WIDMA W POLU MAGNETYCZNYM S P E K T R OS K OP IA NMR
Skąd się bierze magnetyzm materii? Każda cząstka elementarna, która posiada: 1. Ładunek elektryczny 2. Moment pędu POSIADA MOMENT MAGNETYCZNY Jednostka momentu magnetycznego - magneton Bohra e 23 μb = μ0 = 0.93 10 2m [A m ] 2
SPIN Fundamentalną właściwością jąder atomowych (i innych atomowych cząstek takich jak elektrony, protony, neutrony) jest to, że posiadają własnywewnętrzny moment pędu zwany SPINEM. Spin różni się od rotacyjnego i orbitalnego momentu pędu tym, że nie jest związany z ruchem obrotowym cząstki, ale jest po prostu wrodzoną nieodłączną własnością cząstki. Proton posiada stowarzyszony ze spinem moment magnetyczny. Można to poglądowo uzasadnić tym, że posiada on pewien ładunek, który wirując staje się podobnie jak przewodnik z prądem źródłem pola magnetycznego.
Podstawowe wielkości Reguła wyboru przejść pomiędzy poziomami NMR mi=±1 Dozwolone przejścia mają energię E = γ hb = hν lub E γ hb γ B = = =ν h h 2π 0 Częstość Larmora Dla danego jadra w danym polu
Właściwości magnetyczne cząstek cząstka Spin γ [radian s-1t-1] ν dla B=1T elektron 1/2 1,7608 x 1011 28,025 GHz proton 1/2 2,6752 x 108 42,578 MHz deuteron 1 0,4107 x 108 6,536 MHz neutron 1/2 1,8326 x 108 29,167 MHz Na 3/2 0,7076 x 108 11,26 MHz P 1/2 1,0829 x 108 17,235 MHz N 1 0,1935 x 108 3,080 MHz C 1/2 0,6729 x 108 10,71 MHz F 1/2 2,518 x 108 40,08 MHz 23 31 14 13 19
Jednostki, wielkości, liczby, nazewnictwo Indukcję pola magnetycznego wyrażamy w Teslach [T] Współczynnik żyromagnetyczny jądra γ radian ů 1 1 = [ radian T s ] ę s T ű γ 2π Częstość Larmora γb ν0= 2π [s 1 T 1 ] [ s 1 ] lub [ Hz ] Częstość fali elektromagnetycznej potrzebnej do przejścia
Jednostki, wielkości, liczby, nazewnictwo 1. 2. Nowoczesne spektrometry NMR stosują pola magnetyczne rzędu 1-20 T Dla najczęściej stosowanych jąder: γ(1h)=26,7519 x 107 [radian T-1s-1] γ(13c)= 6,7283 x 107 [radian T-1s-1] γ(19f)=25,181 x 107 [radian T-1s-1] Np. dla 1H w polu o wielkości B=1.5T γ B0 26.7519 107 1.5 ν0= = = 6.3865 107 [ Hz ] 2π 2π 1MHz = 10 Hz = 10 [ s 1 ν 0 = 63.865 [ Hz ] = 0.00213[cm ] 10 [ s ] 6 6 6 1 ] 1 106 = = [cm 1 ] = 1 10 c[cm s ] 2.9979 10 = 3.3356 10 5 cm 1
Jakie pole magnetyczne odpowiada spektrometrom 90 MHz, 250 MHz i 400 MHz? 2π ν B0 = γ 0 2π ( 90 106 ) B0 (90 MHz ) = = 2.11382[Tesla ] 7 26.7519 10 2π ( 250 106 ) B0 (250 MHz ) = = 5.8717[T ] 7 26.7519 10 2π ( 400 106 ) B0 (400 MHz ) = = 9.3899[T ] 7 26.7519 10 Skoro w danym spektrometrze pole B0 jest stałe to aby zaobserwować przejścia należy zmieniać częstość fali elektromagnetycznej
Jaka będzie obserwowana częstość przejścia 19F w spektrometrze 250 MHz? B0 (250 MHz ) = 5.8717[T ] 2π ν B0 = γ 0 γ B0 to ν 0 = 2π 7 25.181 10 5.8717 ν 0 ( 19 F ) = = 2.3532 108 Hz = 235.32 MHz 2π lub ν 0 ( 19 F ) γ ( 19 F ) = stąd 1 1 ν 0( H) γ ( H) ν 0 ( 1H ) γ ( 19 F ) 250 25.181 ν 0( F) = = = 235.320 MHz 1 γ ( H) 26.7519 19
Rozszczepienie energii spinowej protonu w zależności od przyłożonego pola magnetycznego Im silniejsze pole magnetyczne tym większe rozszczepienie energii Dlatego stosuje się duże nadprzewodzące magnesy
Obsadzenie poziomów - rozkład Boltzmanna N N α β = E kt e = γ h Bo 2π kt e γ h Bo = 1 2π kt
Podstawowe elementy 1 widma H NMR Ilość sygnałów Położenie sygnałów Intensywność sygnałów Rozszczepienie sygnałów
Metoda symetrii
Metoda podstawienia Ha Z C Ha Hb C H3C H3C CH3 identyczne CH3 homotopowe Z Hb C H3C CH3
Ha Z C Ha Hb C H3C H3C COOH enancjomery COOH enancjotopowe Z Hb C H3C COOH
Przesunięcie chemiczne W silnym zewnętrznym polu magnetycznym B0, elektrony w atomie lub cząsteczce są zmuszane do ruchu w taki sposób, że ruch ten powoduje powstanie indukowanego pola magnetycznego Bi, którego wielkość jest proporcjonalna do B0, ale skierowanego w kierunku przeciwnym. Efektywne całkowite pole na ekranowanym jądrze jest mniejsze niż na jądrze swobodnym i jest równe. powstałe pole magnetyczne Bi Bef = B0 Bi = B0 σ B0 = B0 (1 σ ) H Bo σ - stała ekranowania dla jądra w określonym otoczeniu Zauważmy, że wielkość σ zależy od rozkładu elektronów, i NIE zależy od siły przyłożonego pola magnetycznego B0
Przesunięcie chemiczne H C2H5 O C H Bi H C H H Bef B ef = B 0 + B i Bi Bef B0 Przesunięcie położenia sygnału absorpcji w widmie NMR spowodowane przesłanianiem lub odsłanianiem protonów przez elektrony
Przesunięcie chemiczne Skoro Bef < B0 to częstość rezonansowa dla danego jądra A w określonym otoczeniu w cząsteczce jest przesunięta od częstości swobodnego jądra ν A 0 = γ A Bef 2π γ A B0 = ( 1 σ 2π A ) σa ekranowanie jądra A w określonym otoczeniu Wielkość σa jest 10-6 więc mówimy że jest wielkością bezwymiarową, charakteryzującą określone otoczenie chemiczne w ppm (partes per milion). Np. Dla σa=62.131x10-6 mówimy, że przesunięcie chemiczne wynosi 62.131 ppm Zauważmy, że im większa wartość stałej ekranowania tym mniejsza częstość przejścia
Przesunięcie chemiczne Skoro spektrometr operuje zmiennymi częstościami i aktualnie zmierzona wynosi ν0(a) [s-1], i jej absolutna wartość zależy od pola B0 charakterystycznego dla danego spektrometru, to wartość σa, która jest własnością cząsteczki, NIE ZALEŻY OD NATĘŻENIA stosowanego pola magnetycznego. σ A ν 0A ( swobodnego jądra ) ν 0A ( w cząsteczce) = ν 0A ( swobodnego jądra ) σa stała ekranowania Potrafimy mierzyć częstości z ogromną precyzją, ale uzyskanie stabilnej populacji odsłoniętych jąder w spektrometrze, pozwalających na zmierzenie ν A 0 wolnego jadra, jest bardzo trudne i praktycznie nieopłacalne.
Przesunięcie chemiczne Zamiast stosować jako odnośnik nieekranowane jądra, wybieramy dla jądra A substancję wzorcową. Otrzymujemy wówczas znaną definicję parametru przesunięcia chemicznego ν δ A ( w probce ) = ν 0A ( wzorca ) A 0 ( w próbce ) ν 0A ( wzorca ) ůű 6 10 = A ν 0 ( wzorca ) ν 0A ( probki ) 6 10 A ν 0 ( wzorca ) - Częstość mierzona dla jądra A w naszym wybranym wzorcu Dla 1H, 13C i 29Si wzorcową substancją jest zazwyczaj tetrametylosilan Si(CH3)4 czyli 29Si(13C1H3)4 ν 0 ( probki ) δ ( H w probce ) = 106 ν 0 ( spektrometru )
Przesunięcie chemiczne Dla protonów w danym otoczeniu chemicznym otrzymamy różne wartości przesunięć chemicznych δh, ale średni zakres wartości mieści się w przedziale 0 do 10-12 [ppm]. Przyczyny stosowania skali względnej bezwymiarowej: aparaty o różnej częstotliwości podstawowej duże liczby bezwzględne różne rozpuszczalniki różne stężenia i temperatura próbek
Przesunięcie chemiczne Niższe pole Wyższe pole Słabsze przesłanianie silniejsze przesłanianie (CH3)4Si (TMS) 10.0 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 Przesunięcie chemiczne (δ, ppm) mierzone względem TMS 0
Rodzaj protonu Przesunięcie chem. (δ) [ppm] Rodzaj protonu H C R 0.9-1.8 H C C H C C C 1.6-2.6 H C Ar C C C 2.5 2.3-2.8 H O H Przesunięcie chem. (δ) [ppm] 2.1-2.5 C C 4.5-6.5
Rodzaj protonu Przesunięcie chem. (δ) [ppm] H Ar Rodzaj protonu Przesunięcie chem. (δ) [ppm] 6.5-8.5 H C Cl 3.1-4.1 9-10 H C Br 2.7-4.1 H C O 3.3-3.7 O C H H C NR 2.2-2.9
Rodzaj protonu Przesunięcie chem. (δ) [ppm] H NR 1-5 H OR 0.5-5 H OAr 6-8 O HO C 10-13
Przykładowe obliczenia Rozważmy protony HA i HB mrówczanu metylu δ(ha)=8,0 ppm δ(hb)=3,8 ppm. Przy jakiej częstości względnej (przesunięciu wyrażonemu w Hz) są obserwowane sygnały tych protonów na spektrometrze o polu magnetycznym 2,35 Tesli? ν A şν A 0 ν H 0 ( wz ) = δ A ν H 0 ( wz ) δ A ν H 0 ( spektr ) = 26.7519 10 ) 2.35 ( = 8.00 10 7 = 8.00 10 6 ν ν A = 800 Hz B şν B 0 ν H 0 2π 6 100.0 106 Hz ůű (odn) = 3.8 10 6 100.0 106 Hz ůű = 380 Hz
Przy jakiej częstości (przesunięciu) są obserwowane piki na spektrometrze 5.875 Tesli? a) Można obliczyć analogicznie jak poprzednio b) Skoro efekt przesłaniania daje skalę przesunięć zależną od siły magnesu (w MHz) możemy po prostu zeskalować przesunięcie częstości przez pole spektrometru ν A ν B 5.875 ů = 800 [ Hz ] ę = 2000[ Hz ] 2.35 ű 5.875 ů = 380 [ Hz ] ę = 950[ Hz ] 2.35 ű Obliczenia te pokazują, że bardzo pożądane jest stosowanie spektrometrów o wysokim polu, ponieważ sygnały są lepiej rozdzielone.
Dla protonów w CH3NO2 w spektrometrze 60 MHz zaobserwowany sygnał ma przesunięcie o 259.8 Hz większe niż sygnał TMS. Jaka jest wartość δ i jakie będzie przesunięcie od wartości TMS w spektrometrze 500 MHz? 6 ě 259.8 10 MHz ]] ď ν 0 (molek ) ν 0 (TMS ) [ ď 6 6 δ = 10 10 = 4.33[ ppm] ν 0 (TMS ) 60[ MHz ] ď ďţ A następnie można przeskalować ν H 0 500 (CH 3 NO2 ) = 259.8 = 2165[ Hz ] 60
Intensywność sygnałów 0,16 : 0,08 : 0,12 = 4 : 2 : 3 0.40 4:2:3 8:4:6 12:6:9 16:8:12 20:10:15 itd. 0.30 0.20 0.10 0.00 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
Widmo protonowe OCTANU ETYLU O C Ustawienie spinów protonów A Eβ Eα dla protonów X Wygląd widma H 3C protonów X E = hν HA O HX HX HX HA E = hν E = hν 3 JAX ν 3 5.5 5.0 4.5 4.0 2.0 ν ν JAX 3.5 3.0 2.5 2.0 3.0 1.5 1.0 3.0
Sprzężenie spinowo-spinowe
MULTIPLETOWOŚĆ SYGNAŁÓW Typ układu Ustawienie spinów X Wygląd widma protonów Ap Ap 1 1 ApX 1 ApX2 1 J J J1 ApX3 ApX6 1 3 3 2 1 20 15 15 6 6 1 Nazwa Przykład singlet CH3I dublet CH3CHO tryplet CH3CH2OR kwartet CH3CH2OH septet CH3CHICH3
Rozszczepienie multipletowe N równocennych atomów H rozszczepia sąsiedni pik NMR na N+1 pików o stosunku intensywności 1: N : N ( N 1) 2 :... : N :1 Te względne intensywności pochodzą od możliwych sposobów ułożenia spinów i można je przedstawić w postaci trójkąta Paskala
Rozszczepienie multipletowe Liczba równocennych jąder N Ilość i intensywności sygnałów w multiplecie 0 1 2 3 4 5 6 1 11 121 1331 14641 1 5 10 10 5 1 1 6 15 20 15 6 1 dla I = ½: dublet tryplet kwartet kwintet Uzupełnij dalej!!!
Sprzężenie spinowo-spinowe
Sprzężenie spinowo-spinowe - Reguła N + 1 Jeżeli sygnał jest rozszczepiany przez N równocennych protonów to otrzymujemy N + 1 pików
Sprzężenie spinowo-spinowe Liczba sygnałów = liczba sąsiednich protonów +1 0 10 Quartet Triplet
Sprzężenie spinowo-spinowe Rozważmy cząsteczkę CaH3CbH2aCH3 Mamy dwa rodzaje protonów 2 bh i 6 ah Odsłanianie jest większe dla CH2 niż dla CH3 Mała rozdzielczość 3 3 Duża rozdzielczość δ 1:6:15:20:15:6:1 Jab Jab 1:2:1 0
Sprzężenie spinowo-spinowe z kilkoma rodzajami jąder Efekty po prostu się sumują! Rozważmy cząsteczkę Br2aHC-CbHI-CCl2cH δ(hb)<δ (Ha) <δ (Hc) 0 δ Jbc Jab Jądra Ha i Hc widzą tylko jedno jądro, tak więc ich piki są rozszczepione na dwa Jądro Hb widzi dwa różne rodzaje jąder z którymi się sprzęga z różnymi stałymi sprzężenia Wypadkowe rozszczepienie nie zależy od kolejności sprzęgania Jbc Jab Jab
Co się stanie z dyskretną strukturą sygnału protonu b H jeżeli 3 Jbc 3Jab? Odp. Zamiast 4 linii o równej wysokości Dwie środkowe pokryją się i sygnał będzie wyglądał jak tryplet. Stąd wniosek, że określenie struktury cząsteczki staje się trudniejsze, ale rozsądnie będzie założyć, że skoro 3Jbc 3Jab, to dla rozważanego atomu bh te dwa atomy ah i ch wyglądają bardzo podobnie, czyli są prawie równocenne.
Sprzężenie spinowo-spinowe
Spójrzmy na spektrometr NMR Probówka NMR Częstotliwość radiowa input Częstotliwość radiowa output Widmo
Spektrometr NMR Długość nadprzewodzącego drutu w magnesie wynosi ok. kilku kilometrów Drut jest skręcony w solenoid. Zwoje są zanurzone w ciekłym helu i utrzymywane w temperaturze 4.2K. Zwoje i ciekły hel są umieszczone w wielkim dewarze. Ten dewar jest zazwyczaj otoczony dewarem z ciekłym azotem o temperaturze (77.4K).
Spektrometria masowa
Spektrometria masowa (MS Mass Spectrometry) to dynamicznie rozwijająca się metoda analizy instrumentalnej. Umożliwia dokładne określanie składu próbek z uwzględnieniem udziału poszczególnych izotopów danego pierwiastka. Badany związek doprowadza się do jonizacji i/lub rozpadu na naładowane fragmenty, które przyspiesza się polem elektrycznym. Uzyskany strumień jonów rozdziela się wg stosunku ich masy do ładunku i mierzy natężenie prądu jonowego odpowiadające poszczególnym jonom.
Zastosowania spektrometrii masowej określanie masy cząsteczkowej związku chemicznego badania strukturalne związków organicznych oznaczenia ilościowe badania składu izotopowego pierwiastków
Schemat blokowy układ wprowadzania próbki źródło jonów analizator jonów detektor jonów analiza danych
Metody jonizacji miękka jonizacja, podczas której tworzy się jedynie jon molekularny (cząsteczkowy) bez fragmentacji cząsteczki, twarda jonizacja, podczas której cząsteczka rozpada się na fragmenty Istnieją takie konstrukcje komór jonizacyjnych, które powodują jedynie miękką jonizację badanych cząsteczek. Natomiast podczas jonizacji twardej powstaje zawsze mieszanina jonów cząsteczkowych i fragmentów cząsteczek.
Jonizacja miękka i twarda Miękka jonizacja pozwala jedynie określić masę cząsteczkową. Jonizacja twarda dostarcza informacji o masie cząsteczkowej i strukturze związku.
Jonizacja metodą elektrorozpylania Electro Spray Ionization (ESI) Możliwość pracy w układzie faz odwróconych (faza ruchoma może zawierać wodę). Przepływ fazy ruchomej rzędu 1 ml/min. Nadaje się do analizy związków wysokocząsteczkowych (peptydy, białka), metaloorganicznych i nieorganicznych. Miękka metoda jonizacji, niewielka fragmentacja jonów a co za tym idzie trudności w określeniu struktury analitu. Wysoka czułość. Metoda przydatna do łączenia z kapilarną
Jonizacja chemiczna pod ciśnieniem atmosferycznym Atmospheric Pressure Chemical Ionization (APCI)
Fotojonizacja chemiczna - Photo Ion Spray (PIS)
Jonizacja chemiczna pod ciśnieniem atmosferycznym - (APCI) Możliwość pracy w układzie faz odwróconych (faza ruchoma może zawierać wodę). Przepływ fazy ruchomej rzędu 2 ml/min. Przydatna do analizy związków nielotnych, nietrwałych termicznie, o małych i średnich masach cząsteczkowych, mało i średnio polarnych. Stosunkowo twarda metoda jonizacji, odpowiedni dobór parametrów jonizacji pozwala na fragmentację cząsteczek i określenie struktury. Wysoka czułość i liniowość odpowiedzi.
Jonizacja strumieniem szybkich atomów - (FAB)
Jonizacja strumieniem szybkich atomów - (FAB) Jonizacja strumieniem szybkich atomów zaliczana jest do miękkich metod jonizacji. Jonizacja następuje na skutek bombardowania roztworu badanej substancji w odpowiednio dobranym rozpuszczalniku (matrycy) za pomocą strumienia szybkich atomów argonu lub ksenonu o energiach rzędu 3-8 kev. Do jonizacji można też wykorzystać strumień rozpędzonych jonów cezu o energii do 35 kev. Ta modyfikacja FAB znana jest pod nazwą spektrometrii jonów wtórnych (Secondary Ion Mass Spectrometry - SIMS). W praktyce różnice pomiędzy obiema metodami są niewielkie. Rolą matrycy (rozpuszczalnika) w metodzie FAB jest: 1) absorpcja energii rozpędzonych atomów uderzających w powierzchnię roztworu 2) rozpuszczenie badanej substancji 3) ciągłe odnawianie powierzchni roztworu 4) wspomaganie jonizacji jako donor/akceptor protonów bądź elektronów
Jonizacja strumieniem szybkich atomów - (FAB)
Jonizacja strumieniem szybkich atomów - (FAB) Zakres przepływów tolerowanych w tej metodzie jest rzędu ułamków mililitra na minutę. Współpraca LC z FAB możliwa jest dzięki zastosowaniu dzielników strumienia eluenta. W przypadku CE dzielniki nie są potrzebne. Próbka musi być wymieszana/rozpuszczona w tzw. matrycy np. glicerolu, tioglicerolu bądź alkoholu nitrobenzylowym. Można to zrobić przed kolumną rozdzielczą (możliwe problemy z rozdzieleniem) bądź na jej wylocie (trudności wykonawcze). Przydatna do analizy związków nielotnych, nietrwałych termicznie, o dużych masach cząsteczkowych i wysokiej polarności (kwasy nukleinowe, leki, związki powierzchniowo czynne). Miękka metoda jonizacji. Stosunkowo wysoka czułość.
Wspomagana matrycą jonizacja światłem laserowym Matrix Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI) Technika MALDI polega na jonizacji składników próbki na skutek naświetlenia silnym i krótkim impulsem lasera UV (3-5 ns, 337 nm). Mechanizm jonizacji nie jest jeszcze dokładnie zbadany, wiadomo że jest on kilkuetapowy. Pierwszym etapem jest jonizacja specjalnie dobranych składników tzw. matrycy (np. kwas 2,5-dihydroksybenzoesowy, kwas pikolinowy, 9-nitroantracen). W kolejnych etapach następuje jonizacja analitów na skutek przekazania ładunku (np. protonu lub kationu sodowego) od jonów matrycy. MALDI jest unikatową metodą jonizacji analitów. Jej specyficzne cechy można wykorzystać właściwie jedynie w połączeniu z jednym tylko typem analizatora mas jakim jest analizator czasu przelotu (Time Of Flight - TOF). Dlatego też, mówiąc MALDI najczęściej mamy na myśli połączenie MALDI-TOF.
Wspomagana matrycą jonizacja światłem laserowym Matrix Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI)
Wspomagana matrycą jonizacja światłem laserowym Matrix Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI) Próbka umieszczona w matrycy jest zdyspergowana na powierzchni, a następnie ulega desorpcji i jonizacji na skutek działania laserem. Metoda ta jest stosowana głównie do sekwencjonowania peptydów i określania masy cząsteczkowej białek.
Przykład widma masowego uzyskanego metodą MALDI
Wspomagana matrycą jonizacja światłem laserowym Matrix Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI) Specyficzna metoda jonizacji. Nie stosuje się do połączeń on-line z technikami rozdzielania substancji. Wymaga połączenia z bardzo szybkim analizatorem mas. Dotychczas jedynie analizator TOF spełniał ten warunek. Ostatnio pojawiają się doniesienia o udanych próbach z użyciem analizatora FT-ICR (Fourier Transform - Ion Cyklotron Resonance). Próbka musi być wymieszana/rozpuszczona z tzw. matrycą np. kwasem 2,5-dihydroksybenzoesowym, kwasem pikolinowy lub 9nitroantracenem. Zadaniem matrycy jest pochłonięcie promieniowania laserowego dzięki czemu następuje pośrednia jonizacja analitów. Przydatna do analizy związków nielotnych, o dużych masach cząsteczkowych i wysokiej polarności (kwasy nukleinowe, białka, polimery). Miękka metoda jonizacji.
Metody jonizacji próbek ciekłych (HPLC, CE) Jonizacja metodą elektrorozpylania - Electro Spray Ionization (ESI) oraz Jonizacja chemiczna pod ciśnieniem atmosferycznym Atmospheric Pressure Chemical Ionization (APCI) to w chwili obecnej dwie najczęściej stosowane metody jonizacji w chromatografii cieczowej. Wynika to z ich szerokiego spektrum zastosowań, łatwości użycia, wysokiej czułości oraz możliwości pracy z przepływami fazy ruchomej rutynowo stosowanymi w HPLC. ESI i APCI to komplementarne metody jonizacji.
Sprzężenie z chromatografią
Jonizacja strumieniem elektronów Electron Ionization (EI) Najbardziej popularna metoda jonizacji w chromatografii gazowej. Twarda metoda jonizacji. Często jon molekularny ma małą intensywność. Bogate biblioteki widm masowych - prosta identyfikacja analitów. Bardzo szeroki zakres zastosowań. Wysoka czułość, liniowość i powtarzalność odpowiedzi.
Jonizacja chemiczna - Chemical Ionization (CI) Zasadniczo konstrukcja komory jonizacyjnej do jonizacji chemicznej jest taka sama jak dla jonizacji strumieniem elektronów. Różnicę stanowi fakt, iż w przypadku jonizacji chemicznej wraz z próbką do komory jonizacyjnej doprowadza się gaz reakcyjny (metan, amoniak, izobutan). Cząsteczki gazu reakcyjnego ulegają jonizacji a powstałe jony reagują z cząsteczkami próbki. Wynikiem tych reakcji jest powstanie zjonizowanych cząsteczek analitów. Jest to stosunkowo miękka metoda jonizacji. Z reguły jon molekularny ma dużą intensywność przy ograniczonej fragmentacji.
Jonizacja chemiczna - Chemical Ionization (CI) Druga pod względem popularności metoda jonizacji w chromatografii gazowej. Komora do CI tak niewiele różni się konstrukcją od komory do EI, że wielu producentów wytwarza komory z możliwością przełączenia trybu jonizacji EI-CI Miękka metoda jonizacji. Ułatwione wyznaczenie masy cząsteczkowej analitu. Mała odtwarzalność procesu jonizacji = brak bibliotek widm masowych. Metoda komplementarna do EI
Jonizacja strumieniem elektronów - Electron Ionization (EI) oraz Jonizacja chemiczna - Chemical Ionization (CI) wraz z ich modyfikacjami to dwie najczęściej stosowane metody jonizacji w chromatografii gazowej. Wynika to z ich szerokiego spektrum zastosowań, łatwości użycia i wysokiej czułości. EI oraz CI to komplementarne metody jonizacji. Największą zaletą jonizacji strumieniem elektronów jest powtarzalność tego procesu czego wynikiem są komercyjnie dostępne biblioteki widm masowych obejmujące tysiące związków chemicznych. Umożliwia to automatyzację procesu identyfikacji nieznanych substancji.
Jonizacja przebiegająca z całkowitym rozpadem cząsteczki Jonizacja za pomocą indukcyjnie ogniskowanej plazmy Inductively Coupled Plasma (ICP) to metoda jonizacji znacząco różniąca się od metod wcześniej omówionych. Wprowadzenie analitu do indukcyjnie ogniskowanej plazmy powoduje całkowity rozpad cząsteczki i powstanie jednoatomowych jonów. Metoda ta uniemożliwia określenie struktury cząsteczki ale pozwala na dokładne określenie jej składu pierwiastkowego. Dzięki wysokiej energii plazmy, efektywności jonizacji i wysokiej czułości, aparaturę ICP/MS można łączyć z praktycznie każdą techniką rozdzielania substancji.
Analizatory stosowane w spektrometrach masowych magnetyczne, kwadrupolowe, mierzące czas przelotu jonów, cyklotronowego rezonansu jonowego. Najistotniejsze cechy analizatora to: rozdzielczość zakres mas cząsteczkowych czułość
Jonizacja za pomocą indukcyjnie ogniskowanej plazmy Inductively Coupled Plasma (ICP) Cząsteczka analitu rozpada się na atomy - brak informacji strukturalnej. Metoda ta nadaje się do połączeń ze wszystkimi technikami rozdzielania substancji. Niezwykle wysoka czułość związana z wysoką efektywnością procesu jonizacji. Niektóre pierwiastki można oznaczać na poziomie fg (!). Kosztowna zarówno inwestycyjnie, jak i eksploatacyjnie.