Hmotnostní spektrometrie

Prezentace na téma: "Hmotnostní spektrometrie"— Transkript prezentace:

1 Hmotnostní spektrometrie

2 Literatura

3 Hmotnostní spektrometrie
MS - mimořádně citlivá, destruktivní metoda, minimální spotřeba vzorku, určení MW a dalších strukturních informací.

4 Historie hmotnostní spektrometrie
1906 J.J. Thomson Elektron,

5 Historie hmotnostní spektrometrie
1922 F.W. Aston Izotopy

6 Historie hmotnostní spektrometrie
1930 W. Paul Iontová past

7 Historie hmotnostní spektrometrie
1930 J.B. Fenn ESI

8 Historie hmotnostní spektrometrie
1930 K. Tanaka MALDI

9 Historie hmotnostní spektrometrie

10 První MS v ČR

11 Podstata analytická metoda sloužící k převedení molekul na ionty
rozlišení těchto iontů podle poměru hmotnosti a náboje (m/z) záznam relativních intenzit jednotlivých iontů

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

13 Blokové schéma

14 Součásti MS 1/ iontový zdroj - slouží k převedení neutrálních molekul analytu na nabité částice (tzv. ionizace), konstrukce se liší podle použité ionizační techniky 2/ hmotnostní analyzátor - slouží k rozdělení iontů v plynné fázi za vysokého vakua podle poměru hmotnosti a náboje (m/z) 3/ detektor - slouží k detekci iontů po jejich separaci podle m/z a k určení relativní intenzity jednotlivých iontů

15 Součásti MS • další části přístroje: vakuový systém
zařízení pro zavádění vzorků (sonda) iontová optika sloužící k urychlení a fokusaci iontů - počítač na ovládání a ladění přístroje, sběr a ukládání dat, porovnání spekter s knihovnou

16 Ionizační techniky

17 Volba ionizační techniky
Tvrdé ionizační techniky EI M + e-  M+ + 2e- Jemné ionizační techniky ESI [M+H]- MALDI [M+H]+

18 Volba ionizační techniky

19 Ionizační techniky Tvrdé ionizační techniky Jemné ionizační techniky
EI M + e-  M+ + 2e- Jemné ionizační techniky CI [M-H]+ ESI [M+H]+ MALDI [M-H]-

20 Electron impact (EI) M + e- → M e-

21 Chemická ionizace (CI)
Reakční plyn 100 Pa Plyn : vzorek 104 : 1 methan,isobuthan, ammoniak

22 Ionizace za atmosferického tlaku

23

24 Electrospray (ESI)

25 Ionizace

26

27 ESI - zmlžování

28 Chemická ionizace za atmosferického tlaku (APCI)

29 Fotoionizace za atmosferického tlaku (APPI)

30 Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation (MALDI)

31 Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation (MALDI)

32 Desorpční ionizace elektrosprayem (DESI)

33 Hmotnostní analyzátory

34 Rozlišení – Resolving Power

35 Rozlišení – Resolving Power

36 Přesnost určení m/z Mass Acurracy

37 Magnetický analyzátor
Zakřivení dráhy letu iontů v magnetickém nebo elektrickém poli (magnetický nebo elektrický analyzátor). V poli dochází k zakřivení dráhy iontu závislé na hodnotě m/z (m/z je úměrné kvadrátu poloměru dráhy iontu r2).

38 Magnetický analyzátor

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

40 Kvadrupol

41 Kvadrupol V 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.

42 Kvadrupol

43 Kvadrupol

44 Kvadrupol

45 Iontová past Trojrozměrná analogie kvadrupólu, opakované selektivní vypuzení iontů podle hodnoty m/z z iontové pasti na detektor, možnost MSn analýzy.

46 Iontová past (Ion Trap)

47 Ion Trap

48 Ion Trap

49 Ion Trap

50 Analyzátor doby letu (TOF)
Různá doba rychlosti letu iontů (analyzátor doby letu – TOF). Urychlené ionty se v oblasti bez pole pohybují různou rychlostí v závislosti na hodnotě m/z (“menší ionty se letí rychleji“).

51 Analyzátor doby letu (TOF)

52

53 Analyzátor doby letu (TOF)

54 Analyzátor doby letu (TOF)

55 Iontová cyklotronová resonance (ICR)
Různé absorpce energie při cykloidálním pohybu iontů v kombinovaném magnetickém a elektrickém poli.

56 Iontová cyklotronová resonance (ICR)

57 Iontová cyklotronová resonance (ICR)

58 Iontová cyklotronová resonance (ICR)

59 Iontová cyklotronová resonance (ICR)

60 Orbitrap

61 Orbitrap

62 Orbitrap

63

64 Detektory

65 Elektronový násobič ionty dopadající na povrch elektrody zní vyrazí e-, dále zesíleny systémem dynod až 108krát, životnost 1-2 roky

66 Fotonásobič ionty dopadají na fosforovou destičku, čímž uvolní energii ve formě fotonu, zesílen systémem konverzních dynod až 105krát, delší životnost

67 Vakuový systém

68 • hmotnostní analyzátor vždy pracuje za vysokého vakua, hodnota vakua se liší podle typu analyzátoru ca až Pa • kromě ionizačních technik pracujících za atmosférického tlaku (ESI, APCI, APPI) musí být za vakua i iontový zdroj • proč tak vysoké vakuum? ionty musí mít dostatečně dlouhou střední dráhu a nesmí docházet ke kolizním srážkám s neutrálními atomy

69 K získání tak vysokých hodnot vakua je obvykle potřeba dvou nebo i více (FT-ICR)
stupňové čerpání velmi výkonnými vakuovými pumpami - 1. stupeň čerpání - rotační pumpy (výkon 80 l/s) - 2. stupeň čerpání - turbomolekulární nebo difúzní pumpy (výkon 250 l/s) •

70

71 Vakuový systém

72 MSn

73 MSn

74 IT

75 QTOF Quadrupole Collision cell Drift free region (MS1) (MS2) (MS3)
Argon detector

76 MS spektrum

77 MS spektrum

78 GC/MS

79 HPLC/MS

80 CE/MS

81 MS detekce

82

83 Aplikace MS