Analitika II. Tömegspektrometria

1. Analitika II.Tömegspektrometria Dr. Balla József 2010.

2. Dr. Balla József: A tömegspektrometria analitikai és szerkezetvizsgálati alkalmazásai, 2009.oktatas/.ch.bme.hu/oktatas/konyvek/anal/…MS • Dr. Balla József: A gázkromatográfia analitikai alkalmazásai, 2. kiadás, Edison House Kft., Budapest, 2006. • Dr. Szöllősi Áron – Szerves szerkezetfelderítés előadási anyag.

3. A tömegspektrometria rövid története: • Wien ( 1896 ? ) • Thompson • Aston, Dempster • Nier • Johnson szervetlen MS 1900-1950 szerves MS 1950-től

4. A tömegspektrometria definíciója: 1. Dinamikus tömegmérési módszer 2. Csökkentett nyomású térben gerjesztés hatására a mintából keletkező ionokat gyorsító elektrosztatikus tér hatására olyan erőtérbe juttatjuk, ahol fajlagos tömegük (m/z) szerint elkülönülnek, és ezt követően egy detektorban mérjük az ionok intenzitását. Az ionintenzitás- fajlagos tömeg közötti függvénykapcsolat a tömegspektrum. A tömegspektrum egyedi. ( Ujjlenyomat.)

5. Tömegspektrum:

6. A mágneses eltérítés elve:

7. Mire jó az MS? • Minőségi azonosítás • Szerkezetvizsgálat (pontos tömeg = elemösszetétel) • Izotóparány • Kis mennyiségek mérése (pg, fg) • GC, LC, stb. kombinációk összetett mátrixok elemzésére • Proteomika • Molekulák energetikai tanulmányozása, stb.

8. Az MS elvi felépítése Vakuum rendszer Ion forrás Data System Analizátor Mintabevitel Detektor

9. 1. Direkt mintabevitel (zsilipelés) gázok folyadékok szilárd minták bevitele 2. Indirekt mintabevitel GC-MS LC-MS CE-MS Mintabeviteli megoldások

10. Az ionforrások feladata: • Ionok előállítása • ionok gyorsítása • koherens ionnyaláb biztosítása Az ionizáció történhet gáz, folyadék és szilárd fázisban

11. Ionforrások: - szervetlen (Szikra, ICP-MS) - szerves „szerves” ionforrások: -EI -CI -FI -FD -FAB -MALDI -API: ESI, APCI, APPI

12. N M+ + 2e M + e gyorsító elektród izzó katód repeller elektron nyaláb (+) ionnyaláb Analizátor + + U + minta (M) - U = 1-100kV anód ionoptika S Az EI (electron impact: ütközéses ionforrás) elve

13. Térerő: 106V/cm (+) ionnyaláb Analizátor minta (M) M + elektromos energia [M + H]+ , M+, [M – H]+ FI, FD ionforrás

15. gyorsító elektród izzó katód repeller CH5+ + + + M + CH5+ [M+H]++CH4 anód minta (M) CI ionforrás Analizátor Reagens gáz: CH4, NH3, propán, PB

17. lezer [Mátrix + M] [Mátrix] + M [Mátrix] + M+ Nitrogén lézer Mátrix + M D ionizáció – deszorpció MALDI(Matrix Assisted Laser Desorption Ionization)

18. Ar+ + Ar Ar+ + Ar Ar+ + + + + + + ütközési cella Ar, He minta (M) Ar Arkin Arkin Arkin M++ Ar Arkin + M FAB M+ Analizátor

19. APCI

21. Partialvacuum Sample Inlet Nozzle (Lower Voltage) Pressure = 1 atmInner tube diam. = 100 um MH+ N2 + + + + + + + + + + + + MH22+ + + + + + + + + + + + + Sample in solution + + + + + + + + + + + + + + + + + N2 gas + + + + + MH33+ High voltage applied to metal sheath (~4 kV) Charged droplets ESI

24. Analizátorok • Mágneses analizátorok (180, 90, 60°-os eltérítésű) • kvadrupól analizátorok • ioncsapda • TOF • Orbitrap • FT-ICR • kettős fókuszálású • MS/MS, MSn

25. Mágneses analizátor

26. Kvadrupól MS

27. Ioncsapda MS

28. Ioncsapda MS

29. TOF MS

31. MS-MS

32. Ion C SCAN üzemmód Q1 tömeg kiválasztás Q2 ütközési cella Q3 Teljes Scan A C C+Ar m+1, m+2,…m+n m+1, m+2,…m+n Fragmensek elválasztása B D Csak aC ion AC fragmentációja pl. C=M+ Tömegspektrum m+3 % m+2 M+ m+1 m/z

33. 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 Relative Abundance 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 m/z Tripszinpeptidfrakciójának tömegspektruma 784.6 (M+2H)+2 785.4 (M+H)+ 1568.6 795.6 1567.5 1121.4 812.5 1122.5 830.4 1280.4 1234.4 1064.4 1570.6 852.5 691.5 1365.5 997.4 1180.3 391.0 428.9 1477.0 591.3 1706.0 1768.7

35. Detektorok • Fotolemezes detektor • ionsokszorozó • fotosokszorozó

36. Vákuumrendszerek: Analitikai készülékek: kétfokozatú Szerkezetvizsgálók: három fokozatú: 1. fokozat: elővákuum-rotációs szivattyú (102kPa-0.1-1kPa-ig) 2. fokozat: turbomolekuláris szivattyú diffúziós szivattyú (0.1-1 kPa-ról 10-6-10-7kPa-ig) 3. fokozat: iongatter (10-8-kPa-ig)

37. MS teljesítményjellemzők: • Felbontóképesség: R<104 kisfelbontású R>104 nagyfelbontású

38. MS teljesítményjellemzők II. • Érzékenység • Kimutatási határ mágneses 10-9 g kvadrupól 10-15 g MALDI-TOF 10-19-10-21 g • Tömegtartomány gázelemzők 1-100 dalton rutin analízisre 10-1000 dalton MALDI-TOF 10-106 dalton

39. MS teljesítményjellemzők III. • Tömegtartomány: gázelemzők 1-100 dalton rutin analízisre 10-1000 dalton MALDI-TOF 10-106 dalton • Tömegmérés pontossága: analitikai: 0.1-0.5 dalton nagyfelbontású: 10-4 dalton (1 ppm)

40. MS teljesítményjellemzők IV. • Tömegspektrum felvételi sebesség 0.1-1 s SCAN: pásztázó mérés- tömegspektrum SIM: szelektív ionkövetés- mennyiségi mérés

41. Adatkezelés (számítógépes) • Adatfeldolgozás ( nyers spektrum felvétele, feldolgozása, értékelése, tárolása, könyvtárazás…) • Szabályozás

42. Kisfelbontású MS • Pásztázó üzemmódú mérés (SCAN) • Szelektív ionkövetés (SIM)

43. Az MS mint analitikai információforrás: • Egyedi alkotók (GC, LC, CE stb. elválasztást követően) minőségi analízise • az alkotók mennyiségi elemzése a kromatográfiás csúcsok vagy a SIM mérés alapján

44. Az MS mint szerkezeti információforrás • Pontos tömegméréssel • és az egyedi alkotók spektrumának az értelmezésével

45. A tömegspektrumok értelmezése • EI • CI • FAB, MALDI • APCI, ESI spektrumok A legtöbb szerkezeti információ az EI spektrumokból!

46. Ionkémiai folyamatok az EI-ben 1. Primer ionizáció 2. Fragmentációs folyamatok 3. Kétszeres töltésű ionok 4. Pszeudo-molekulaionok 5. Elektronbefogásos ionizáció 6. Metastabil ionok

48. 1. Ionkémiai folyamatokA molekula ionizációja

49. 2. Ionkémiai folyamatok A -kötés hasadása