Oznaczanie związków organicznych w matrycach środowiskowych z wykorzystaniem spektrometru mas Techniki wzbogacania próbek środowiskowych Techniki analizy fazy nadpowierzchniowej (headspace) Wykrywanie i oznaczanie śladowych ilości związków organicznych w środowisku wiąże się zazwyczaj z tzw wzbogaceniem próbki, czyli zwiększeniem ilości oznaczanych substancji (analitów) w próbce dozowanej na aparaturę analityczną Często stosuje się ekstrakcję z matrycy środowiskowej do fazy mającej większe powinowactwo względem oznaczanych związków niż matryca Zachowanie analitu w takim układzie opisuje współczynnik podziału pomiędzy obie fazy Technika headspace służy do ekstrakcji lotnych analitów z ciał stałych i cieczy (faz skondensowanych) Ogólnie techniki headspace stosowane do ekstrakcji z faz ciekłych dzieli się na statyczne gdzie gaz i ciecz pozostają nieruchome i na dynamiczne gdzie jedna lub obie fazy ulegają przemieszczaniu Najbardziej znaną dynamiczną odmianą headspace jest purge and trap Gaz przepływa przez i ponad cieczą, a anality migrują do fazy gazowej w wyniku przesunięcia równowagi termodynamicznej (dostarczany gaz nie zawiera analitów) Gaz wzbogacony w anality przepływa przez sorbent (węgiel aktywny, Tenax), na którym anality ulegają sorpcji Kolejnym krokiem jest desorpcja (termiczna lub rozpuszczalnikiem) i dozowanie na wlot aparatury najczęściej chromatografu gazowego Pozostałe metody dynamiczne wykorzystują przemieszczanie się cieczy lub/i gazu, różne kierunki przepływu tych mediów, oraz różne sposoby wzbogacenia próbki dozowanej Statyczna odmiana headspace (statyczny headspace) polega na analizie fazy gazowej znajdującej się w równowadze termodynamicznej z analizowaną próbką w stałej temperaturze T Jeśli objętość fazy o ciekłej oznaczymy jako V L a gazowej V G, stężenie początkowe analitu w fazie ciekłej jako c L a po ustaleniu się równowagi c L fazie ciekłej i c G w fazie gazowej, stan równowagi można opisać równaniem: c L o V L = c G V G + c L V L (4) Tendencję przechodzenia poszczególnych związków chemicznych do fazy gazowej opisuje współczynnik podziału K = c C /c G, w którym c C jest stężeniem analitu w fazie skondensowanej (matrycy próbki), a c G jest stężeniem analitu w fazie gazowej (headspace) Współczynnik podziału K jest związany ze stopniem rozpuszczalności analitu w matrycy Na przykład, dla benzenu mającego ograniczoną rozpuszczalność w wodzie współczynnik podziału K w temperaturze 25 ºC wynosi około 7 Natomiast etanol, który jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie ma współczynnik K wynoszący 7 Wysoka wartość K oznacza, że analit trudno opuszcza matrycę ciekłą lub stałą Przykładowe wartości K w temperaturze 4 ºC zestawiono w tabeli 1 Tabela 1 Współczynniki podziału substancji organicznych w układzie woda - powietrze związek K benzen 2,9 toluen 2,82 o-ksylen 2,44 cykloheksan,77 heksan,14 etanol 1355 Rysunek 2 ilustruje podział analitu pomiędzy fazę skondensowaną a gazową Współczynnik podziału K jest funkcją temperatury T i wielkości zależnych od temperatury jak gęstość cieczy, współczynnik aktywności Raoulta analitu i prężność pary nasyconej analitu Współczynnik podziału malej wraz ze wzrostem temperatury: dk 1 2 (5) dt T Dysponując współczynnikiem podziału związku pomiędzy fazę ciekłą i gazową K = c L /c G (gdzie c L i c G wyrażone są w gramach na cm 3 odpowiednio cieczy i gazu) oraz wprowadzając pojęcie stosunku objętości fazy gazowej do fazy ciekłej r = V G /V L równanie 4 można przekształcić w następującą postać:
c L c G K V V L V L G c G K r Równanie powyższe jest podstawą wszelkich obliczeń ilościowych przy wykonywaniu analiz techniką headspace Najlepsze warunki (najwyższe stężenie w fazie gazowej) uzyskujemy przy małej objętości fazy gazowej i jak najmniejszym współczynniku podziału K (6) Rysunek 1 Podział analitu pomiędzy fazę skondensowaną a gazową Aby ilościowo oznaczyć analiz w wodzie (i ogólnie cieczy) należy wpierw skalibrować układ tak aby wiedzieć jakiej masie analitu w fazie gazowej odpowiada dany sygnał z detektora Dopiero po kalibracji detektora można przystąpić do analizy ilościowej Analiza taka wymaga wyznaczenia współczynnika podziału bądź wyrugowania go z równania (6) Ekstrakcja z cieczy do fazy stałej SPE Związki organiczne wrzące w zakresie temp 2 4 C określa się mianem półlotnych Związki te dużo trudniej opuszczają matrycę i dają niskie sygnały w technice analizy fazy nadpowierzchniowej W ich przypadku najczęściej stosuje się ekstrakcje do fazy stałej SPE (solid phase ekstraction) Polega ona na przepuszczeniu cieczy, zazwyczaj wody, przez złoże sorbenta mającego silne powinowactwo do oznaczanych związków Rysunek 2 Ekstrakcja SPE Step One wymycie ze złoża ewentualnych zanieczyszczeń, Step Two przepuszczanie próbki wody, Step Three wymycie substancji przeszkadzających w oznaczeniu, Step Four elucja związków oznaczanych małą ilością fazy organicznej Przykładowo dla węglowodorów alifatycznych w wodzie stosuje się fazę zawierającą oktadecyl związany chemicznie z krzemionką Po zakończeniu, zaadsorbowane związki wymywa się małą ilością fazy organicznej (tzw wzbogacanie ) Zastosowanie SPE pozwala na przepuszczenie przez złoże
dużej ilości wody, przeważnie jest to 1 dm 3 Wadą tej metody jest zatykanie się złoża lub filtrów, szczególnie gdy ciecz nie jest dostatecznie klarowna, oraz długi czas ekstrakcji Ekstrakcja w układzie ciecz-ciecz Najpopularniejszy sposób usuwania związków organicznych z wody to ekstrakcja ciecz ciecz Do usuwania związków organicznych z wody stosuje się ciecz (ekstrahent), która nie miesza się z wodą Typowy stosunek objętości ekstrahenta do wody wynosi 1 : 5 Przy niższym zachodzi obawa uzyskania niewyraźnego rozdzielenia faz, przy wyższym maleje efekt wzbogacenia w oznaczane związki Jeśli wybrana ciecz ma gęstość mniejszą od wody (np n-pentan) ekstrakcję prowadzi się w kolbce, tak aby po rozdzieleniu faz, ekstrahent znajdował się w szyjce, skąd łatwo go pobrać pipetą Gdy substancja ekstrahująca jest gęstsza od wody (np dichlorometan), używa się tzw rozdzielaczy Konstrukcja pozwala na usunięcie ekstrahenta z dna rozdzielacza za pomocą kranika Rysunek 3 Rozdzielacz do ekstrakcji ciecz ciecz Ekstrakcja z gazu do fazy stałej Bardzo popularna metoda stosowana do oznaczania czynników szkodliwych na stanowiskach pracy Fazą sorpcyjną, którą przeważnie jest polimer TENAX lub węgiel aktywny, umieszcza się w tzw rurkach sorpcyjnych Analogicznie jak w ciecz metodzie SPE, przepuszcza się powietrze lub inny gaz przez rurkę z sorbentem Objętościowe natężenie przepływu gazu powinno być precyzyjnie kontrolowane, aby znając czas poboru dokładnie określić jego ilość pobraną do ekstrakcji Zbyt małe natężenie przepływu wydłuża czas poboru, zaś za duży strumień gazu może uniemożliwiać całkowitą sorpcję jego składników Desorpcja odbywa się poprzez podgrzanie sorbenta do temp 2-4 C lub zanurzenie go w odpowiednim rozpuszczalniku Rysunek 4 Rurka sorpcyjna Wewnątrz znajdują się dwie warstwy tego samego sorbenta, rozdzielone nieaktywną pianką Gaz wpierw przepływa przez dłuższą warstwę, oznaczane związki
powinny ulec adsorpcji wyłącznie (95 %) na tej warstwie Krótsza warstwa służy jako kontrola stopnia zatrzymania związków w warstwie dłuższej Chromatograficzny rozdział związków organicznych Schematycznie rozdział jednocześnie nastrzykniętych związków A i B przedstawia rys 5 Gazowa próbka będąca mieszaniną A i B zostaje wprowadzona do szklanej wkładki portu nastrzykowego chromatografu (injection port liner) Temperatura panująca w porcie (1-35 ºC) powoduje odparowanie dozowanej próbki (mieszaniny związków) W początkowej fazie wędrówki przez kolumnę kapilarną (capillary column), mieszanina pozostaje w formie niezmienionej (position 1) Oddziaływania z fazą stacjonarną kolumny (stationary bonded phase) wpływają na zróżnicowanie prędkości poruszania się poszczególnych składników próbki, zwiększające się w miarę przemieszczania przez kolumnę (position 2-3) Rozdzielone związki w określonym czasie od nastrzyku docierają do połączenia chromatografu z detektorem mas (S interface) Do rozdziału węglowodorów stosuje się kolumny najczęściej kapilarne o wypełnieniu niepolarnym zazwyczaj jest to faza ciekła związana z kolumną Przykładem takiej fazy jest polimetylosiloksan Retencja oznaczanego węglowodoru związana jest powtarzającymi się po sobie procesami rozpuszczania i ponownego przechodzenia do fazy gazowej i mamy tu do czynienia z chromatografią podziałową W rzadziej stosowanej chromatografii adsorpcyjnej oznaczany związek podczas wędrówki przez kolumnę wielokrotnie ulega procesom jedynie adsorpcji i desorpcji na powierzchni ciała stałego np Al 2 O 3 Rysunek 5 Rozdział chromatograficzny Spektrometr mas Do identyfikacji i oznaczania ilościowego węglowodorów aromatycznych wykorzystano spektrometr mas HP 5973 Podstawowe zespoły urządzenia to: układ pomp próżniowych (vacuum pumps) źródło jonów (ion source) soczewki skupiających wiązkę jonów (focusing lens) analizator kwadrupolowy (analyzer) detektor właściwy (detector) Rysunek 6 przedstawia schemat spektrometru mas
Rysunek 6 Schemat działania spektrometru mas Układ wytwarzania wysokiej próżni Zadaniem spektrometru jest zarejestrowanie sygnału pochodzącego od bardzo małej ilości jonów, gdyż tylko mała część próbki ulega jonizacji Aby jony bez zderzeń z cząsteczkami obojętnymi i innymi jonami przebywały całą długość analizatora, konieczne jest wytworzenie próżni w skrzyni analizatora Pompa wstępna (rough pump) wraz z pompą turbomolekularną (turbo pump) wytwarzają w układzie spektrometru próżnię rzędu 1-5 Torr Pompa wstępna posiada tradycyjny układ rotorowy, w którym tłok umocowany niecentrycznie na wale napędowym naprzemian zasysa gaz z układu próżni i tłoczy go na zewnątrz dzięki ciśnieniowym zaworom sprężynowym Wirnik pompy turbo (rys 7) zaopatrzony jest w zagięte ostrza ułożone promieniście względem rdzenia wirnika Obracające się z szybkością 6 obrotów na minutę ostrza zagarniają cząsteczki powodując ich ruch ku dołowi, gdzie zostają zassane przez pompę wstępną Ciśnienie wytwarzane przez pompę turbo wynosi przy maksymalnym dopuszczalnym przepływie gazu nośnego 4 cm 3 /min około 71-5 Torr, a czas osiągnięcia takiej próżni waha się od 5 do 1 minut Pompa turbomolekularna jest w stanie przetoczyć w ciągu sekundy 25 litrów gazu Jest to konieczne gdyż przy przepływie 1 cm 3 /min po rozprężeniu do ciśnienia rzędu 1-5 Torr otrzymałoby się kilkaset tysięcy cm 3 gazu pod tym ciśnieniem Rysunek 7 Pompa turbomolekularna Źródło jonów Pary rozdzielonych chromatograficznie związków (sample molecules in vapor state) dostają się do źródła jonów (rys 8) przez termostatowane połączenie chromatografu ze spektrometrem Wiązka elektronów (electron beam) emitowanych z włókien wolframowych (filament) jonizuje mały ułamek cząsteczek wpływających do komory jonizacyjnej Najczęściej stosuje się wiązkę elektronów o energii 7 ev, co odpowiada maksimum wydajności jonów Przyspieszacz jonów (repeller rys 9), spolaryzowany dodatnio, kieruje jony przez otwór w płytce przejściowej (drawout plate, acceleration
plate) do układu soczewek (płytek) skupiających (focusing lens, plates) Cząsteczki obojętne zostają wyssane przez pompy próżniowe Rysunek 8 Komora jonizacyjna Układ soczewek skupiających Soczewki skupiające (rys 9) mają za zadanie uformować wiązkę wchodzącą do analizatora kwadrupolowego Zarówno do soczewek skupiających jak i wprowadzających jony do filtra mas (entrance lens) stosuje się napięcie stałe Im większa wartość napięcia, tym większa czułość analizy związków niskocząsteczkowych Rysunek 9 Formowanie wiązki jonów wchodzących do kwadrupola Analizator Jony wychodzące z układu soczewek osiągają kwadrupolowy filtr mas Filtr pokazany na rys 6 jest kształtką kwarcową pokrytą warstwą złota w celu zmniejszenia niejednorodności powierzchni, a co się z tym wiąże niejednorodności pola elektrycznego między prętami Elementy kształtki są połączone ze sobą w taki sposób, że podłużne segmenty położone obok siebie nie mają kontaktu elektrycznego, zaś położone naprzeciwlegle są ze sobą połączone Działanie kwadrupola najlepiej wyjaśnić przedstawiając filtr jako układ czterech prętów przewodzących elektryczność Do układu prętów przyłożone jest napięcie stałe U lub -U oraz napięcie sinusoidalnie zmienne Vcost (jak na rys 1) gdzie oznacza częstość radiową Nazwa filtr mas pochodzi od funkcji urządzenia, gdyż dla zadanych wartości napięcia filtr przepuszcza jony o odpowiedniej wartości masy do ładunku m/z Zastosowanie tylko stałego napięcia powodowałoby wędrówkę jonów dodatnich do elektrod o ujemnym potencjale po torze parabolicznym zależnym od stosunku masy jonu do ładunku jonu: m/e Przyłożenie napięcia zmiennego sinusoidalnie (przemiennego) wprowadza jony w ruch drgający Tak więc tor jonów przelatujących przez analizator może być opisany sinusoidą Dla danej częstości zmian napięcia jony o
określonym stosunku m/e uzyskują warunki rezonansu to znaczy drgają w rytm zmian napięcia przykładanego na pręty analizatora Pozostałe jony są zbyt silnie przyciągane lub odpychane przez elektrody i poruszają się po torze parabolicznym, a końcem ich wędrówki jest rozładowanie na ujemnie spolaryzowanych elementach spektrometru Rysunek 1 Kwadrupol Po przejściu przez filtr mas jony uderzają w wewnętrzną powierzchnię powielacza elektronów w kształcie rożka (rys 11) Na rożku panuje wysokie napięcie (rzędu tysięcy V) i jony zderzające się z powierzchnią powodują emisję elektronów Wiązka wyemitowanych elektronów uderza w inną część powielacza, a energia kinetyczna każdego z elektronów powoduje wybicie kilkunastu elektronów z płytki powielacza Napięcie powielacza ustala się w zależności od stężenia analitów w granicach - 3 V Im niższe stężenie substancji oznaczanych tym niższe (zmierzające do -3 V) powinno być napięcie na powielaczu Rysunek 11 Dynoda wzmacniająca prąd jonowy Tryby pracy detektora mas ożliwe są dwa tryby pracy detektora mas: SCAN (Scanning) Rejestracja pojedynczego punktu chromatogramu to zapis całkowitego prądu jonów przelatujących przez kwadrupol w którym panuje przemienne pole elektromagnetyczne o częstości zmieniającej się w wybranym zakresie Zbieranie punktu na chromatografie wiąże się z dyskretną zmianą częstości prądu kwadrupola 1, 2, n w bardzo krótkim przedziale czasu - ułamka sekundy Kolejnym częstościom odpowiadają masy jonów m 1, m 2,m n i każdemu punktowi chromatogramu przyporządkowane jest widmo mas Im mniejszy zakres monitorowanych mas, tym więcej jonów o danej masie zostanie zarejestrowanych SI (Selected Ions easurement) Aby zwiększyć czułość aparatu należy jak najbardziej zmniejszyć zakres mas jonów Ostatecznie zamiast stosować przemiatanie w zakresie kilkudziesięciu jednostek masy atomowej, można wybrać kilka mas o największych intensywnościach charakterystycznych dla oznaczanego związku
chemicznego Przykładowo dla toluenu największą intensywność rejestruje się dla jonów: 91, 92, 65 Aby wiedzieć, które jony wybrać należy wpierw zarejestrować widma mas dla bardziej stężonej próbki substancji w trybie SCAN Widmo, a struktura cząsteczki Chromatogram uzyskany pomiarze GC-S oprócz charakterystyki całkowitego prądu jonowego w czasie (rys 12A), zawiera również informację o składowych prądach pochodzących od różnych jonów (rys 12B) I tak każdy punkt na chromatogramie można rozłożyć na widmo mas i odczytać udziały poszczególnych jonów w sumarycznym prądzie jonowym Dzięki temu uzyskuje się dodatkową informację jakościową (oprócz czasu retencji), gdyż dany związek organiczny rozpada się w źródle jonów na charakterystyczne dla siebie jony fragmentaryczne TIC: HSGR7_22D 75 7 417 65 6 55 648 5 45 956 4 35 3 25 2 15 1 264 628 75 878 881 857895 922 5 Time--> 3 4 5 6 7 8 9 A 16 Scan 554 (6482 m in): HSGR7_22D (-) 91 15 14 13 12 11 1 9 8 16 7 6 5 4 3 2 1 51 65 15 98 85 119 133 77 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 B Rysunek 12 Chromatogram z oznaczenia związków organicznych w wodzie A i widmo mas dla punktu chromatogramu o czasie retencji 6,49 min (szczyt piku) - B Ażeby nie było zbyt łatwo, dodać należy, że na podstawie jednego widma czasami można zaproponować kilka różnych struktur związku, oraz że niektóre izomery mają praktycznie nierozróżnialne widma mas W takich przypadkach należy wspomagać się inną techniką analityczną, która rozwieje wątpliwości spektroskopia NR, IR, UV-VIS, czy użyć wzorca lub skorzystać z indeksów retencji Jednak w przypadku próbek środowiskowych o znanym pochodzeniu i spodziewanym składzie S oddaje nieocenione usługi w analizie jakościowej i ilościowej Powstawanie widma Po separacji na kolumnie chromatograficznej cząsteczka zostaje wprowadzona do źródła jonów Temperatura tej części spektrometru wynosi przeważnie 2 3 C i ze względu na małe szanse spotkania się cząsteczek i niskie obsadzenie poziomów oscylacyjnych, prawdopodobieństwo zajścia reakcji jest również znikome No i gdyby nie włókna emitujące elektrony, cząsteczki nie uległyby jonizacji i nie byłoby widma Elektrony przelatujące w pobliżu wspomnianej cząsteczki powodują zakłócenie elektromagnetyczne i prowadzą do wybicia elektronu, przez co cząsteczka staje się kationorodnikiem zachowując masę cząsteczki Jeśli elektron został usunięty z zewnętrznej powłoki powstaje jon w stanie podstawowym lub wzbudzonym stanie oscylacyjnym (o niższej energii), a gdy cząsteczka traci elektron z głębszej powłoki jon w stanie wzbudzonym (o wyższej energii) jak na poniższym schemacie:
widmo mas e n B r A q p c b a c b a energia n 2 1 2 1 I tak w pierwszej kolejności z n cząsteczek o masie, które uległy jonizacji, powstają jony molekularne w stanach nie wzbudzonych, wzbudzonych oscylacyjnych i wzbudzonych elektronowych Następnie jony molekularne w stanach wzbudzonych elektronowo oddają energię i przechodzą w stany wzbudzone oscylacyjne np 2 1 i Energia zostaje wykorzystana na fragmentację tychże jonów molekularnych na jony z parzystą liczbą elektronów walencyjnych np B i A i rejestrujemy widmo mas
Ustalanie struktury węglowodorów Przy ustalaniu struktury cząsteczki kierujemy się następującymi zasadami: Węglowodory nierozgałęzione fragmentują na grupy jonów różniące się o 14 jednostek (-CH 2 -) Wpierw z jonu molekularnego powstają większe jony fragmentaryczne mające nadmiar energii, rozpadające się na jony o mniejszej masie, lecz z zachowaniem formuły [C n H 2n+1 ] + Przed takim jonem znajdują się jony pozbawione jednego lub dwóch wodorów Jon molekularny jest bardzo mały, największe intensywności posiadają jony przy m/e = 43, 57, 29, 71 9 #151: Pentane (CAS) $$ n-pentane $$ Skellysolve A $$ n-c5 43 8 7 6 5 4 3 2 1 57 72 18 5 53 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 A 95 #75: Heptane ( CAS) $$ n-heptane $$ Skellysolve C $$ Hept 43 9 85 8 75 7 65 6 55 5 45 29 57 71 4 35 3 25 2 15 1 1 5 15 85 38 51 1 65 77 8 1 2 3 4 5 6 7 9 1 B 9 #35: Decane (CAS) $$ n-decane $$ Isodecane $$ n-c1h22 $ 57 43 8 7 6 5 4 71 85 3 29 2 1 113 15 37 51 65 77 91 126 99 142 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 C Rysunek 13 Widma n-pentanu A, n-heptanu - B i n-dekanu - C Dla związków zawierających ponad 6 atomów węgla obserwuje się charakterystyczny jon + trypoliowy C 7 H 7 o stosunku m/z = 91 (z wyjątkiem benzenu, gdzie główny jest jon molekularny 78) Widma tych związków mają wyraźny pik jonu molekularnego i skąpą fragmentację Jon molekularny węglowodoru aromatycznego jest bardzo trwały w porównaniu z pozostałymi węglowodorami Widma tych związków fragmentują bardzo słabo, dzięki czemu uzyskuje się wyższe sygnały dla wąskiej grupy jonów Obecne w pierścieniu grupy alifatyczne powodują większą fragmentację cząsteczki 95 #149: Benzene, propyl- (CAS) $$ n-propylbenzene $$ Isocum 91 9 85 8 75 7 65 6 55 5 45 4 35 3 25 2 12 15 1 5 51 65 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 78 45 58 73 84 98 15 115 D
3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 95 1 #23: Benzene, 1,2,3,4-tetramethyl- (CAS) $$ Prehnitol $$ 91 9 8 7 6 51 77 5 4 65 3 2 1 58 44 87 69 73 81 E 95 9 85 8 #2131: Benzene (CAS) $$ Phene $$ Benzol $$ Benzole $$ Pyro 78 75 7 65 6 55 5 45 4 35 3 25 2 15 51 1 5 74 26 63 F 1 1215 36 48 29 6 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 Rysunek 15 Widmo propylobenzenu D i 1,2,3,4-tetra - metylobenzenu E, F - benzenu Węglowodory rozgałęzione chętniej ulegają rozerwaniu wiązania przy węglu od którego wychodzą rozgałęzienia Utworzony jon fragmentaryczny jest tym trwalszy im wyższa jest rzędowość węgla 95 #781: Pentane, 2,2-dimethyl- (CAS) $$ 2,2-Dimethylpentane 57 9 85 8 75 7 43 65 6 55 5 45 4 35 3 25 2 15 29 85 1 5 15 69 38 51 2 62 77 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 G 95 9 85 8 75 7 65 6 55 5 45 4 #765: Hexane, 2-methyl- (CAS) $$ 2-ethylhexane $$ Isohep 43 35 3 25 2 15 57 85 1 5 15 1 71 38 51 32 2 65 77 8 1 2 3 4 5 6 7 9 1 H 95 9 85 8 75 7 65 6 55 5 45 4 35 3 25 2 15 1 #788: Pentane, 2,4-dimethyl- (CAS) $$ 2,4-Dimethylpentane 43 57 85 29 5 69 1 38 51 15 63 77 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 95 115 I Rysunek 14 Widma mas izomerów C 7 H 16 : G 2,2-dimetylo pentan, H - 2-etylo heksan i I 2,4-dimetylo pentan Obecność wiązania podwójnego wymusza fragmentację z utworzeniem jonu allilowego Podwójne wiązanie w alkenach może migrować, przez co izomery mogą być nierozróżnialne
2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 #121: 1-Pentene (CAS) $$ Propylethylene $$ alpha-n-amyl 42 9 8 7 55 6 5 7 4 3 2 29 1 53 51 6567 37 44 57 72 J 95 #5948: 1-Heptene (CAS) $$ 1-n-Heptene $$ n-hept-1-ene $$ h 41 9 85 8 56 75 7 65 29 6 55 5 45 4 35 3 7 25 2 15 98 1 5 83 24 51 37 65 79 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 95 115 K 95 #5956: 2-Heptene, (E)- (CAS) $$ trans-2-heptene $$ (E)-2-H 55 9 85 8 41 75 7 65 6 55 5 45 4 35 3 25 2 69 98 15 1 5 15 5 83 36 63 77 91 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 95 115 L 95 9 85 8 75 7 65 6 55 5 45 4 35 3 25 2 15 #5962: 3-Heptene, (E)- (CAS) $$ trans-3-heptene $$ (E)-3-H 41 56 69 98 1 5 15 51 83 32 46 63 77 89 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 95 115 Rysunek 16 Widma mas związków nienasyconych: J 1-peneten, K 1-hepten, L 2- hepten i 3-hepten Jon molekularny utworzony z węglowodoru cyklicznego jest trwalszy w porównaniu z alkanami, a po rozpadzie fragmentuje jak alkan Główne jony fragmentaryczne mają wartości m/e zgodne z formułą C n H 2n+1-2r gdzie r liczba pierścieni 95 #697: Cycloheptane (CAS) 41 55 9 85 8 75 7 7 65 98 6 55 5 45 4 83 35 3 25 2 15 1 15 5 2 32 6 77 91 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 95 115 N
#298: Cyclohexane (CAS) $$ Hexanaphthene $$ Hexamethylene 56 9 8 7 84 6 5 41 4 3 69 2 1 53 24 3 3538 45 5 6265 7477 81 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 O #1249: Cyclopentane (CAS) $$ Pentamethylene $$ UN 1146 42 9 8 7 6 5 4 3 55 2 7 1 29 53 67 37 5 63 57 44 72 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 P Rysunek 17 Widma mas związków cyklicznych: N cykloheptan, O cykloheksan i P cyklopentan Przebieg ćwiczenia: Omówienie działania układu GC-S Omówienie technik ekstrakcji związków organicznych z próbek środowiskowych Wykonanie oznaczenia jakościowego węglowodorów w próbce gleby i wody Omówienie powstawania widma mas Sprawozdanie: Wypełnić tabelkę: temat ćwiczenia data wykonania ćwiczenia: wykonawcy: grupa: Opisać wskazaną metodę ekstrakcji Omówić widmo mas związku wybranego przez prowadzącego 1 Zanieczyszczenia gleb i wód gruntowych lotnymi związkami organicznymi oraz ich oznaczanie metodami ekstrakcji gazem, Zygmunt B, Biziuk, Namieśnik J, ateriały sympozjum, Jachranka 1994, str 51 7 2 etody instrumentalne w kontroli zanieczyszczeń środowiska, Praca zbiorowa pod redakcją Jacka Namieśnika, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 1992, str 9