Hmotnostní spektrometrie Literatura Hmotnostní spektrometrie u uMS - mimořádně citlivá, destruktivní metoda, minimální spotřeba vzorku, uurčení MW a dalších strukturních informací. Historie hmotnostní spektrometrie u1906 J.J. Thomson uElektron, u u u u u u u Historie hmotnostní spektrometrie u1922 F.W. Aston uIzotopy u u u u u u Historie hmotnostní spektrometrie u1930 W. Paul uIontová past u Historie hmotnostní spektrometrie u1930 J.B. Fenn uESI u Historie hmotnostní spektrometrie u1930 K. Tanaka uMALDI u Historie hmotnostní spektrometrie První MS v ČR Podstata uanalytická metoda sloužící k převedení molekul na ionty u urozlišení těchto iontů podle poměru hmotnosti a náboje (m/z) u uzáznam relativních intenzit jednotlivých iontů Hmotnostní spektrometr u u uHmotnostní spektrometr je iontově-optické zařízení, které separuje ionty podle poměru jejich m/z. u Blokové schéma Součásti MS u1/ iontový zdroj - slouží k převedení neutrálních molekul analytu na nabité částice (tzv. ionizace), konstrukce se liší podle použité ionizační techniky u u2/ hmotnostní analyzátor - slouží k rozdělení iontů v plynné fázi za vysokého vakua podle poměru hmotnosti a náboje (m/z) u u3/ detektor - slouží k detekci iontů po jejich separaci podle m/z a k určení relativní intenzity jednotlivých iontů Součásti MS u• další části přístroje: u -vakuový systém - -zařízení pro zavádění vzorků (sonda) - -iontová optika sloužící k urychlení a fokusaci iontů - u- počítač na ovládání a ladění přístroje, sběr a ukládání dat, porovnání spekter s knihovnou Ionizační techniky Volba ionizační techniky uTvrdé ionizační techniky •EI M + e- ® M+ + 2e- u uJemné ionizační techniky •ESI [M+H]- •MALDI [M+H]+ u u Volba ionizační techniky Ionizační techniky uTvrdé ionizační techniky •EI M + e- ® M+ + 2e- u uJemné ionizační techniky •CI [M-H]+ •ESI [M+H]+ •MALDI [M-H]- u u Electron impact (EI) M + e- → M+. + 2 e- Chemická ionizace (CI) Reakční plyn 100 Pa Plyn : vzorek 104 : 1 methan,isobuthan, ammoniak Ionizace za atmosferického tlaku Electrospray (ESI) Ionizace ESI - zmlžování Chemická ionizace za atmosferického tlaku (APCI) Fotoionizace za atmosferického tlaku (APPI) Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation (MALDI) Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation (MALDI) Desorpční ionizace elektrosprayem (DESI) Hmotnostní analyzátory Rozlišení – Resolving Power Rozlišení – Resolving Power Přesnost určení m/z Mass Acurracy Magnetický analyzátor uZakřivení dráhy letu iontů v magnetickém nebo elektrickém poli (magnetický nebo elektrický analyzátor). u uV poli dochází k zakřivení dráhy iontu závislé na hodnotě m/z (m/z je úměrné kvadrátu poloměru dráhy iontu r2). u Magnetický analyzátor Kvadrupol a iontová past u uRůzná stabilita oscilací iontů v dvoj- nebo trojrozměrné kombinaci stejnosměrného a vysokofrekvenčního střídavého napětí (kvadrupól nebo iontová past). Kvadrupol Kvadrupol uV daný okamžik jsou oscilace stabilní pouze pro určitou hodnotu m/z a tento ion projde kvadrupólovým analyzátorem, ionty s jinými hodnotami m/z mají nestabilní oscilace a jsou zachyceny na tyčích kvadrupólu, změnou napětí postupně projdou na detektor ionty se všemi hodnotami m/z. Kvadrupol Kvadrupol Kvadrupol Iontová past u u uTrojrozměrná analogie kvadrupólu, opakované selektivní vypuzení iontů podle hodnoty m/z z iontové pasti na detektor, možnost MSn analýzy. Iontová past (Ion Trap) CelM Ion Trap Ion Trap Ion Trap Analyzátor doby letu (TOF) u uRůzná doba rychlosti letu iontů (analyzátor doby letu – TOF). u uUrychlené ionty se v oblasti bez pole pohybují různou rychlostí v závislosti na hodnotě m/z (“menší ionty se letí rychleji“). Analyzátor doby letu (TOF) Analyzátor doby letu (TOF) Analyzátor doby letu (TOF) Iontová cyklotronová resonance (ICR) u u uRůzné absorpce energie při cykloidálním pohybu iontů v kombinovaném magnetickém a elektrickém poli. Iontová cyklotronová resonance (ICR) Iontová cyklotronová resonance (ICR) Iontová cyklotronová resonance (ICR) Iontová cyklotronová resonance (ICR) Orbitrap Orbitrap Orbitrap Detektory Elektronový násobič ionty dopadající na povrch elektrody zní vyrazí e-, dále zesíleny systémem dynod až 108krát, životnost 1-2 roky Fotonásobič ionty dopadají na fosforovou destičku, čímž uvolní energii ve formě fotonu, zesílen systémem konverzních dynod až 105krát, delší životnost Vakuový systém u• hmotnostní analyzátor vždy pracuje za vysokého vakua, hodnota vakua se liší podle typu analyzátoru ca. 10-3 až 10-10 Pa u u• kromě ionizačních technik pracujících za atmosférického tlaku (ESI, APCI, APPI) musí ubýt za vakua i iontový zdroj u u• proč tak vysoké vakuum? ionty musí mít dostatečně dlouhou střední dráhu a nesmí docházet ke kolizním srážkám s neutrálními atomy uK získání tak vysokých hodnot vakua je obvykle potřeba dvou nebo i více (FT-ICR) ustupňové čerpání velmi výkonnými vakuovými pumpami u u- 1. stupeň čerpání - rotační pumpy (výkon 80 l/s) u u- 2. stupeň čerpání - turbomolekulární nebo difúzní pumpy (výkon 250 l/s) u• Vakuový systém MSn MSn IT Quadrupole (MS1) Collision cell (MS2) Argon detector Drift free region (MS3) QTOF MS spektrum MS spektrum GC/MS HPLC/MS CE/MS MS detekce Aplikace MS