Hmotnostní spektrometrie (2)
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 46

Hmotnostní spektrometrie (2) PowerPoint PPT Presentation


  • 64 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Hmotnostní spektrometrie (2). Josef Chudoba. Využití MS - kvalitativní analýza. Electron Impact ionizace (EI + 70 eV) Databáze spekter GC/MS LC/MS MS/MS experimenty. Využití MS - kvantitativní analýza. Kalibrace technikou s vnitřním standardem. Úprava vzorků pro MS analýzy.

Download Presentation

Hmotnostní spektrometrie (2)

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Hmotnostn spektrometrie 2

Hmotnostní spektrometrie (2)

Josef Chudoba


Hmotnostn spektrometrie 2

Využití MS - kvalitativní analýza

Electron Impact ionizace (EI + 70 eV)

Databáze spekter

GC/MS

LC/MS

MS/MS experimenty

Využití MS - kvantitativní analýza

Kalibrace technikou s vnitřním standardem

Úprava vzorků pro MS analýzy

SPE, SPME, extrakce …….

Speciální aplikace MS

ICP-MS, Isotope Ratio MS


Hmotnostn spektrometrie 2

Elektronová ionizace (EI + 70 eV)

Ionty vznikají interakcí molekuly s proudem elektronů o definované energii (70 eV)

Molekulový ion – lichý počet počet elektronů

Ionizační energie (IE) – energie nutná k odtržení elektronu z molekuly

Neutrální molekula – sudý počet elektronů


Hmotnostn spektrometrie 2

Elektronová ionizace (EI + 70 eV)

Molekulový ion informace o hmotnosti popř. chemickém složení látky, ion s lichým počtem elektronů, jeho m/z nejvyšší v MS spektru (mimo ionty izotopických příspěvků a pozadí); v MS spektru existují také nižší fragmenty s m/z molekulového iontu zmenšenou o logickou ztrátu neutrálních molekul a fragmentů

Povolené ztráty m/z

Zakázané ztráty m/z

4 - 14, 21 - 25

15  CH3-18 H2O28 C2H4 nebo CO35 Cl36 HCl

Jsou-li přítomny tyto fragmenty v MS spektru , sledovaný ion určitě není molekulární.

Podle intenzity izotopických fragmentů lze poznat přítomnost Cl, Br, lze zjistit počet atomů uhlíku fragmentu

R+DB musí být celé číslo (R+DB = C -1/2 H + 1/2N +1)


Hmotnostn spektrometrie 2

Elektronová ionizace (EI + 70 eV)

Fragmentace molekulového iontu a dalších vzniklých iontů

Homolytické štěpení

Heterolytické štěpení

Přesmyky


Hmotnostn spektrometrie 2

Elektronová ionizace (EI + 70 eV)

Fragmentace EI+ 70 eV

120 – 91 = 29

Ztráta neutrální částice (molekuly nebo radikálu)

z rozdílů hmot píků se získajítzv. neutrální ztráty  vypovídají o struktuře molekuly


Hmotnostn spektrometrie 2

Běžné neutrální ztráty EI+ (70 eV) ionizace


Hmotnostn spektrometrie 2

Série nízkých iontů (1) - EI+ (70 eV) ionizace


Hmotnostn spektrometrie 2

Série nízkých iontů (2) - EI+ (70 eV) ionizace


Hmotnostn spektrometrie 2

EI + 70 eV: MS spektra - alkany

n-dekan

C4H9+

C3H7+

inkrement CH2

C5H11+

C6H13+

C7H15+

C8H17+


Hmotnostn spektrometrie 2

EI+ 70 eV: MS spektra alkanů (2)

n-alkaniso-alkan

iso-C8

n-C8

iso-C8

n-C22


Hmotnostn spektrometrie 2

EI+ 70 eV:MS spektra alkenů a cykloalkanů

alkylcyklopentan

alken

alkylcyklohexan

MS spektra alkenů jsou podobná cykloalkánům


Hmotnostn spektrometrie 2

EI+70 eV: MS spektra aromátů

  • alkylsubstituované benzeny

  • chudší fragmentace  stabilní arom. kruh, fragmenty z alkylu nejintenzivnější píky  91 / 92 (tropilium) molekulový ion(toluen 92, xyleny 106, triMeBenzeny 120, atd.)

butylbenzen

benzen

M+ 78

M+ 134


Hmotnostn spektrometrie 2

EI+ 70 eV: MS spektra polyaromátů

Benzo(a)pyren

M+ = 252

M+/2 = 126

Benzo(b)fluoranthen

M+ = 252

geometrické izomery PAU prakticky nelze rozlišit pomocí MS

intenzivní molekulový iont M+ (m/z ; z=1) + 2x nabitý mol. iont (m/z ; z=2) POZOR !!! nejedná se o fragment!!!


Hmotnostn spektrometrie 2

EI+ 70 eV:MS spektra alkoholů

1-hexadecanol

m/z 31

1-hexadecen

Alkoholy – podobná spektra jako alkeny, lze je rozlišit podle iontu m/z 31 (alkeny nemají), mají navíc velmi malý molekulový ion, nebo úplně chybí


Hmotnostn spektrometrie 2

EI+70 eV: MS spektrum - aromatický alkohol

molekulový ion

benzylalkohol

inkrement OH

inkrement CH2OH

m/z 109

M+1  izotop 13C

fenyl+

tropylium+


Hmotnostn spektrometrie 2

EI+70 eV: MS spektrum – dusíkaté látky - amíny

Triethylamin

Anilin


Hmotnostn spektrometrie 2

EI+70 eV: MS spektrum – dusíkaté látky - nitrosloučeniny

2,4,6 - trinitrotoluen

RDX plastická trhavina M = 222 Da


Hmotnostn spektrometrie 2

EI+ 70 eV: Knihovny MS spekter

Univerzální komerční databáze

National Institute of. NIST 05 190 825 spekter Standards and Techn (163 198 sloučenin)

John Wiley & Sons Wiley Registry 8th Ed. 399 383 spekter

Pallisade MS Pallisade Complete > 600 000 spekter

Oborové komerční databáze

John Wiley & Sons Biomarkes 1110 spekter

John Wiley & SonsSteroids 2979 spekter

Oborové free-ware databáze

American Academy of Forensic Science (AAFS) “Comprehensive drug LIbrary “(http://www.ualberta.ca/~gjones/mslib.htm)

The Int. Association of Forensic Toxicologosts (TIAFT) “Derivatives of Drugs “(http://www.tiaft.org/main/mslib.html)


Hmotnostn spektrometrie 2

EI+ 70 eV: Knihovny MS spekter – počítačové vyhledávání

Změřené MS spektrum je porovnáváno s databázovými spektry podle různých algoritmů

PBM - Probability Based Matching (McLafferty & Stauffer) – rok 1976

Dot Product (Finnigan/INCOS) – rok 1978

Mass Spectral Tree Search (Mistrik) – od roku 2000 (pro MS/MS experimenty, LC/MS aplikace)

Weighted Dot Product (Stein) – od r. 1993 algoritmus součástí NIST SEARCH programu

Forward search – porovnává všechny píky spektra, nejvíce podobná spektra přiřadí

Reverse search – nebere v úvahu všechny píky měřeného spektra, píky, které se neshodují s přířazeným databázovým spektrem ignoruje


Hmotnostn spektrometrie 2

EI+70 eV: Identifikace podle databázových MS spekter

Výsledkem porovnání měřeného MS spektra s databázovými je několik spekter (HITů) - o kvalitě knihovního nálezu vypovídá tzv. MATCH factor (0-999) – vyšší hodnota – lepší shoda


Hmotnostn spektrometrie 2

EI+70 eV: Identifikace podle databázových MS spekter

Vysoký MATCH faktor nemusí vždy znamenat správný výsledek !!!

Podobné látky mohou mít odlišná MS spektra, ale …


Hmotnostn spektrometrie 2

EI+70 eV: Identifikace podle databázových MS spekter

Vysoký MATCH faktor nemusí vždy znamenat správný výsledek !!!

Ale odlišné látky mohou mít i podobná MS spektra


Hmotnostn spektrometrie 2

GC/MS: pomoc při identifikaci

Kovatsův retenční index (RI)

RI = 100n + 100[log(tx) − log(tn)] / [log(tn+1) − log(tn)]

n-C16

n-C17

n … počet atomů uhlíku n-alkánu před sloučeninou X

tn … retenční čas n-alkánu před sloučeninou X

tn+1 … retenční čas n-alkánu za sloučeninou X

tx … retenční čas sloučeniny X

log .. přirozený logaritmus

n-C15

n-C18

tn

tn+1

n-C14

tx

Hodnoty RI jsou dostupné pro celou řadu látek a podmínek – fáze GC kolony (nepolární vs polární), teplotní program separace atd.

http://webbook.nist.gov/chemistry/

NIST 05 MS knihovna


Hmotnostn spektrometrie 2

LC/MS: kvalitativní analýza

Sprejové ionizační techniky poskytují pseudomolekulové ionty resp. adukty molekulového iontu s některými kationty (pozitivní režim) nebo anionty (negativní režim). Často vznikají při ionizaci i oligomery sloučenin nebo v ESI vícenásobně nabité ionty.

Pozitivní režim

Negativní režim

M + 1 (H+)

M - 1 ( - H+)

Možné adukty

Možné adukty

M + 23 (Na+)

M + 39 (K+)

M + 32 (CH3OH)

M + 41 (CH3CN)

M + 22 (Na+ -H)

M + 45 (COOH-)

M + 59 (CH3COO-)

M + 58 (NaCl)

M + 41 (CH3CN)


Hmotnostn spektrometrie 2

LC/MS: kvalitativní analýza

Vícenásobně nabité ionty

Velké molekuly (ESI) – série iontů – nestejné rozdíly mezi m/z – příklad koňský myoglobin (M = 16951 Da)

Určení náboje a celkové hmotnosti molekuly: m1 a m2 .. m/z dvojice sousedních iontů, n1 a n2 jejich náboj (z), X adukt k molekulovému iontu

m1 = [M+n1X]/n1

m2 = [M+n2X]/n2

n2 = (m1-X)/(m2-m1)

m1 = 1413, m2 = 1542, odhad X = 1

n2 = 10.94 , Mcalc = 16951 Da

m1 = 1305, m2 = 1413, odhad X = 1

n2 = 12.07, Mcalc = 16944 Da


Hmotnostn spektrometrie 2

LC/MS: kvalitativní analýza

Vícenásobně nabité ionty

malé molekuly – příklad dvounásobně nabitý ion – poloviční rozdíl u m/z mezi izotopy

[M+2H]2+

z = 1

z = 2

C156 H204 N8 O18

D 1 Da

D 0,5 Da

M = 2477,5292 Da

[M+H]+ = 2478,5372Da

[M+H]+


Hmotnostn spektrometrie 2

kvalitativní analýza – kombinace více ionizačních technik

APCI+

[M+H] +


Hmotnostn spektrometrie 2

kvalitativní analýza – kombinace více ionizačních technik

ESI+

[M+Na] +


Hmotnostn spektrometrie 2

kvalitativní analýza – kombinace více ionizačních technik

EI+ 70 eV


Hmotnostn spektrometrie 2

LC/MS/MS: kvalitativní analýza

Lze měřit jen s IT, QqQ, nebo hybridními MS spektrometry (Q-TOF,IT-Orbitrap)

1.Separátor výběr iontu -> „definované rozbití” iontu v kolizní cele -> analýza produktů 2. analyzátorem

APCI pos MS spektrum

MS2 -MS/MS z [M+H]+

[M+H]+

MS3 - MS/MS z m/z 523


Hmotnostn spektrometrie 2

LC/MS/MS: kvalitativní analýza

Aby se rozdělily jen podle m/z muselo by být R = 740 000

C15H31N5O6Cl2 + H m/z 448,1730

C24H27NO6 + Na m/z 448,1736

Zdroj: Shimadzu LCMS-IT-TOF brochure


Hmotnostn spektrometrie 2

MS: Kvantitativní analýza

CÍL:

  • Potvrzení, že jde skutečně o sledovaný analyt

  • Zjištění jeho koncentrace ve vzorku

Ad 1: většinou se jedná o chromatografické analýzy (GC/MS resp. LC/MS) – znám retenční čas (RT)

EI+ 70 eV: TIC režim (menší citlivost) – pro identifikaci k dispozici celé MS spektrum

SIM režim (vyšší citlivost) – vždy je lépe snímat alespoň dva charakteristické ionty (identifikaci může potvrdit poměr jejich odezev)

ESI, APCI: MRM (Multiple Reaction Monitoring) – MS/MS technika – 1 analyzátor SIM (výběr iontu) – 2. analyzátor kolize – 3. analyzátor SIM (více iontů, sleduje se poměr odezvy)


Hmotnostn spektrometrie 2

LC/MS/MS: Kvantitativní analýza

Příklad využití MRM

Izotopicky označený standard – stejné retenční chování, jiná molekulová hmotnost – používá se jako vnitřní standard (Internal Standard – IS)

Kvalitativní informace: retenční čas a přítomnost dceřinného iontu (m/z) popř. poměr ploch píků stop více dceřiných iontů

Kvantitativní informace: plocha píků dceřinného popř. dceřiných iontů (m/z) pro analyt a vniřní standard

Zdroj: Agilent technologies 5989-9665 App. Note


Hmotnostn spektrometrie 2

A/Ais

Vnitřní standard (Plocha Ais)

Analyt (Plocha A)

c/cis

MS: Kvantitativní analýza

Kalibrační přímka

c .. Koncentrace

A/Ais = RRF . c/cis

Směrnice přímky je RRF

RRF .. Relativní odezvový faktor

Kalibrace s použitím vnitřního standardu

Přítomnost vnitřního standardu snižuje vliv kolísání odezvy MS detektoru, u GC chybu při nástřiku atd., jako vnitřní standard lze použít i podobnou sloučeninu ne izotopicky značenou


Hmotnostn spektrometrie 2

A/Ais

c/cis

MS: Kvantitativní analýza

Signál (signal)

Kalibrační rozsah

Šum (noise)

LOD ~ 3 x (Anoise/Ais) / RRF

LOQ~ 10 x (Anoise/Ais) / RRF

Mez detekce (Limit of Detection - LOD)

Mez stanovitelnosti (LOQ - Limit of Quantification)


Hmotnostn spektrometrie 2

MS: Kvantitativní analýza – citlivost MS spektrometrů

Specifikace výrobce: pro konkrétní sloučeninu a podmínky – udává se poměrem signál/šum pro absolutní detekované množství sloučeniny – zpravidla se jedná o množství v řádu pikogramů (pg = 10-12g) nebo femtogramů (fg = 10-15g)

C10F8

GC/MS: splitless nástřik: 1 pg oktafluorunaftalenu (OFN) – SIM režim m/z 272 - S/N > X

LC/MS/MS: FIA: ESI+ 100 fgreserpine MRM: m/z 609 ->m/z 397 a 447 S/N > X

C33H40N2O9

Nejmenší absolutní detekované množství : SIM (MRM): řádově fg-pg

TIC (Full Scan): řádově pg-ng

Maximální abs. detekované množství: dané dynamickým rozsahem cca 3-5 řádů tzn. SIM(MRM) ng ;TIC (Full Scan) mg

vždy však záleží na typu sloučeniny – odezva MS detektoru není univerzální


Hmotnostn spektrometrie 2

Předúprava vzorků

Cíl: zjednodušení matrice vzorku (odstranění interferujících sloučenin)

zakoncentrování analytu ve vzorku

změna rozpouštědla např. voda není vhodná pro GC/MS analýzu

Způsoby předúpravy: filtrace

centrifugace

zakoncentrování odpařením

extrakce (rozpouštědlová, Soxhlet)

SPE (Solid Phase Extraction)

Purge and Trap

SPME (Solid Phase Microextraction)

Pro těkavé sloučeniny (VOC)


Hmotnostn spektrometrie 2

Předúprava vzorků: SPE – Solid Phase Extraction

Vzorek (analyt s matricí) je nanesen na kondiciovanou vrstvu sorbentu. Matrice je oddělena a zakoncentrovaný analyt je eluován malým objemem vhodného rozpouštědla.

Normální uspořádání fází

Polární sorbent, nepolární rozpouštědlo

Reverzní uspořádání fází

Nepolární sorbent, polární rozpouštědlo

Iontová výměna

pro iontové sloučeniny


Hmotnostn spektrometrie 2

Předúprava vzorků: SPME (Solid Phase Microextraction)

Slouží pro zakoncentrování a analýzu těkavých sloučenin z plynných matricí nebo těkavých a semitěkavých sloučenin z vody

Vlákno: polymerní sorbent na nosiči:

Carboxen 75 mm/ Poludimethylsiloxan (PDMS) 85 mm těkavé látky Mw 30 – 225 Da

PDMS 100 mm těkavé látky Mw 60 – 275 Da

PDMS 30 mm semitěkavé nepolární

Polyakrylát (PA) 85 mm semitěkavé polární

Kompatibilita s vodnou matricí


Hmotnostn spektrometrie 2

Předúprava vzorků: Purge and Trap (P-T)

Slouží pro zakoncentrování a analýzu těkavých sloučenin z vody

Vzorek je vystripován z vody proudem plynu (dusík, He) a organické látky jsou sorbovány na sorbent

Sorbent je desorbován, organické látky zakoncentrovány a přeneseny na GC kolonu


Hmotnostn spektrometrie 2

ICP-MS (Indukčně vázaná plazma – hmotnostní spektrometrie)

Stopová analýza prvků (kovů)


Hmotnostn spektrometrie 2

ICP-MS (Indukčně vázaná plazma – hmotnostní spektrometrie)

Způsob dávkování vzorku:

Kapalina: tvorba aerosolu

Pevné látky: Laserová ablace


Hmotnostn spektrometrie 2

ICP-MS (Indukčně vázaná plazma – hmotnostní spektrometrie)

ICP torch – tvorba iontů


Hmotnostn spektrometrie 2

ICP-MS (Indukčně vázaná plazma – hmotnostní spektrometrie)


Hmotnostn spektrometrie 2

ISOTOPE RATIO MASS SPECTROMETRY

Využití v geologii, archeologii, kriminalistice

Organická látka je katalyticky spálena na CO2 (CuO/Pt~ 800°C), voda je odstraněna přes NAFION membránu a CO2 je detekován pomocí MS (obvykle dva detektory jeden na 13 CO2 m/z 45 a druhý na 12 CO2 m/z 44)

Standartní ref. látka – CaCO3 Pee Dee Belemnite (PDB) – rozkladem CO2s poměrem pPDB =13C/12C = 0,01123

d13C = 1000 * (pvzorek – pPDB)/pPDB

CO2 výdech lidi USA

CO2 výdech lidi Evropa

Fosilní paliva

CO2 atmosféra

Methan atmosféra

PDB

Fosilní paliva


  • Login