11. Hmotnostní spektrometrie Flashcards
Princip a aplikace MS
- založena na rozdělení iontů v plynné fázi podle poměru m/z (hmot. číslo/náboj. číslo (náboj iontu)) a na analýze jejich četnosti
- umožňuje analýzu anorganických iontů, ionizovaných molekul a asociátů, studium struktury atomu (izotopy), desorpci a ionizaci termostabilních vysokomolekulárních l., vícenásobnou ionizaci, kvalitativní a kvantitativní analýzu
Základní předpoklady MS
- základním předpokladem separace iontů je vysoké vakuum (10-3 až 10-5 Pa) = nedochází k výměně energie mezi částicemi ani ke kolizím
- s nižším tlakem roste délka volné dráhy iontů v plynném stavu (10-4 Pa = 10 m)
Spektrum MS
- vzhled dán typem ionizace
- píky
Instrumentace MS
vakuový systém - vstup vzorku - iontový zdroj - separátor iontů - detektor
- vakuum zajištěno soustavou vývěv (olejová, turbomolekulární, difuzní), jednotlivé části odděleny kapilárami/kónickými clonami
- vstup může být za atm. tlaku, separace za vakua
- v plynné fázi ionizace odpařením a vstupem páry na iontový zdroj
- v kapalné fázi nástřik stříkačkou jako LC
- ionizace neutrální molekuly = rozpad na fragmentové ionty (četnost fragmentů podle typu ionizace)
Elektronová ionizace (EI)
= molekuly v plynném stavu ionizovány interakcí s proudem vysokoenergetických elektronů emitovaných žhaveným vláknem a urychlených elstat. polem
- ve vakuu
- výrazná fragmentace = tvrdá ionizace
Chemická ionizace (CI)
= molekuly analytu v reakčním, přednostně ionizovaném plynu (v přebytku) - ionizace proudem vysokoenergetických elektronů, analyt následně ionizován ionty reakčního plynu
- ve vakuu
- omezená fragmentace = měkká ionizace
Ionizace nárazem atomů (FAB)
= smísení analytu a pomocné l. (matrice = glycerol) - k desorpci a ionizaci dochází absorpcí energie proudu urychlených atomů vzácného plynu (Xe) matricí, energie následně předána molekulám analytu
- vhodná pro větší molekuly
Ionizace laserem za účasti matrice (MALDI)
= matrice přenáší energii laseru na molekuly analytu, matrice absorbuje energii pulzního laseru - dochází k přenosu protonu a ionizaci analytu
- pro stabilní ionty polárních a termostabilních látek s vysokou M
- laser emitující IČ a UV
Elektrosprej (ESI)
- za atm tlaku
= kapalina proudí tenkou kovovou kapilárou, dochází k ionizaci silným elstat. polem - vznik malých kapiček s vysokým nábojem na jejich povrchu, prochází proudem inertu - odpaření rozpouštědla a zmenšení povrchu kapky = ionizace analytu odpařením z povrchu mikrokapičky - pouze pro polární látky
Chemická ionizace za atm. tlaku (APCI)
= ionizace rozpouštědla následovaná přenosem protonu/náboje na molekuly analytu; kapky aerosolu prochází vyhřátou trubicí s částečnou desolvatací, proud kapek je ionizován koronovým výbojem (nejprve voda, pak analyt po kolizi s ionty vody)
- ionizace středně polárních látek s M do 2000 Da
Fotoionizace za atm. tlaku (APPI)
= ionizace analytu energií výbojky (Kr)
- ionizace nepolárních l.
- ionizace pouze analytu, neionizuje složky atmosféry
Separátory iontů
- kontinuální X pulzní
- ionty stejného náboje vstupují do separátoru iontů se stejnou kinet. energíí
- působením mag/elstat pole dochází k zakřivení trajektorie urychlených iontů a jejich separaci
Sektorové separátory
= na základě hodnoty el./mag. pole proletí do detektoru ionty o určitém poměru m/z
- omezení úhlové a energ. disperze iontů = zvýšení rozlišení
Kvadrupólové separátory
= ovlivnění trajektorie iontů působením stejnosměrného a vysokofrekvenčního střídavého napětí připojeného na čtyři kovové tyče (symetricky, sousední tyče mají opačnou polaritu)
Iontová past
= trojrozměrné kvadrupólové pole utvářené střídavým napětím vkládaným mezi dvě koncové a jednu prstencovou eltrodu
- ionty oscilují v elstat. poli, se změnou amplitudy vyletí k detektoru
Průletový separátor (TOF)
= separace iontů na základě různé rychlosti pohybu iontů o různém poměru m/z, měří se doba strávená pulzně generovanými ionty v letové trubici
- zvýšení rozlišení pomocí elstat. reflektoru
Cyklonový separátor
- vysoké rozlišení
= magnetická iontová past, kde ionty cirkulují v kruhových trajektoriích v závislosti na intenzitě mag. pole a velikosti elstat. pole - excitace RF pulzem
Orbitrap
= elektrostatický separátor
- ionty směřovány ve formě tenkého paprsku do elstat. pole středové eltrody
Detekce v MS
= přeměna energie dopadajících iontů na el. signál
Elektronový násobič (detekce)
= dopadem iontů na detekční materiál první eltrody dojde k emisi e-, jejichž počet odpovídá energii dopadajících iontů - uvolněné sekundární e- jsou elstat. polem urychleny a po dopadu na další eltrodu produkují další e-
Faradayův detektor
- detekce nabitých částic
= detekované ionty dopadají na kovové stěny a generují sekundární e- - jejich množství se měří jako el. proud - velikost el. proudu je úměrná celk. velikosti náboje přeneseného ionty
Spektrometrie pohyblivosti iontů (IMS)
= ionizace plynného analytu a separace vzniklých iontů v letové trubici, kterou v opačném směru proudí kolizní plyn a je zde generováno elstat. pole
- kolizemi s neutr. molekulami plynu se rychlost pohybu iontů směrem k detektrou snižuje = rovnoměrný pohyb iontů k detektoru
- pro detekci výbušnin, narkotik
- záchyt a detekce uvolněných plynných složek
