MS Flashcards
Wie kommt das Massenspektrum einer Verbindung zustande?
Das Massenspektrum einer Molekülverbindung kommt durch Ionisation der (neutralen) Moleküle und nachfolgender Bestimmung der Molekülmasse der beim Ionisationsprozess gebildeten primären Ionen und deren Zerfallsprodukten im Hochvakuum zustande.
Was ist ein prinzipieller Unterschied zwischen MS und den eigentlichen spektroskopischen Methoden (UV-, IR-, NMR-, ESR-Spektroskopie)?
Bei den eigentlichen spektroskopischen Methoden wird die Probe nicht verändert oder zerstört, d.h. man kann sie nach der Messung wieder zurückgewinnen (indirekter Nachweis). Es werden dabei Energiebeträge, die für die Übergänge zwischen verschiedenen Energieniveaus eines Moleküls erforderlich sind, gemessen.
Die Massenspektrometrie befaßt sich mit chemischen Zerfallsreaktionen der beim Ionisationsprozess entstandenen Molekül-Ionen.; d.h. die Probe bzw. der Teil, der Probe, der für die Untersuchung verwendet wird, ist nach der Untersuchung verloren.
Aufbau MS
- Probeneinlass (Normaldruck oder Vakuum)
- Ionenquelle (ab hier Vor- oder Hochvakuum)
- Massenanalyse/Ionen-Trennung
- Detektor, Ionen-Detektor
- Datenauswertung
Beziehung zwischen Druck und freie Weglänge der Ionen
je niedriger der Druck (Vakuum) desto länger die erreichte Weglänge der Ionen
Was ist der Basispeak?
stärkstes Signal, alle anderen werden in Relation hierzu dargestellt
Was ist das Molekülion?
einfach geladenes Molekül
Was ist der Molpeak?
Höchste Masse im Massenspektrum
Die übrigen Ionen sind daraus direkt oder mehrstufig gebildete Fragmentionen
→ Primär- und Sekundär-Fragmentionen
Welche Methoden zum Probeneinlass gibt es?
- Indirekte Probenzuführung
- Direkte Probenzuführung
- Desorption
- Spray-Techniken
Prinzip der verschiedenen Methoden zum Probeneinlass
Indirekte Probenzuführung
- Probe wird verdampt und über eine Kapillare in die Ionenquelle eingelassen
- best reproduzierbare Spektren
- Unterdruck erforderlich
- flüchtige Verbindungen
- hoher Probenaufwand (1000-100 µg)
Direkte Probenzuführung
- Probe wird beim Zusammenführen mit dem ionisierenden Elektronenstrahl verdampft
- verminderte Reproduzierbarkeit, thermische Zersetzung
- 1 µg - 1 ng
- hoher Dampfdruck
Desorption
- Proben werden auf Probenträgern in den Ionisationsraum geführt
- werden durch starke elektrische Felder oder Beschuss mit energiereichen Photonen, Ionen oder Neutralpartikeln in die Gasphase desorbiert
- DI-Methoden - (desorption ionisation) z.B. Matrix Assisted Laser Desorption/Ionisation,
MALDI
Spray-Techniken
- Bildung von elektrisch geladenen, feindispersen Tröpfchen (Aerosol) aus einer Probenlösung unter Normaldruck /oder mbar → (API - Atmospheric Pressure Ionization)
- Abzug vom Lösungsmittel, Anstieg der el. Feldstärke an der Oberfläche über einen kritischen Wert, Zerfall von mehrfach geladenen Ionen → zB ESI (Elektrospray-Ionisation)
Wie kann die Ionisation ausgelöst werden (physikalisch)?
- thermisch
- durch elektrische Felder
- Beschuss der Probe mit energiereichen Elektronen, (atomaren) Ionen oder Photonen, energiereichen neutralen Atomen, elektronisch angeregten Atomen, Cluster-Ionen, elektrostatisch aufgeladene Mikrotropfen
Welche Techniken zur Ionisierung werden meist bei GC-MS eingesetzt?
GC-MS: häufig Elektronenstoßionisation (EI) oder chemische Ionisation (CI)
Welche Techniken zur Ionisierung werden meist bei (HP)LC-MS eingesetzt?
LC-MS: vor Ionisierung muss das Lösungsmittel verdampft werden, oft Elektronensprayionisation (ESI) oder Atmospheric pressure chemical ionisation (APCI)
Nenne Möglichkeiten der Ionenerzeugung
APCI - atmospheric pressure chemical ionisation
API - atmospheric pressure ionisation
CI - chemical ionisation
EI - electron impact (Elektronenstoßionisation)
ESI - electrospray ionisation
FAB - fast atom bombardement
ICP - inductively coupled plasma
MALDI - matrix-assisted laser desorption ionisation
Wie funktioniert die Ionisation (grober Mechanismus)?
neutrale Spezies wird von einem energetischen Elektron getroffen, das mehrere Elektronenvolt (eV) kinetische Energie trägt
es kommt zu einem Ausstoß eines Elektrons aus der neutralen Spezies, wodurch es zu einem positiven Radikalion wird
M + e- → M(+°) + 2e-
es können auch doppelt oder dreifach geladene Ionen entstehen (hängt von Analyt und Energie der Primärelektronen ab)
Wie funktioniert die EI?
Elektronenstoßionisation (electron impact)
- harte Ionisationsmethode
- Beschuss der Moleküle bei 10^-5 bis 10^-6 mbar mit e- hoher kinetischer Energie
- bereits bei Ionisation radikalische Spaltung
- Fragmentierung in Ion und Radikal (M+° → A+ + B°)
- oder Umlagerungsfragmentierung (M+° → C+° + D)
- sehr schnell (schneller als Molekülschwingungen)
- Energie durch Elektronenbeschuss muss größer sein als die Ionisierungsenergie (größer als 7-15 eV)
- bei 70 eV liegt ein Plateu, hier ist die Ionenausbeute für die meisten Substanzen vergleichbar und optimal, die Ionenausbeute und Reproduzierbarkeit sind optimal
Was ist die Ionisierungsenergie?
die Energie, die benötigt wird, um ein in der Gasphase befindliches Atom oder Molekül zu ionisieren, dh um ein Elektron von einem Atom oder Molekül zu trennen
Probleme bei der EI
- oft kein Molpeak, da zu starke Fragmentierung → dann weiche Ionisationsmethode wählen (weniger eV): CI oder FI (Feldionisation)
- Probenzersetzung vor Verdampfung: bei schwer verdampfbaren Verbindungen wählen: → Feld-Desorption oder FAB
Wie funktioniert die CI?
- durch elektronenstoss wird zuerst ein hilfsgas ionisiert (zB Methan, Isobutan, Ammoniak, Wasser)
- Reagenzionen bilden dann weitere Ionen aus der Probe (durch Protonen-Anlagerung, Protonen-Abstraktion oder Elektronenübertragung)
- geringe Tendenz zur Bildung von Fragmentionen → sanfte Ionisierung
- Analyse negativer Ionen auch möglich (durch Elektroneneinfang: M + e- → M-)
Wie funktioniert APCI?
Atmospheric pressure chemical ionisation
Probe und Lösungsmittel werden durch eine beheizte Kapillare geleitet und verdampfen bei Atmosphärendruck. Die Kationisierung/Anionisierung findet in der Gasphase statt. Eine Metallnadel erzeugt Ionen aus den Luftmolekülen (durch Koronaentladung). Die Probenmoleküle reagieren bei Atmosphärendruck mit den ionisierten Lösungsmittelmolekülen, die Ladung wird auf den Analyten übertragen.
(Korona-Entladung ionisiert atmospherische Gase → Ladung wird auf Wasser übertragen → Ladung wird auf organisches Lösungsmittel übertragen → Ladung wird auf Analyten übertragen)
- effizient wegen hoher Stoßfrequenz bedingt durch hohen Druck
- es entstehen Molekülionen
- Stärke der Methode: mild <> ESI <> APCI <> EI <> stark
- Fragmentierungen möglich bei labilen Verbindungen
- geeignet für: un- bis mittelpolare Substanzen mit kleinem bis mittlerem MW
- wichtig für: Ionisierung von Tryglyceriden und Carotinoiden
Wie funktioniert ESI?
Elektrospray-Ionisation
Bei Atmosphärendruck wird eine Lösung des Analyten aus einer Kapillare in ein starkes elektrisches Feld gesprüht (Inertgasstrom von N2 unterstützt die Verneblung). Die Ionisierung findet durch die angelegte Spannung an der Kapillarspitze statt, es bildet sich ein Spray mit geladenen Tröpfchen (charged droplets). Durch Abzug des Lösungsmittels steigt die elektrische Feldstärke an der Oberfläche und der Analyt zerfällt zu Ionen. Die Methode hat sehr hohe Ionenbildungseffizienz.