E0220 Hmotnostní spektrometrie

Přírodovědecká fakulta
jaro 2025
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (plus ukončení). Ukončení: zk.
Vyučováno kontaktně
Vyučující
doc. RNDr. Zdeněk Šimek, CSc. (přednášející)
Mgr. Jan Kuta, Ph.D. (přednášející)
Mgr. Jiří Kohoutek, Ph.D. (přednášející)
Mgr. Petr Kukučka, Ph.D. (přednášející)
Garance
doc. RNDr. Zdeněk Šimek, CSc.
RECETOX – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: doc. RNDr. Zdeněk Šimek, CSc.
Dodavatelské pracoviště: RECETOX – Přírodovědecká fakulta
Předpoklady
Předpokládá se znalost analytické chemie na úrovni základní přednášky.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Hlavním cílem kurzu je vysvětlit principiální teorii hmotnostní spektrometrie a demonstrovat poznatky na praktických příkladech využití moderní instrumentace. Studenti získají odbornost nezbytnou ke správnému výběru hmotnostního analyzátoru pro daný konkrétní typ analýzy včetně nastavení a optimalizace experimentálních podmínek. Tento typ odbornosti lze aplikovat v celé řadě vědních oborů a také například v klinické oblasti nebo soukromém sektoru.
Výstupy z učení
Na konci tohoto kurzu bude student schopen:

- rozumět základnímu principu a nejčastějšímu využití technik hmotnostní spektrometrie ve vědeckém výzkumu;

- pochopit praktické a základní technické aspekty různých typů hmotnostních analyzátorů, ionizačních technik, a detekčních prvků;

- vysvětlit obecné mechanismy chemie iontů v plynné fázi, procesy disociace iontů při použití běžných ionizačních technik a postupů;

- vyhodnotit a interpretovat hmotnostní spektra běžných organických a anorganických látek získaná za využití běžných ionizačních technik;

- posoudit výhody a limitace spojení hmotnostní spektrometrie s jinými analytickými, především separačními technikami GC/MS, (U)HPLC /MS, CE/MS, ICP/MS;

- vybrat vhodnou techniku hmotnostní spektrometrie pro kvalitativní a kvantitativní hodnocení různých analytů v daném vzorku;

- nastavit experimentální podmínky iontového zdroje a hmotnostního analyzátoru k dosažení optimální citlivosti, selektivního záznamu požadovaných typů iontu, robustní a reprodukovatelné analýzy;

- se orientovat v současných trendech vývoje hmotnostní spektrometrie a případně zvolit vhodný směr k dalšímu rozšíření znalostí v oblasti hmotnostní spektrometrie
Osnova
  • 1. Úvod a zařazení hmotnostní spektrometrie (MS) v souboru instrumentálních analytických metod. Historický přehled vývoje techniky MS, praktický význam a využití.
  • 2. Principy hmotnostní spektrometrie, základní pojmy. Obecné schéma hmotnostního spektrometru. Hmotnostní spektrum, rozlišovací schopnost a správnost určení hodnoty m/z.
  • 3. Ionizační techniky, typy iontových zdrojů, přehled měkkých a tvrdých ionizačních technik. Porovnání ionizačních technik.
  • 4. Elektronová ionizace (EI), chemická ionizace (CI), ionizace elektrosprejem (ESI), chemická ionizace za atmosférického tlaku (APCI), fotoionizace (APPI), desorpční ionizace (DESI), ionizace laserem (MALDI), ionizace indukčně vázaným plazmatem (ICP).
  • 5. Instrumentace – komponenty hmotnostního analyzátoru: vakuové systémy – stupně dosažení vakua, iontová optika, iontová mobilita a detektory.
  • 6. Hmotnostní analyzátory: průletové - magnetický a elektrostatický sektorový analyzátor, analyzátor doby letu (ToF), kvadrupólový analyzátor (Q, QqQ) a záchytové – iontová past (IT), lineární iontová past (LIT), iontová cyklotronová rezonance (FT-ICR), elektrostatická orbitální past (Orbitrap).
  • 7. Metody přípravy vzorků pro MS, zavedení vzorku - přímý vstup, spojení se separačními technikami.
  • 8. Tandemová hmotnostní spektrometrie (MS/MS), kolizí indukovaná disociace (CID), monitorování vybraného iontového přechodu (SRM), základní mechanismy fragmentace iontů.
  • 9. Interpretace hmotnostních spekter, základní pravidla, praktická ukázka a cvičení.
  • 10. Kombinované techniky. Spojení se separačními technikami GC/MS, LC/MS, CE/MS. Zpracování dat.
  • 12. Praktické aspekty a aplikace HPLC/MS.
  • 13. Praktické aspekty, ICP/MS.
Literatura
    doporučená literatura
  • Mass spectrometry : instrumentation, interpretation, and applications. Edited by Rolf Ekman. Hoboken, N.J.: John Wiley & Sons, 2009, xvi, 371. ISBN 9780471713951. info
  • Gross, J. H. Mass spectrometry : A Textbook; Springer, 2006 2nd, 518. ISBN 978-3-540-40739-3.
  • BARKER, J. Mass Spectrometry. 2nd Ed. Cichester: J. Wiley, 1999. Analytical Chemistry by Open Learning. ISBN 0 471 96762 9. info
  • MCLAFFERTY, F.W. a F. TUREČEK. Interpretation of Mass Spectra. 4th ed. Sausalito , CA: University Science Book, 1993. ISBN 0-935702-25-3. info
  • WONG, P. S. H. a R. G. COOKS. Ion Trap Mass Spectrometry. Current Separations. West Lafayette, USA: Bioanalytical Systems, Inc., 1997, roč. 16, s. 85. info
  • KITSON, F. G., B. S. LARSEN a C. N. MCEWEN. Gas Chromatography and Mass Spectrometry, A Practical Guide. San Diego: Academic Press, 1996. ISBN 0-12-483385-3. info
Výukové metody
Výuka je vedena formou přednášky s presentací v Powerpointu. Studenti obdrží před každou přednáškou vytištěné materiály pro vpisování vlastních poznámek a dotazů. Srozumitelnost obtížných partií je ověřována interaktivně.
Metody hodnocení
Přítomnost na přednášce není povinná ale doporučená pro snadné plynulé zvládnutí a pochopení látky. Během výuky je kladen důraz na interakci se studenty a podporována diskuze na téma již probraného učiva. Nabyté vědomosti jsou ověřeny ústní zkouškou.
Navazující předměty
Informace učitele
https://is.muni.cz/auth/predmet/sci/akreditace2018jaro/E0220?lang=cs;setlang=cs
Doc. RNDr. Zdeněk Šimek, CSc. Masaryko Universita Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Kamenice 753/5, pavilion D29/418 625 00 Brno Czech Republic zdenek.simek@recetox.muni.cz office: (+420) 549 49 4964
Další komentáře
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2020, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2024.