Spektrometria mas (1) : Wojciech Augustyniakbeta.chem.uw.edu.pl/people/WAugustyniak/Data/Files/IZO/MS.pdf2 Opracował: Wojciech Augustyniak Spektrometria mas (2) Informacje z widm

1

Opracował: Wojciech AugustyniakSpektrometria mas (1)Spektrometr masowy ma źródło jonów, które jonizuje próbkę. Jony wędrują w polu elektromagnetycznym do detektora.

Metody jonizacji: - elektronowa (EI)- chemiczna (CI)- bombardowanie szybkimi atomami (FAB) lub jonami (FIB) – metody LSIMS (spektrometria jonów wtórnych w ciekłej matrycy)- polem (FI), desorpcja polem (FD)- termosprej (TSI)- elektrosprej (ESI)- chemiczna (lub fotojonizacja) pod ciśnieniem atmosferycznym (APCI lub APPI)- desorpcja promieniem laserowym z użyciem matrycy (MALDI), na krzemie (DIOS), lub wzmocniona powierzchnią (SELDI) - plazmą wzbudzaną indukcyjnie (ICP)

Analizatory masy:- magnetyczny (B)- magnetyczny i elektryczny (BE) lub odwrotnie (EB)- kwadrupolowy (Q)- pułapka jonowa (IT lub QIT)- czasu przelotu (TOF)- jonowy rezonans cyklotronowy (ICR)

2

Opracował: Wojciech Augustyniak

Spektrometria mas (2)

Informacje z widm MS: - masa cząsteczkowa związku (masa nominalna, monoizotopowa, średnia) – pik jonu molekularnego lub pseudomolekularnego (dla łagodnych metod jonizacji tj. EI, FAB, LSIMS, CI, ESI, MALDI) przy różnych napięciach na źródle jonów- skład elementarny związku – dokładny pomiar masy cząsteczkowej i dopasowanie, profile izotopowe- struktura związku – analiza fragmentacji, badanie ścieżek fragmentacji (MS/MS), wymiana izotopowa, badanie pochodnych związków

Widmo MS – względna intensywność (wysokość) piku od stosunku m/z; piki pochodzą od jonów wytworzonych podczas jonizacji związku, oraz od naładowanych elektrycznie produktów rozpadu tych jonów.

Polecane materiały: wykłady prof. Witolda Danikiewicza (Instytut Chemii Organicznej PAN) na ww2.icho.edu.plWidma: www.aist.go.jp

3


Masa cząsteczkowa związkuReguła azotowa:- dla jonów nieparzystoelektronowych (powstających głównie w EI): parzysta masa cząsteczkowa związku oznacza parzystą ilość atomów azotu w cząsteczce, nieparzysta masa cząsteczkowa oznacza nieparzystą liczbę atomów azotu- dla jonów parzystoelektronowych (głównie w ESI, APCI, MALDI): parzysta masa cząsteczkowa związku oznacza nieparzystą liczbę atomów azotu, a nieparzysta masa cząsteczkowa parzystą liczbę atomów azotu

Jon molekularny w EI musi być jonem o najwyższej masie (pomijając jony izotopowe), a masy najbliższych mu jonów fragmentacyjnych muszą dać się wyjaśnić

Jon pseudomolekularny (inaczej quasimolekularny, lub jon typu molekularnego, powstaje w ESI, APCI, LSIMS) musi tłumaczyć:- ewentualne tworzenie klasterów z innymi związkami w próbce, w tym z rozpuszczalnikiem (ESI) lub z matrycą (LSIMS)- piki pochodzące od jonów naładowanych wielokrotnie (w ESI i LSIMS)- zakwaszenie powinno dawać pik M+H+, a w obecności soli sodowej także M+Na+

- w przypadku związków amfoterycznych jon pseudomolekularny dodatni powinien być większy od jonu ujemnego o 2 jednostki (M+H+ vs M-H+)

4


5


6


7


Jonizacja chemiczna

Widma Phe PCI i NCI

CI za pomocą gazu, można tworzyć kationy (PCI) lub aniony (NCI)

8


LSIMS

LSIMS umożliwia obserwację klasterów związków, w jonizacji dodatniej są pikinM+H+, w ujemnej nM-H+

LSIMS w jonach dodatnich i ujemnych – porównanie

9


ElektrosprejESI nadaje się do analizy peptydów, białek, nukleotydów, a także kompleksów

10


MALDI-TOFMALDI stosuje się głównie do badań związków wysokocząsteczkowych, np. białek i polimerów

11


12


13


Fragmentacja (1)Alkany i fluorowcoalkany: rozpad σ (preferowane jest tworzenie kationu o jak najwyższej rzędowości, oraz odrywanie jak największej grupy alkilowej)

R C C C.+R +R.

Rozpad α (schemat przedstawia wariant nasycony i nienasycony), odrywany jest alkil jak największy lub o jak najwyższej rzędowości, tworzy sięnajlepiej stabilizowany kation

Jony nieparzystoelektronowe:

R1CH2

YR2

R1CH2

YR2

CH2 Y R2

H2C Y R2+ .

.R1

+

++

R1 CY

R2R1 C

Y

R2Y C R2

Y C R2

+ .

+.R1+

+

Alkeny: rozpad allilowy (α)

RCH2

CH

CH2 RCH2

CCH2

HH2C

CCH2

H+ .

+.R +

Rozpad i (wariant nasycony pokazany na schemacie; wariant nienasyconypodobny do rozpadu α przy odwrotnej lokalizacji ładunku i niesparowanegoelektronu w produktach fragmentacji), preferowane jest tworzenie kationu większego, lub o wyższej rzędowości

R1 Y R2 R1 Y R2 Y R2R1+ .

+ .+

Rozpady α i i konkurują ze sobą!

14


Fragmentacja (2)Jony parzystoelektronowe: rozpad i z eliminacją cząsteczki obojętnej, dotyczy także jonów wtórnych

Wariant nasycony: R YH R YH2 R+

++ YH2

CH2 Y R Y CH2+R ++Wariant nienasycony:

R1Y

R2

H R1Y

R2

H R1Y

R2

H

R1Y

R2

H

R1 Y

R2

H

Y

R2

R1 Y

R2

+ . +.

+

.

+

.

+.

+

.

+

+

Przegrupowania:

Przegrupowanie McLafferty’ego z 6-członowym cyklicznym stanem przejściowym:

15


Fragmentacja (3)RR H R H

HR

H

H

H

H

R

H2C

+

.

.+

+

.+

.+

+

Przegrupowanie McLafferty’ego dla alkilobenzenów:

H YR

H Y RY

H R+ . +

. +.HYR

.

+. HYR

+

+

Przegrupowanie wodoru do miejsca nasyconego przebiega przez cykliczny stan przejściowy o dowolnej liczbie członów:

16


Fragmentacja (4)

YH

O

OR

YH

O

OR

Y

O

OR

H

Y

O

+ . +

.

+ . + ROH

Przegrupowanie wodoru do miejsca nasyconego dla orto-pochodnych kwasu benzoesowego:

H

NO

O

R

H

NO

O

R

R

NO

OH

R

NO

OH

R

NO

+ . ++

.

+

.

+

.HO

Przegrupowanie wodoru do miejsca nasyconego dla orto-nitroalkilobenzenów:

Przegrupowanie wodoru do miejsca nasyconego dla estrów kwasu octowego (eliminacja ketenu):

R O

O

H R O

O

H R O

O

H

O+

+.

+ .+

. ROH

17


Fragmentacja (5)

R1

O

O

R2

HH

R1

O

O

R2

HH

R1

O

O

R2

HH

R1

O

O

R2

HH

R1

H

O

O

R2

H

R1

O

O

R2

H

H

++. +

.

+

.

+ .

+

.

+

Podwójne przegrupowanie wodoru do nasyconego atomu w estrach:

Podstawienie z cyklizacją, częste u bromopochodnych alkilowych:

R R R+

.+

.+

Otwarcie pierścienia nasyconego:

YR2

Y

R2R1 Y

R2R1

+ .

.R1++

R R R R

R

+

+

.+

+

.

+.

+

.

Otwarcie pierścienia cykloheksenowego - reakcja retro-Dielsa-Aldera:

18


MS węglowodorów (1)

27.0 12 29.0 24 39.0 9 40.0 1 41.0 36 42.0 9 43.0 100 44.0 3 53.0 1 55.0 15

56.0 39 57.0 52 58.0 2 69.0 2 70.0 46 71.0 58 72.0 3 84.0 1 85.0 5 100.0 4

26.0 2 27.0 32 28.0 6 29.0 18 38.0 2 39.0 30 40.0 6 41.0 95 42.0 72 43.0 58 44.0 2 50.0 2

51.0 2 52.0 1 53.0 6 54.0 5 55.0 64 56.0 100 57.0 6 67.0 2 69.0 24 70.0 1 84.0 29 85.0 2

C7H16 C6H12

19


MS węglowodorów (2)

18.0 1 26.0 1 27.0 11 28.0 6 29.0 8 38.0 1 39.0 15 40.0 3 41.0 50 42.0 25 43.0 23 50.0 151.0 1

53.0 354.0 4 55.0 31 56.0 100 57.0 14 67.0 2 68.0 2 69.0 25 70.0 2 71.0 1 83.0 4 84.0 71 85.0 8

15.0 1 26.0 1 27.0 14 28.0 2 29.0 7 36.0 1 38.0 1 39.0 26 40.0 4 41.0 16 42.0 3 50.0 2

51.0 4 52.0 2 53.0 14 54.0 63 55.0 39 56.0 2 63.0 1 65.0 3 66.0 3 67.0 33 68.0 31 69.0 2

77.0 5 78.0 1 79.0 10 80.0 1 81.0 100 82.0 7 91.0 1 95.0 6 96.0 40 97.0 3

C6H12 C7H12

20


MS węglowodorów i nitropochodnych

27.0 5 28.0 1 29.0 2 39.0 7 41.0 4 43.0 2 50.0 2 51.0 6 52.0 1 53.0 1 63.0 3 65.0 12 77.0 6 78.0 6

79.0 3 89.0 2 90.0 1 91.0 100 92.0 59 93.0 4 103.0 2 104.0 2 105.0 9 106.0 1 115.0 1 119.0 1 134.0 26 135.0 2

26.0 1 27.0 3 28.0 2 30.0 3 37.0 1 38.0 4 39.0 25 40.0 1 41.0 6 50.0 7 51.0 12 52.0 453.0 3

53.0 3 61.0 262.0 5 63.0 17 64.0 7 65.0 79 66.0 6 74.0 1 75.0 1 76.0 1 77.0 19 78.0 4 79.0 4

86.0 1 87.0 1 89.0 17 90.0 991.0 60 92.0 49 93.0 6 119.0 0 120.0 100 121.0 9 137.0 12 138.0 1

C10H14 C7H8NO2

21


MS chlorowcopochodnych

15.0 1 26.0 2 27.0 26 28.0 6 29.0 37 36.0 1 38.0 2 39.0 18 40.0 3 41.0 69 42.0 100

43.0 38 44.0 1 49.0 4 50.0 1 51.0 2 53.0 2 54.0 1 55.0 92 56.0 6 57.0 21 58.0 1

62.0 1 63.0 4 65.0 1 69.0 3 70.0 95 71.0 5 77.0 1 91.0 2 106.0 1

27.0 9 28.0 2 29.0 18 39.0 6 40.0 1 41.0 42 42.0 10 43.0 89 44.0 3 53.0 2 54.0 2 55.0 49 56.0 15 57.0 10058.0 4

67.0 2 68.0 2 69.0 41 70.0 10 71.0 48 72.0 2 82.0 1 83.0 17 84.0 4 85.0 26 86.0 1 97.0 8 98.0 2 99.0 6107.0 1

109.0 1 111.0 2 113.0 4 121.0 1 123.0 1 127.0 1 135.0 60 136.0 2 137.0 58 138.0 2 149.0 10 150.0 1 151.0 10 163.0 1 165.0 1

C5H11Cl C12H25Br

22


MS alkoholi

15.0 1 26.0 2 27.0 10 28.0 3 29.0 6 30.0 1 31.0 100 32.0 2 33.0 1

39.0 3 41.0 7 42.0 12 43.0 2 45.0 1 57.0 1 59.0 15 60.0 10

15.0 1 26.0 1 27.0 17 28.0 3 29.0 38 30.0 1 31.0 43 39.0 11 40.0 2 41.0 50 42.0 100 43.0 21

44.0 2 45.0 4 53.0 1 54.0 1 55.0 65 56.0 15 57.0 21 58.0 1 60.0 1 69.0 5 70.0 51 71.0 4

C3H8O C5H12O

23


MS ketonów (1)

14.0 1 15.0 6 18.0 1 26.0 2 27.0 8 28.0 1 29.0 18 39.0 1 41.0 1 42.0 4 43.0 100 44.0 2 57.0 8 72.0 22 73.0 1

14.0 1 15.0 9 26.0 3 27.0 19 28.0 3 29.0 3 37.0 1 38.0 2 39.0 16 40.0 2 41.0 26

42.0 4 43.0 100 44.0 2 45.0 1 50.0 1 51.0 1 57.0 3 71.0 6 86.0 22 87.0 1

C4H8O C5H10O

24


MS ketonów (2)

15.0 4 27.0 5 28.0 1 29.0 36 38.0 1 39.0 11 40.0 1 41.0 55

43.0 3255.0 3 56.0 4 57.0 100 58.0 4 85.0 4 100.0 14 101.0 1

26.0 2 27.0 12 28.0 4 29.0 59 30.0 1 39.0 1 41.0 2 42.0 1

43.0 1 55.0 1 56.0 3 57.0 100 58.0 3 86.0 21 87.0 1

C5H10OC6H12O

25


MS ketonów i eterów

15.0 3 18.0 1 26.0 1 27.0 8 28.0 2 29.0 14 39.0 5 41.0 14 42.0 3

43.0 100 44.0 2 55.0 1 57.0 15 58.0 49 59.0 3 71.0 5 85.0 6 100.0 8

15.0 3 26.0 3 27.0 23 28.0 7 29.0 34 30.0 1 31.0 100 32.0 1 39.0 6 40.0 1 41.0 22 42.0 4

43.0 39 44.0 1 45.0 10 57.0 1 59.0 98 60.0 3 73.0 3 78.0 1 87.0 1 88.0 25 89.0 1

C6H12O C5H12O

26


MS kwasów karboksylowych i estrów

15.0 1 26.0 1 27.0 17 28.0 3 29.0 38 30.0 1 31.0 43 39.0 11 40.0 2 41.0 50 42.0 100 43.0 21

44.0 245.0 4 53.0 1 54.0 1 55.0 65 56.0 15 57.0 21 58.0 1 60.0 1 69.0 5 70.0 51 71.0 4

27.0 3 28.0 1 29.0 3 39.0 1 45.0 1 50.0 5 51.0 16 52.0 1 74.0 1 75.0 1 76.0 2

77.0 40 104.0 0 105.0 100 106.0 9 122.0 30 123.0 2 135.0 1 149.0 1 150.0 21 151.0 2

C7H6O3 C9H10O2

27


MS estrów

26.0 1 27.0 7 28.0 3 29.0 30 38.0 1 39.0 9 41.0 2 50.0 3 51.0 9 52.0 2 56.0 1

57.0 45 58.0 1 62.0 1 63.0 4 64.0 1 65.0 16 77.0 12 78.0 3 79.0 17 80.0 1 89.0 7

90.0 2491.0 100 92.0 7 105.0 3 107.0 10 108.0 85 109.0 6 164.0 20 165.0 2

15.0 3 27.0 5 28.0 2 29.0 6 31.0 1 39.0 2 41.0 14 42.0 2 43.0 100

44.0 2 55.0 7 56.0 44 57.0 4 58.0 2 61.0 14 71.0 1 73.0 14 87.0 1

C10H12O2 C6H12O2

Documents

Spektrometria mas (1) : Wojciech Augustyniakbeta.chem.uw.edu.pl/people/WAugustyniak/Data/Files/IZO/MS.pdf2 Opracował: Wojciech Augustyniak Spektrometria mas (2) Informacje z widm