10. Tandemová hmotnostní spektrometrie Princip tandemové hmotnostní spektrometrie Informace získávané při tandemové hmotnostní spektrometrii Možné způsoby uspořádání tandemové HS a/ scan fragmentů vzniklých v CC z iontu vybraného prvním HS b/ scan iontů prvním HS se současným sledováním chování iontu v CC c/ současný scan oběma HS s konstantním rozdílem hmotností Kvadrupólové HS v tandemu Důkaz steroidů v biologické matrici MS/MS technika: -Rozlišení stop nečistot od analytu -Snížení vlivu šumu -Více údajů o struktuře analytu Důkaz steroidů v biologické matrici Zvýšení citlivosti detekce při tandemové HS Analýza komplexní matrice tandemovou HS Iontová past jako tandemový HS MS2 - v iontové pasti ponecháme pouze vybraný iont, ostatní vypudíme - vybraný iont může reagovat nebo fragmentovat v iontové pasti - iontová past analyzuje produkty reakce (fragmentace) jako tandemový HS Nové trendy: vícenásobný kvadrupól a lineární iontová past: LC/MS/MS (aplikace v toxikologii, forenzních analýzách a analýzách potravin) Otázky 1. Alkoholy snadno odštěpují neutrální molekulu ­ kterou? 2. Jaké jsou přednosti MS/MS techniky? 3. Uveďte příklady použití MS/MS techniky Odpovědi 1. Alkoholy odštěpují snadno molekulu H2O 2. Přednosti: rychlost scanu, citlivost (vzorek se neředí) Nevýhody: nákladnost (částečně odstraňuje iontová past) 3. Analýza steroidů v biologické matrici, analýza kontaminantů topných olejů, 11. Kvantitativní hmotnostní spektrometrie organických sloučenin Princip kvantitativní analýzy hmotnostním spektrometrem: citlivostní faktory Sij (analogicky k jiným spektrálním metodám) tlak Řešení soustavy rovnic ­ matice (determinanty) Metody kvantitativní analýzy: Metoda vnitřního standardu (iont.proud z analytu porovnáváme s iontovým proudem sloučeniny zvolené za vnitřní standard nebo s iontovým proudem aliquotního podílu čistého analytu) Metoda izotopového zředění (vnitřní standard - deuterizovaná sloučenina - analyt) Kalibrace -Využití sledování vybraného iontu ­ SIM -Isotopové obohacení vnitřního standardu: deuterované sloučeniny: IH/ID = wA/ws Nová veličina: podíl intenzity píku na celkovém iontovém toku: % Příklad: dva standardy: C,D směs látek C,D = A Měříme % pro 3 různé píky m/z: X1, X2, X3 Sestavíme rovnice, řešíme ­ matice Soustavu rovnic je vhodné ,,přeurčit": Doporučeno: n 3p (n rovnic pro p složek směsi) (Jako standardy lze použít i směsi čistých látek.) Měří se: Relativní intenzity píků dvou izotopů ve standardu a v analytu (standard obohacen jedním z izotopů) Výhoda: Analytická metoda bez radioaktivních izotopů ­ použití v lékařství (Vydechovaný CO2) 13C z řepy (1,078) a z třtiny (1,100) Otázky 1. Jaké izotopy se nejčastěji vyskytují v hmotnostně spektrometrické analýze? 2. Jaké m/z mají molekulové ionty těchto sloučenin: a./ 1-chloronaftalen C10H7Cl b./ diethyl rtuť (C2H5)2Hg c./ tetraetyl olovo (C2H5)4Pb d./ ferrocen (dicyklopentadienyl železo) (C5H5)2Fe 3. Uveďte některé monoisotopické prvky 4. Co je to tzv. dusíkové pravidlo? 5. Jak se vypočte počet dvojných vazeb a cyklů? Odpovědi 1. Izotopy: Cl 35 Cl 37 Cl (poměr píků 100:32,5) Br 79 Br 81 Br (poměr píků 100:98) S 32 S 33S 34 S (poměr píků 100:0,8:4,4) O 16 O 18 O (poměr píků 100:0,20) N 14 N 15 N (poměr píků 100:0,37) C 12 C 13 C (poměr píků 100:1,1) Si 28 Si 29Si 30Si (poměr píků 100:5,1:3,4) Ag 107 Ag 109 Ag (poměr píků 1:1) 2. a./ 162 b./ 260 (202Hg 29,8%) c./ 324 (208Pb 51,7%) d./ 186 (56Fe 91,52%) 3. 1H, 19F, 23Na, 31P, 127I 4. Molekula, obsahující lichý počet dusíkových atomů bude mít molekulovou hmotnost (Mr) liché číslo, molekula bez dusíkových atomů nebo se sudým počtem dusíkových atomů bude mít Mr sudé číslo 5. Pro molekulu CxHyNzOn je celkový počet kruhů a dvojných vazeb = x -(1/2)y +(1/2)z+1. Si zpracujeme jako C, P jako N, S jako O, halogeny jako H Vzhled skupiny molekulového píku: atomy Cl a Br v molekule 12. Hmotnostní spektrometrie v anorganické chemii Analýza roztoků Princip metody ICP-MS Princip metody ICP-MS Analytické možnosti ICP-MS ICP-MS ilustrativní výsledky Analýza povrchů Hmotnostní spektrometrie sekundárních iontů (SIMS) Analytické možnosti SIMS Analýza povrchů Hmotnostní spektrometrie jako iontová mikrosonda (IMPMA- ion microprobe mass analysis), Iontový paprsek průměru 1-2 m, optickým mikroskopem nasměrovaný na zvolenou plochu povrchu. Sekundární ionty: vysoká citlivost (10-15 g), vysoké rozlišení mapování povrchu (skenování iontovým paprskem) Analýza povrchů Mikrosonda podporovaná laserem (LAMMA-laser assisted microprobe mass analysis) Nd-YAG laser místo svazku iontů: 1011 Wcm-2 , průměr stopy několik m ­ detekční limit až 10-20 g Analýza povrchů Hmotnostní spektrometrie s doutnavým výbojem (GDMS-glow discharge mass spectrometry) Stejnosměrné napětí aplikované na pevnou, vodivou látku Vytvoří se elektrony, které ionizují Ar. Vytvořené plazma Ar+ se přitáhne ke vzorku (katoda) a odpráší atomy z povrchu. Typické parametry: cca 4 mA, 1,2 kV, 0,02 Pa Analýza pevných vzorků - Urychlovač/MS - (AMS) Ionizace: SIMS, Cs+ - extrahují se negativní ionty (20kV)!- analýza nejen povrchu (pro C- ionizační účinnost cca 5%) (nové možnosti separace iontů: N- je nestabilní - lze odlišit 14C od 14N v datování Využití rozdílných parametrů atomů - rozlišení velmi blízkých izotopů, (ne In)) Fokusace paprsku negativních iontů do magnetického separátoru a pak do van de Graaffova urychlovače - ,,tandemový urychlovač": v centru urychlovače ­ grafitová folie (2-3 MV!): Molekulové ionty disociují, elektrony se odstraňují Separátor podle hodnoty náboje vybere stanovované ionty (např.: 13C3+) ), které jsou urychlovány od centra urychlovače, fokusovány do analysujícího magnetu (separátor) a detektoru. Paralelně se měří proud odpovídající 12C (vsuvná Faradayova klec za separátorem) Schéma zařízení pro AMS Vlastnosti a užití AMS Výhoda užití měření poměru izotopů: eliminace fluktuací Citlivost: měří poměry koncentrace izotopů v hodnotách 10-15 (ppq) (14C /12C) Užití: 14C ­ datování, analyza meteoritů, arktické ledovce, těžké kovy v biomateriálu Problémy: reprodukovatelnost malá (nestabilní v čase) - 20% - s použitím fotografické integrace velká plocha jiskry, vodivý vzorek=elektroda 30 kV, rf-jiskra, vakuum vícenásobně nabité ionty-rozlišení separátoru min. 5000 jednodušší příprava vzorku, dynamický rozsah 106 ICP-MS vytlačila tuto techniku Jiskrová hmotnostní spektrometrie - SSMS (spark source) ­ analýza povrchů pevných látek Otázky 1. Vzorky pro mikrosondu s hmotnostní spektrometrií se obvykle uchovávají ve vakuu před analysou. Proč? 2. Proč je problémem analýza Ca v ICP-MS? 3. Jak lze zvýšit vodivost pevných vzorků? 4. Jaké procesy probíhají v laserem asistované hmotnostně spektrometrické mikrosondě? Odpovědi 1. Prevence kontaminace povrchu filmem nečistot 2. Interference s Ar40 iontem z plazmatu 3. Mísením s grafitovým práškem 4. Přímá ionizace laserem, povrchová ionizace, desorpce a ionizace pevné látky v oblasti okolí dopadu záření, iontově-molekulové reakce, reakce v plynné fázi, emise neutrálních částic a tvorba iontů