Hmotnostní spektrometrie

Hmotnostní spektrometrieHmotnostní spektrometrie

LiteraturaLiteratura

Hmotnostní spektrometrieHmotnostní spektrometrie

MS - mimořádně citlivá, destruktivní MS - mimořádně citlivá, destruktivní metoda, minimální spotřeba vzorku,metoda, minimální spotřeba vzorku,

určení MW a dalších strukturních určení MW a dalších strukturních informací.informací.

Historie hmotnostní Historie hmotnostní spektrometriespektrometrie

1906 J.J. Thomson1906 J.J. ThomsonElektron, Elektron,


1922 F.W. Aston1922 F.W. AstonIzotopyIzotopy


1930 W. Paul1930 W. PaulIontová pastIontová past


1930 J.B. Fenn1930 J.B. FennESIESI


1930 K. Tanaka1930 K. TanakaMALDIMALDI


První MS v ČRPrvní MS v ČR

PodstataPodstata

analytická metoda sloužící k analytická metoda sloužící k převedení molekul na iontypřevedení molekul na ionty

rozlišení těchto iontů podle poměru rozlišení těchto iontů podle poměru hmotnosti a náboje (m/z)hmotnosti a náboje (m/z)

záznam relativních intenzit záznam relativních intenzit jednotlivých iontůjednotlivých iontů

Hmotnostní spektrometrHmotnostní spektrometr

Hmotnostní spektrometr je iontově-Hmotnostní spektrometr je iontově-optické zařízení, které separuje ionty optické zařízení, které separuje ionty podle poměru jejich m/z.podle poměru jejich m/z.

Blokové schémaBlokové schéma

+ Fe Ff - +

E

Součásti MSSoučásti MS

1/ iontový zdroj - slouží k převedení neutrálních 1/ iontový zdroj - slouží k převedení neutrálních molekul analytu na nabité částice (tzv. ionizace), molekul analytu na nabité částice (tzv. ionizace), konstrukce se liší podle použité ionizační technikykonstrukce se liší podle použité ionizační techniky

2/ hmotnostní analyzátor - slouží k rozdělení iontů v 2/ hmotnostní analyzátor - slouží k rozdělení iontů v plynné fázi za vysokého vakua podle poměru plynné fázi za vysokého vakua podle poměru hmotnosti a náboje (m/z)hmotnosti a náboje (m/z)

3/ detektor - slouží k detekci iontů po jejich separaci 3/ detektor - slouží k detekci iontů po jejich separaci podle m/z a k určení relativní intenzity jednotlivých podle m/z a k určení relativní intenzity jednotlivých iontůiontů

Součásti MSSoučásti MS

• • další části přístroje:další části přístroje:

-vakuový systémvakuový systém

-zařízení pro zavádění vzorků (sonda)zařízení pro zavádění vzorků (sonda)

-iontová optika sloužící k urychlení a fokusaci iontůiontová optika sloužící k urychlení a fokusaci iontů

- počítač na ovládání a ladění přístroje, sběr a - počítač na ovládání a ladění přístroje, sběr a ukládání dat, porovnání spekter s knihovnouukládání dat, porovnání spekter s knihovnou

Ionizační technikyIonizační techniky

Volba ionizační technikyVolba ionizační techniky

Tvrdé ionizační technikyTvrdé ionizační techniky• EI EI M + eM + e-- M M++ + 2e + 2e--

Jemné ionizační technikyJemné ionizační techniky• ESIESI [[M+HM+H]]--

• MALDI MALDI [[M+HM+H]]++

Volba ionizační technikyVolba ionizační techniky

Ionizační technikyIonizační techniky

Tvrdé ionizační technikyTvrdé ionizační techniky• EI EI M + eM + e-- M M++ + 2e + 2e--

Jemné ionizační technikyJemné ionizační techniky• CICI [[M-HM-H]]++

• ESIESI [[M+HM+H]]++

• MALDI MALDI [[M-HM-H]]--

Electron impact (EI)Electron impact (EI)M + e- → M+. + 2 e-

Chemická ionizace (CI)Chemická ionizace (CI)

Reakční plyn 100 PaPlyn : vzorek 104 : 1methan,isobuthan,

ammoniak

Ionizace za atmosferického Ionizace za atmosferického tlakutlaku

Electrospray (ESI)Electrospray (ESI)

IonizaceIonizace

ESI - zmlžováníESI - zmlžování

Chemická ionizace Chemická ionizace za atmosferického tlaku (APCI)za atmosferického tlaku (APCI)

Fotoionizace Fotoionizace za atmosferického tlaku (APPI)za atmosferického tlaku (APPI)

Matrix Assisted Laser Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation (MALDI)Desorption Ionisation (MALDI)

Matrix Assisted Laser Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation (MALDI)Desorption Ionisation (MALDI)

Desorpční ionizace Desorpční ionizace elektrosprayem (DESI)elektrosprayem (DESI)

Hmotnostní analyzátoryHmotnostní analyzátory

Rozlišení – Resolving PowerRozlišení – Resolving Power

Rozlišení – Resolving PowerRozlišení – Resolving Power

Přesnost určení m/z Přesnost určení m/z Mass AcurracyMass Acurracy

Magnetický analyzátorMagnetický analyzátor

ZZakřivení dráhy letu iontů vakřivení dráhy letu iontů v magnetickém nebo elektrickém magnetickém nebo elektrickém poli (magnetický nebo elektrický poli (magnetický nebo elektrický analyzátor)analyzátor)..

V poli dochází k zakřivení dráhy iontu závislé V poli dochází k zakřivení dráhy iontu závislé na hodnotě m/z (m/z je úměrné kvadrátu na hodnotě m/z (m/z je úměrné kvadrátu poloměru dráhy iontu rpoloměru dráhy iontu r22).).

Magnetický analyzátorMagnetický analyzátor

KvadrupolKvadrupol a iontov a iontová pastá past

Různá stabilita oscilací iontů v Různá stabilita oscilací iontů v dvoj- nebo trojrozměrné kombinaci dvoj- nebo trojrozměrné kombinaci stejnosměrného a stejnosměrného a vysokofrekvenčního střídavého vysokofrekvenčního střídavého napětí (kvadrupól nebo iontová napětí (kvadrupól nebo iontová past).past).

KvadrupolKvadrupol

KvadrupolKvadrupol

V daný okamžik jsou oscilace stabilní pouze V daný okamžik jsou oscilace stabilní pouze pro určitou hodnotu m/z a tento ion projde pro určitou hodnotu m/z a tento ion projde kvadrupólovým analyzátorem, ionty s jinými kvadrupólovým analyzátorem, ionty s jinými hodnotami m/z mají nestabilní oscilace a hodnotami m/z mají nestabilní oscilace a jsou zachyceny na tyčích kvadrupólu, jsou zachyceny na tyčích kvadrupólu, změnou napětí postupně projdou na změnou napětí postupně projdou na detektor ionty se všemi hodnotami m/z.detektor ionty se všemi hodnotami m/z.

KvadrupolKvadrupol

KvadrupolKvadrupol

KvadrupolKvadrupol

Iontová pastIontová past

Trojrozměrná analogie kvadrupólu, Trojrozměrná analogie kvadrupólu, opakované selektivní vypuzení iontů podle opakované selektivní vypuzení iontů podle hodnoty m/z z iontové pasti na detektor, hodnoty m/z z iontové pasti na detektor, možnost MSmožnost MSnn analýzy. analýzy.

Iontová past (Ion Trap)Iontová past (Ion Trap)

Ion TrapIon Trap

Ion TrapIon Trap

Ion TrapIon Trap

Analyzátor doby letu (TOF)Analyzátor doby letu (TOF)

Různá doba rychlosti letu iontů Různá doba rychlosti letu iontů (analyzátor doby letu – TOF).(analyzátor doby letu – TOF).

Urychlené ionty se v oblasti bez pole Urychlené ionty se v oblasti bez pole pohybují pohybují různou rychlostí v závislosti na různou rychlostí v závislosti na hodnotě m/z (“menší ionty se letí rychleji“).hodnotě m/z (“menší ionty se letí rychleji“).




Iontová cyklotronová resonance Iontová cyklotronová resonance (ICR)(ICR)

Různé absorpce energie při Různé absorpce energie při cykloidálním pohybu iontů v cykloidálním pohybu iontů v kombinovaném magnetickém a kombinovaném magnetickém a elektrickém poli.elektrickém poli.





OrbitrapOrbitrap

OrbitrapOrbitrap

OrbitrapOrbitrap

DetektoryDetektory

Elektronový násobičElektronový násobičionty dopadající na povrch elektrody zionty dopadající na povrch elektrody zní vyrazí e-, ní vyrazí e-,

dále zesíleny systémem dynod až 108krát, dále zesíleny systémem dynod až 108krát, životnost 1-2 rokyživotnost 1-2 roky

FotonásobičFotonásobičionty dopadají na fosforovou destičku, čímž uvolní ionty dopadají na fosforovou destičku, čímž uvolní

energii ve formě fotonu, zesílen systémem energii ve formě fotonu, zesílen systémem konverzních dynod až 105krát, delší životnostkonverzních dynod až 105krát, delší životnost

Vakuový systémVakuový systém

• • hmotnostní analyzátor vždy pracuje hmotnostní analyzátor vždy pracuje za za vysokého vakuavysokého vakua, hodnota vakua se liší , hodnota vakua se liší podle podle typu analyzátoru ca. 10typu analyzátoru ca. 10-3-3 až 10 až 10-10-10 Pa Pa

• • kromě ionizačních technik pracujících za kromě ionizačních technik pracujících za atmosférického tlaku (ESI, APCI, APPI) musíatmosférického tlaku (ESI, APCI, APPI) musí

být za vakua i iontový zdrojbýt za vakua i iontový zdroj

• • proč tak vysoké vakuum? proč tak vysoké vakuum? ionty musí mít ionty musí mít dostatečně dlouhou střední dráhu a dostatečně dlouhou střední dráhu a nesmí docházet ke kolizním srážkám s nesmí docházet ke kolizním srážkám s neutrálními atomyneutrálními atomy

K získání tak vysokých hodnot vakua je obvykle K získání tak vysokých hodnot vakua je obvykle potřeba dvou nebo i více (FT-ICR)potřeba dvou nebo i více (FT-ICR)

stupňové čerpání velmi výkonnými vakuovými stupňové čerpání velmi výkonnými vakuovými pumpamipumpami

- 1. stupeň čerpání - - 1. stupeň čerpání - rotační pumpy rotační pumpy (výkon 80 l/s)(výkon 80 l/s)

- 2. stupeň čerpání - - 2. stupeň čerpání - turbomolekulární nebo turbomolekulární nebo difúzní pumpy difúzní pumpy (výkon 250 l/s)(výkon 250 l/s)••

Vakuový systémVakuový systém

MSMSnn

MSMSnn

ITIT

Quadrupole(MS1)

Collision cell

(MS2)

Argon

detector

Drift free region(MS3)

QTOFQTOF

MS spektrumMS spektrum

MS spektrumMS spektrum

GC/MSGC/MS

HPLC/MSHPLC/MS

CE/MSCE/MS

MS detekceMS detekce

Aplikace MSAplikace MS

Documents

Hmotnostní spektrometrie