o budowie molekularnej Nielotne, jonowe ciało stałe rozpuszcz. rozpuszcz. rozpuszcz. odparowanie i jonizacja Roztwór związku niedysocjującego Roztwór związku dysocjującego odparowanie i transfer jonów odparowanie i jonizacja odparowanie i transfer jonów transfer jonów Jony pod ciśnieniem atmosferycznym 14

8 Typy jonów w fazie gazowej Jony parzystoelektronowe: dodatnie i ujemne ( normalne kationy i aniony) Typowe jony parzystoelektronowe: [ H], [ et] (et = kation metalu), 1 [ H] -, [ A] - (A = anion), 1 - Jony nieparzystoelektronowe: kationorodniki i anionorodniki energia e - e - - Jony parzystoelektronowe są zazwyczaj stabilniejsze od jonów nieparzystoelektronowych, ale są liczne wyjątki od tej reguły. 15 Energia jonów w fazie gazowej W warunkach wysokiej próżni jony mogą pozbyć się nadmiaru energii wyłącznie na drodze fragmentacji. Kontrolując energię jonów możemy kontrolować stopień ich fragmentacji. Wysoka energia jonizacji szeroki zakres energii (np. EI) Niska energia jonizacji lub transfer jonów z fazy skondensowanej do gazowej wąski zakres energii jonów (np. CI, ESI) P(E) Fragmentacja w źródle jonów P(E) [ H] Fragmentacja w źródle jonów E F E E F E E energia jonów E F energia fragmentacji P(E) populacja jonów jako funkcja energii 16

9 Widma FI, CI(NH 3 ) i EI kaprylanu butylu O O FI = 200 bardzo niska energia [H] CI niska energia Brak jonu molekularnego EI wysoka energia 17 etody jonizacji stosowane w spektrometrii mas 18

10 etody jonizacji Jonizacja w wysokiej próżni: Jonizacja elektronowa (Electron Ionization; EI) Jonizacja polem (Field Ionization; FI) Jonizacja w warunkach średniej próżni: Jonizacja chemiczna (Chemical Ionization; CI) Jonizacja pod ciśnieniem atmosferycznym: Jonizacja chemiczna pod ciśnieniem atmosferycznym (Atmospheric Pressure Chemical Ionization; APCI) Fotojonizacja pod ciśnieniem atmosferycznym (Atmospheric Pressure Photoionization; APPI) Transfer jonów z roztworu do fazy gazowej: Elektrosprej, elektrorozpylanie (Electrospray Ionization; ESI) etody desorpcyjne: Desorpcja polem (Field Desorption; FD) Desorpcja laserowa wspomagana matrycą (atrix-assisted Laser Desorption Ionization; ALDI) Bombardowanie szybkimi atomami (Fast Atom Bombardment; FAB) i Spektrometria jonów wtórnych z użyciem ciekłej matrycy (Liquid atrix Secondary Ion ass Spectrometry; LSIS) Spektrometria jonów wtórnych (Secondary Ion ass Spectrometry; SIS) Elektrosprej desorpcyjny (Desorption Electrospray; DESI) Bezpośrednia analiza w czasie rzeczywistym (Direct Analysis in Real Time; DART) 19 JONIZACJA ELEKTRONOWA (EI) 20

11 Jonizacja elektronowa (EI) e - e - W wyniku oddziaływania elektronów o energii ok. 70 ev z cząsteczką następuje oderwanie elektronu i utworzenie kationorodnika. Powstający kationorodnik ma stosunkowo wysoką energię i może ulegać rozpadowi, którego stopień zależy od budowy cząsteczki. Jonizacja elektronowa odbywa się w warunkach wysokiej próżni, w związku z czym można ją zastosować tylko do substancji o wystarczająco wysokiej lotności (próbkę należy najpierw odparować). 21 Jonizacja elektronowa (EI) e - magnes katoda - N soczewki ogniskujące miejsce wprowadzania próbki (prostopadle do płaszczyzny rysunku) elektroda odpychająca obudowa komory jonizacyjnej (U A = 8000 V) S - magnes elektroda przyspieszająca (U = 0 V) szczelina wejściowa wiązka jonów (do analizatora) E = zeu A Czas przebywania próbki w źródle jonów: ok s 22

12 Źródło jonów EI spektrometru Autospec 23 Sonda do wprowadzania bezpośredniego 24

13 Widmo EI cholesterolu Abundance #229209: Cholest-5-en-3-ol (3.beta.)- (CAS) $$ Lanol $$ Dyth 386 H 3 C CH CH 3 H H 3 C CH HO HO H H m/z--> Jonizacja elektronowa (EI) Cechy charakterystyczne jonizacji elektronowej e - e ev - etoda: oderwanie elektronu od obojętnej cząsteczki Źródłoenergii: wiązka elektronów (12 70 ev) Energia jonów: wysoka, o szerokim rozrzucie Jon molekularny: ; często nieobecny lub słaby Jony fragmentacyjne: liczne, intensywne Zastosowania: lotne związki organiczne 26

14 JONIZACJA CHEICZNA (CI) 27 Źródło jonów do EI i CI doprowadzenie gazu reagującego miejsce wprowadzania próbki (prostopadle do płaszczyzny rysunku) elektroda odpychająca magnes katoda - N soczewki ogniskujące obudowa komory jonizacyjnej (U A = 8000 V) S - magnes elektroda przyspieszająca (U = 0 V) szczelina wejściowa wiązka jonów (do analizatora) E = zeu A 28 Czas przebywania próbki w źródle jonów: ok s

15 Jonizacja chemiczna z wykorzystaniem metanu CH 4 e - CH 4 e - CH 4 CH 3 H EI niskie ciśnienie Ułamek molowy I I CH 4 CH 5 C 2 H 5 CH 4 CH 4 CH 5 CH 3 CH 3 CH 4 C 2 H 5 H 2 CI wysokie ciśnienie CH 4 CH 5 C 2 H 5 CH 3 Ciśnienie P P = 10-5 Torr P = 1 Torr C 3 H 5 29 Reakcje tworzenia kationów w źródle CI Wymiana protonu Wymiana ładunku XH H X X X Addycja elektrofilowa X X Oderwanie anionu AB X A BX Utworzone w ten sposób kationy mogą ulegać dalszym reakcjom. 30

16 Powinowactwo do protonu cząsteczek obojętnych B H BH PA(B) = H Zasada sprzężona (B) Kation (BH ) PA(B) [kj/mol] H 2 H CH 4 CH C 2 H 6 C 2 H H 2 O H 3 O 712 CH 3 OH CH 3 OH CH 3 CN CH 3 CNH 782 (CH 3 ) 2 C=CH 2 (CH 3 ) 3 C 810 NH 3 NH CH 3 NH 2 CH 3 NH NH 2 (CH 2 ) 2 NH 2 NH 2 (CH 2 ) 2 NH Zdolność do protonowania 31 Wykorzystanie wartości powinowactwa do protonu Porównanie jonizacji chemicznej octanu etylu z wykorzystaniem CH 4 i NH 3 CH 3 COOEt CH 5 [CH 3 COOEt H ] CH 4 H r =? CH 4 H CH 5 H 1 = -PA(CH 4 ) = -536 kj/mol CH 3 COOEt H [CH 3 COOEt H ] H 2 = - PA(EtOAc) = -836 kj/mol H r = H 2 H 1 = PA(CH 4 ) PA(EtOAc) = -300 kj/mol CH 3 COOEt NH 4 [CH 3 COOEt H ] NH 3 H r =? NH 3 H NH 4 H 1 = -PA(NH 3 ) = -847 kj/mol CH 3 COOEt H [CH 3 COOEt H ] H 2 = - PA(EtOAc) = -836 kj/mol H r = H 2 H 1 = PA(NH 3 ) PA(EtOAc) = 11 kj/mol Zasada sprzężona (B) PA(B) [kj/mol] H CH C 2 H H 2 O 712 CH 3 OH 762 CH 3 CN 782 (CH 3 ) 2 C=CH NH CH 3 NH NH 2 (CH 2 ) 2 NH Średnia energia dysocjacji wiązania: C CO 354 kj/mol, O CO 420 kj/mol, C Br 302 kj/mol, C I 241 kj/mol 32

17 Zależność stopnia fragmentacji od rodzaju reagenta w CI HO N O CH3 = 241 Zasada sprzężona (B) PA(B) [kj/mol] H CH C 2 H H 2 O 712 CH 3 OH 762 CH 3 CN 782 (CH 3 ) 2 C=CH NH CH 3 NH NH 2 (CH 2 ) 2 NH Widma EI i CI n-dekanolu ( = 158 Da) [ OH] EI C 10 H 21 [ H] CI (CH 4 ) [ H] CI (i-c 4 H 10 ) [C 9 H 19 CH=OH] 34

18 Powstawanie jonów o m/z 141 i 157 w widmie CI n-dekanolu Powstawanie jonu o m/z 141 C 9 H 19 CH 2 OH CH 5 C 9 H 19 CH 2 OH 2 CH 4 C 9 H 19 CH 2 OH 2 C 9 H 19 CH 2 H 2 O Powstawanie jonu o m/z 157 C 9 H 19 CH 2 OH CH 5 C 9 H 19 CH=OH CH 4 H 2 35 Widma CI (H 3 ) nitroanilin 36

19 echanizmy tworzenia anionów w warunkach CI A. WYCHWYT ELEKTRONU Asocjacyjny wychwyt elektronu AB e - AB - Dysocjacyjny wychwyt elektronu AB e - A - B Tworzenie par jonowych AB e - A - B e - B. REAKCJE JONOWO-CZĄSTECZKOWE Przeniesienie protonu H X - - HX Wymiana ładunku X - - X Addycja nukleofilowa X - X - Podstawienie nukleofilowe AB X - BX A - 37 Widma PCI (CH 5 ) i NCI (OH - ) fenyloalaniny NCI PCI 38

20 Jonizacja chemiczna (CI) Cechy charakterystyczne jonizacji chemicznej XH [ H] X X - [ - H] - XH (typowe reakcje) etoda: addycja lub oderwanie prostych jonów (najczęściej protonu) Źródło energii: wiązka elektronów ( ev) - tworzenie jonów pierwotnych Energia jonów: niska do umiarkowanej Jon molekularny: najczęściej cząsteczka protonowana lub deprotonowana; wysoka intensywność Jony fragmentacyjne: zazwyczaj o niskiej lub średniej intensywności; można wpływać na stopień fragmentacji dobierając odpowiednio gaz reagujący Zastosowania: lotne związki organiczne o średniej i wysokiej polarności 39 ELEKTROSPREJ (ELEKTROROZPYLANIE, ELEKTROROZPRASZANIE) (ESI) 40

21 Elektrosprej (ESI) metoda transferu jonów z roztworu do fazy gazowej John B. Fenn ( ) Otrzymał Nagrodę Nobla w 2002 r. (z K. Tanaką) za zastosowanie ESI do jonizacji makrocząsteczek Schemat źródła jonów ESI J. Fenna. ann, S. Shen i J. B. Fenn Electrospray ass Spectrometry in: ass Spectrometry in the Biological Sciences: A Tutorial, Ed.. L. Gross, Kluver Academic Publishers, Dordrecht Źródło jonów ESI (ariner, AB Sciex). 41 Elektrosprej (ESI) Etap 1: tworzenie naładowanych kropli roztwór próbki w polarnym rozpuszczalniku kapilara gaz rozpylający Etap 2: odparowanie rozpuszczalnika i rozpad kropli (powtarza się wielokrotnie) odparowanie rozpuszczalnika "Rozpad kulombowski" Etap 3A: emisja jonu z naładowanej kropli pod wpływem pola elektrycznego (działa dla małych cząsteczek) Etap 3B: odparowanie i rozpad kropli prowadzący do powstanie wielokrotnie naładowanych, solwatowanych jonów (działa dla dużych, polarnych cząsteczek) (średnica kropli ok. 10 nm) desorpcja jonu w wyniku działania pola elektrycznego dalsze odparowywanie rozpuszczalnika i podziały kropli (średnica kropli ok. 10 nm) jon naładowany wielokrotnie 42

22 Źródło jonów ESI Turbo-V firmy SCIEX 43 Widma EI i ESI nadkaprylanu metylu EI 70 ev % Intensity [ O 2 CH 3 ] = 174 O O O CH /z Na ESI w eoh H % Intensity Na ass (m/z) 44

23 Widma ESI w trybie jonów dodatnich i ujemnych pochodnej binaftylu o masie 344 Da, zawierającej grupy OH i COOH ? 201.0? Spec #1[BP = 201.0, 724] ESI () 724 COOH (OH) m % Intensity F F 279.1? F? [2 Na ] F ass (m/z) (OH) n Spec #1[BP = 343.1, 2675] [ H ] ESI (-) % Intensity ass (m/z) Widmo ESI peptydu o masie Da Widmo po dekonwolucji 46

24 Elektrosprej (ESI) Cechy charakterystyczne metody elektrosprej etoda: transfer jonów z fazy ciekłej do gazowej pod ciśnieniem atmosferycznym Źródło energii: wysokie napięcie wymagane do nadania kroplom ładunku elektrycznego Energia jonów: niska Jon molekularny: [ nh] n, [ - nh] n-, [ Na] ; wysoka intensywność Jony fragmentacyjne: brak lub o niskiej intensywności Zastosowania: nielotne, polarne związki organiczne i kompleksy z ich udziałem w roztworze 47 JONIZACJA CHEICZNA POD CIŚNIENIE ATOSFERYCZNY (APCI) FOTOJONIZACJA POD CIŚNIENIE ATOSFERYCZNY (APPI) 48

25 Jonizacja chemiczna pod ciśnieniem atmosferycznym (APCI) XH [ H] X (typowe reakcje) X - [ - H] - XH etoda: addycja lub oderwanie prostych jonów (najczęściej protonu) Źródło energii: wyładowanie koronowe (tworzenie jonów pierwotnych) Energia jonów: niska do umiarkowanej Jon molekularny: najczęściej cząsteczka protonowana lub deprotonowana; wysoka intensywność Jony fragmentacyjne: zazwyczaj o niskiej lub średniej intensywności Zastosowania: nielotne związki organiczne w roztworze w polarnym rozpuszczalniku 49 Analiza digoksyny olecular Weight = Exact ass = olecular Formula = C 41 H 64 O 14 O OH CH 3 O Widmo APCI(-) digoksyny w układzie eoh-chcl 3. Jon pseudomolekularny [ Cl] - ulega fragmentacji tracąc kolejne reszty cukrowe i zachowując jon Cl -. CH 3 CH 3 O O OH - Q1: to minfromch3cldigoxin.wiff ax. 2.6e6 cps. 2.6e CH 3 O HO OH O CH 3 O OH O OH = = = e6 2.2e6 2.0e6 1.8e6 1.6e6 1.4e = e6 1.0e e e5 4.0e e m/z, amu

26 Fotojonizacja pod ciśnieniem atmosferycznym (APPI) h e ~10 ev - XH [ H] X X - [ - H] - XH etoda: oderwanie elektronu; addycja lub oderwanie prostego jonu (najczęściej protonu) Źródło energii: światło UV (tworzenie jonów pierwotnych) Energia jonów: niska do umiarkowanej Jon molekularny:, [H] lub [-H] - ; wysoka intensywność Jony fragmentacyjne: zazwyczaj o niskiej intensywności Zastosowania: nielotne związki organiczne w roztworze 51 DESORPCJA LASEROWA WSPOAGANA ATRYCĄ (ALDI) 52

27 Desorpcja laserowa wspomagana matrycą (ALDI) Franz Hillenkamp ( ) ichael Karas (ur. 1952) Otrzymał Nagrodę Nobla w roku 2002 (z J. B. Fennem) za zastosowanie ALDI do jonizacji makromolekuł (praca opublikowana w roku 1987) Koichi Tanaka (ur. 1959) Twórcy ALDI (w roku 1985) 53 Desorpcja laserowa wspomagana matrycą (ALDI) XH [ H] X X [ - H] - XH etoda: addycja lub oderwanie protonu (wspomagane matrycą) Źródło energii: wysokoenergetyczny, krótki impuls laserowy (UV lub IR) Energia jonów: niska do średniej Jon molekularny: [H] lub [-H] - ; wysoka intensywność Jony fragmentacyjne: zazwyczaj słabe lub brak Zastosowania: nielotne związki organiczne o wysokich masach cząsteczkowych echanizm odparowania/jonizacji ALDI 54

28 Desorpcja laserowa wspomagana matrycą (ALDI) płytka na próbki ALDI COOH OH H 3 CO COOH HO HO OCH 3 2,5-Dihydroxybenzoic acid (DHB, Gentisic acid) E-3,5-dimethoxy-4-hydroxycinnamic acid (SA, Sinapinic acid) H 3 CO COOH COOH HO E-3-methoxy-4-hydroxycinnamic acid (FA, Ferulic acid) COOH CN HO 4-Hydroxy- -cyanocinnamic acid (4HCCA) HO N Nicotinic acid (NA) COOH N 3-Hydroxypicolinic acid (HPA or 3HPA) Wybrane matryce stosowane w ALDI widmo ALDI białka 55 JONIZACJA POLE (FI) DESORPCJA POLE (FD) 56

29 Jonizacja polem (FI) i desorpcja polem (FD) Źródło jonów do jonizacji polem (FI) i desorpcji polem (FD) Powiększenie aktywowanego emitera do FI/FD 57 Emiter FD z kroplą roztworu próbki 58

30 Źródło jonów do jonizacji polem (FI) Spektrometr GCT firmy icromass 59 Widma FI, CI(NH 3 ) i EI kaprylanu butylu O O FI = 200 bardzo niska energia [H] CI niska energia Brak jonu molekularnego EI wysoka energia 60

31 Widmo FD katalizatora metatezy R003301; R. Gawin rg (15.300) Sm (n, 1x1.00); Cm (586:675) R003301; R. Gawin rg (15.300) Sm (n, 1x1.00); Cm (586:675) TOF S FD 644 TOF S FD % % rg389 (0.023) Cu (0.10); Is (1.00,0.10) C31H35ClN2O3Ru TOF S FD 2.33e % m/z m/z 61 Zakresy stosowalności różnych technik jonizacji w spektrometrii mas polarność APPI ESI CI APCI, FD EI, FI ALDI masa cząsteczkowa

32 Podsumowanie Współczesne metody jonizacji umożliwiają: uzyskanie stabilnych jonów molekularnych dla praktycznie dowolnych związków organicznych; precyzyjną kontrolę energii jonów; bezpośrednie połączenie chromatografu gazowego lub cieczowego ze spektrometrem mas; bezpośrednią i nieniszczącą analizę związków znajdujących się na powierzchni różnych obiektów; wykonanie obrazowania powierzchni próbek organicznych, nieorganicznych i biologicznych. 63 Analizatory masy jonów stosowane w spektrometrii mas 64

33 Analizatory masy jonów stosowane w spektrometrii mas Analizator magnetyczny (agnetic analyzer ; B) Analizator elektrostatyczny (Electric analyzer; E) Analizator kwadrupolowy (Quadrupole analyzer; Q) Kwadrupolowa pułapka jonowa (Ion Trap; Quadrupole Ion Trap; IT lub QIT) Analizator czasu przelotu (Time-of-Flight analyzer; TOF) Jonowy rezonans cyklotronowy (Ion Cyclotron Resonance; ICR) Orbitrap Układy tandemowe i hybrydowe (szeregowe połączenie dwóch lub większej liczby jednakowych lub różnych analizatorów masy). 65 Analizator magnetyczny Elektromagnes r Źródło jonów Detektor V r m 2V z eb 2 3 B r V Przykład: B = 1,7 T, r = 60 cm, V = 8000 V max = 6000 Da (dla jonów o ładunku jednostkowym) 2 2 W analizatorze magnetycznym promień toru jonu zależy zarówno od jego masy (ściślej: m/z), jak i energii. 66

34 Spektrometr o podwójnym ogniskowaniu i geometrii BE Analizator magnetyczny Szczelina pośrednia Analizator elektryczny Komory zderzeń Szczelina wyjściowa Źródło jonów Szczelina wejściowa Powielacz elektronów Zalety: wysoka zdolność rozdzielcza, możliwość badania fragmentacji. Wady: wysoka cena, niezbyt szybkie, umiarkowany zakres mas (do ok Obecnie stosowane są (ale nie w IChO PAN!) do specyficznych rodzajów analiz (np. analiza dioksyn). 67 Waters icromass Autospec Premier HP

35 Analizator kwadrupolowy Pręty kwadrupola Detektor RF voltage supply Źródło jonów DC voltage supply Zalety: tanie, szybkie. Wady: niski zakres mas (do ok. 4000), niska zdolność rozdzielcza (jednostkowa). Najczęściej są elementem układów tandemowych i hybrydowych. 69 Spektrometr mas z analizatorem kwadrupolowym Źródło jonów EI Analizator kwadrupolowy Detektor do pompy próżniowej do pompy próżniowej sygnał do wzmacniacza Zestaw GC/S: Agilent 7890A & 5975C 70

36 Spektrometr mas ALDI TOF (atrix-assisted Laser Desorption Ionization Time Of Flight) Zależność czasu przelotu od masy jonu Laser ev mv 2 2 v 2eV m wiązka laserowa V wiązka jonów droga wiązki jonów = l Detektor t l v l 2eV m 2eV m t 2 l l 2eV 2 m Próbka na płytce stalowej Symbole: m masa jonu (kg) e ładunek elementarny (C) V napięcie przyspieszające (V) v prędkość liniowa jonu (m/s) t czas przelotu jonu (s) l droga wiązki jonów (m) 71 Spektrometr czasu przelotu (TOF) z reflektorem jonów źródło jonów elementy ogniskujące reflektor jonów detektor Zalety: stosunkowo tanie, bardzo szybkie, bardzo szeroki zakres mas (do > ), wysoka zdolność rozdzielcza w trybie refleksyjnym. Często są elementem układów hybrydowych. 72

37 Analizator czasu przelotu (TOF) z reflektorem jonów 73 Spektrometr mas typu potrójny kwadrupol (API 3000) Kwadrupolowa komora zderzeń Analizatory kwadrupolowe 74

38 tryb S Spektrometr mas typu Q-TOF tryb S/S 75 Spektrometr mas typu Q-TOF: Synapt G2-S HDS 76

39 I na zakończenie dwie ciekawostki... egatof egadalton ALDI ass Spectrometer Widmo ALDI-TOF immunoglobuliny 78

40 Spektrometr FT-ICR ultrawysokiej rozdzielczości Bruker Solarix What resolving power is required?? C 45 H 74 N 10 O RP=20, RP=100, RP= 500,000 [2] RP=1,000, m/z m/z

41 What resolving power is required?? C 45 H 74 N 10 O RP=20, RP=100, C C 2 74 N 10 O C H N O O RP= 500, C C 11 H N 9 15 N 1 16 O 16 [2] C C 21 H N O C C 11 H 732 H 1 14 N O RP=1,000, m/z m/z