Iontové zdroje II. Iontový zdroj. Data. Vzorek. Hmotnostní analyzátor. Zdroj vakua. Iontové zdroje pracující za sníženého tlaku

MC230P43 Hmotnostní detekce v separačních metodách, 2015

Iontové zdroje II. Iontové zdroje pracující za sníženého tlaku Elektronová/chemická ionizace Iontové zdroje pro spojení s planárními separacemi Ionizace za spoluúčasti matrice Ambientní ionizační techniky Další typy iontových zdrojů Indukčně vázaná plasma


Iontový zdroj

Vzorek

Iontový zdroj

Data

Hmotnostní analyzátor

Detektor

Zdroj vakua


Iontové zdroje pracující za sníženého tlaku EI, CI, PBI

www.chromacademy.com


Elektronová a chemická ionizace, EI a CI

vlákno EI zdroje (filament)

V EI módu molekuly interagují s elektrony (energie 70 eV) emitovanými ze žhaveného wolframového vlákna. Vznikají radikál-kationty (M•+), přebytek energie vede k jejich rozsáhlé fragmentaci. V CI módu je do ionového zdroje zaváděn reakční plyn, který interaguje s elektrony emitovanými z filamentu. Vzniká reaktivní plasma, která ionizuje analyt přenosem protonu ([M+H]+). Fragmentace je silně potlačena.


Elektronová a chemická ionizace, EI a CI EI:

M + e- -> M+• + 2e-

Ionizační energie IE: minimální množství energie, které musí být absorbováno neutrální molekulou aby došlo k ionizaci odstraněním elektronu. IE pro většinu molekul je v rozmezí 7-15 eV. Nejvyšší účinnost ionizace je kolem 70 eV. CI:

M + [BH]+ -> [M+H]+ + B

Protonová afinita PA: změna enthalpie spojená s protonizací (PA = -Hr0). Protonizace (chemická ionizace) proběhne pouze pokud je reakce exotermní. Používané reakční plyny: methan, isobutan, amoniak. CH4 CI: chemická ionizace s methanem – tvorba reaktivních částic (např. CH5+) CH4 + e- -> CH4+•, CH3+•, CH2+•, CH+•, C+•, H2+•, H+ CH4+• + CH4 -> CH5+ + CH3•


Spektra EI a CI

methionin

EI

CI


Knihovny EI spekter NIST/EPA/NIH Mass Spectral Library

Wiley Registry of Mass Spectral Data

276 248 EI spekter (70 eV) 234 284 MS/MS spekter, retenční indexy látek strukturní vzorce

719 000 spectra EI spekter (70 eV) strukturní vzorce


Elektronová & chemická ionizace

EI/CI iontový zdroj VG – ZAB EQ


Elektronová & chemická ionizace

EI/CI iontový zdroj Agilent - MSD


Elektronová a chemická ionizace, EI, CI EI/CI je zdroj používaný pro GC/MS. Klasický způsob ionizace v organické MS.

 poskytuje spektra, která jsou informačně obsažná, lze je interpretovat, prohledávat v databázích, dobrá kompatibilita s analyty vhodnými pro GC, vysoká citlivost, univerzální detekce  EI – někdy nelze určit ze spektra molekulovou hmotnost, CI – vyžaduje optimalizaci (výběr reakčního plynu a jeho tlaku)

Využití: pro všechny analyty, které lze analyzovat pomocí GC


Elektronová a chemická ionizace, aplikace Př. identifikace organických látek v dechu kuřáka a nekuřáka metodou GC/Q-MS SPME 15 min, GC/MS, identifikace dle spekter, porovnání s knihovnou

Nekuřák: ethanol, acetone, isoprene, carbon disulfide, 2- and 3-methylpentane, benzene, methylcyclopentane, hexane, toluene

Kuřák- látky navíc: acetonitrile, furan, 3-methylfuran, 2,5-dimethylfuran, 2-butanone, octane, decane

DOI 10.1002/bmc.1141


Elektronová a chemická ionizace, aplikace Př. Stanovení polycyklických aromatických uhlovodíků v odpadních vodách metodou GC/QqQMS/MS; SPE

LODs < 0.1g/L

Chromatogram směsi standardů DOI 10.1016/j.aca.2011.03.010


Studená elektronová ionizace

Elektronová ionizace molekul, které jsou vibračně „ochlazené“ supersonickou expanzí nosného plynu do vakua. Mobilní fáze z GC kolony je spolu s pomocným (make-up) plynem zavedena do trysky směřující do čerpaného prostoru (vakua). Dojde k expanzi plynu, při které se molekuly „ochladí“ (zamrznou v určitém vibračním módu). Následuje ionizace elektrony ze žhaveného vlákna (filamentu). Výhody: vysoká intenzita molekulového píku rozdíly ve spektrech izomerů nižší šum, omezení chvostování píků způsobené zdrojem



http://www.avivanalytical.com/



http://www.avivanalytical.com/


Přímé spojení nanoLC/EI-MS Mobilní fáze (300-500 nL/min) se zavádí přímo do iontového zdroje. Ve vysokém vakuu se tvoří aerosol dochází k rychlému odpaření rozpouštědla. Ve zdroji je vysoká teplota 300-400 °C nutná ke kompenzaci výparného tepla. K ionizaci dochází v plynné fázi mechanismem EI (nedochází k CI).

Vlastnosti - univerzální detektor pro malé molekuly - EI spektra (možnost porovnání s knihovnami) - ng citlivost v plném skenu (pg v SIM) Komerčně nedostupný

A. Cappiello et al., http://en.wikipedia.org/


Iontové zdroje pro spojení s planárními separacemi MALDI, DESI, DAPPI, DART

MC230P43 MC230P43 Vysokoúčinná Hmotnostní kapalinová detekce chromatografie v separačních s hmotnostní metodách, detekcí, 2015 2007/2008

Spojení planárních separačních technik s MS Planární separační techniky – jednoduché a rychlé chromatografické metody v plošném uspořádání Tenkovrstvá chromatografie (TLC) Separace na deskách (sklo, kov, plast) s tenkou vrstvou sorbentu. Adsorpční nebo rozdělovací chromatografie. - vysokoúčinná tenkovrstvá chromatografie (HPTLC) využívá stacionární fáze o malé a jednotné velikosti částic (vysoká separační účinnost), instrumentaci pro automatické dávkování Papírová chromatografie (PC) Separace na speciálních filtračních papírech Rozdělovací chromatografie (stacionární fáze kapalina zachycená v papíru) - starší, málo používaná metoda

je


Spojení planárních separačních technik s MS Spojení planárních technik s MS: - nejprve se látky separují pomocí TLC (PC výjimečně), následuje MS analýza desky či papíru po odpaření rozpouštědla - využívají se iontové zdroje umožňující desorpci analytů z povrchu: MALDI, DESI, DAPPI a další ambientní techniky - skenování povrchu, záznam signálu v ose desky, případně z celé plochy

DOI: 10.1039/C3MD00235G


Ionizace za spoluúčasti matrice - MALDI Karas, M.; Bachmann, D.; Bahr, U.; Hillenkamp, F. Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc. 1987, 78, 53-68. Tanaka, K.; Waki, H.; Ido, Y.; Akita, S.; Yoshida, Y.; Yoshida, T. Rapid Comm. Mass Spectrom. 1988, 2, 151 - 153.

MALDI se používá v off-line uspořádání. Eluát je na desce smísen s matricí a po odpaření rozpouštědla je vnesen do zdroje pro MALDI. Laserový puls dodává energii k desorpci a ionizaci matrice (absorbuje při vlnové délce laseru, je přítomna v nadbytku). Matrice následně ionizuje analyt, nejčastěji přenosem protonu.


Ionizace za spoluúčasti matrice - MALDI  analýza analytů s velkou hmotností, citlivost, jednoduchá spektra, možnost archivace vzorku  off-line uspořádání, matriční ionty ve spektru, obtížná kvantifikace MALDI je vhodná pro: peptidy, proteiny, oligonukleotidy, lipidy, polymery. Obecně pro látky s vysokou mol. hmotností.

infračervené

lasery () ultrafialové

Funkce matrice: absorpce energie laseru, “zředění” analytu, izolace molekul, přenos energie, ionizace

Ionty ve spektrech: [M+H]+, [M-H]-, adukty s alkalickými kovy


Ionizace za spoluúčasti matrice - MALDI Běžné matrice pro UV MALDI

kyselina -kyano-4-hydroxyskořicová peptidy

kyselina sinapová peptidy

kyselina 2,5-dihydroxybenzoová obecné použití, lipidy, proteiny, peptidy

kyselina 3-hydroxypikolinová nukleové kyseliny

dithranol syntetické polymery


Ionizace za spoluúčasti matrice - MALDI homogenní, tenká vrstva depositu

nehomogenní vrstva depositu

Způsob přípravy vzorku pro MALDI (typ a koncentrace matrice, rozpouštědlo, způsob míchání atd.) má zcela zásadní vliv na kvalitu spekter.


Ionizace za spoluúčasti matrice - MALDI Metody nanášení vzorku

depozice

jednotlivé frakce spojitá stopa

Nanášení spojité stopy + vysoké chromatografické rozlišení - komerčně není dostupný Sběr frakcí na MALDI terč + komerčně dostupný - nízké chromatografické rozlišení


Ionizace za spoluúčasti matrice - MALDI

Bruker Biflex MALDI zdroj

IonSpec MALDI zdroj


Ionizace za spoluúčasti matrice - MALDI Příklad: Analýza produktů syntézy polyamidu 6.6

Reakční produkty byly separovány na koloně (SEC, RP-HPLC), jednotlivé frakce byly analyzovány pomocí MALDI. Rozsah spektra do 30 kDa. Weidnera et al. Int. J. Mass Spectrom. 238, 2004, 235.


TLC - MALDI

MALDI lze s výhodou kombinovat s TLC TLC deska se nechá vyschnout, pokryje se vhodnou matricí (sprejováním) a umístí se pomocí adaptéru na MALDI desku.

Změří se MALDI spektra z vybraných bodů, případně se v režimu „MALDI imaging“ sejmou spektra z celé desky (časově náročné)


Ambientní ionizace přímá ionizace z povrchu analyzovaných objektů bez nutnosti extrakce analytů Výhody: - jednoduchost analýzy (odpadá složitá úprava vzorků) - vysoká propustnost vzorků - široká aplikační oblast (analýza výbušnin, léčiv, lipidů, metabolitů, peptidů a proteinů, forenzní analýza, analýza potravin, sledování chemický reakcí apod.) - možnost zobrazování distribuce látek na povrchu objektů - kombinace s planárními separačními technikami (TLC)


DESI – Desorpční ionizace elektrosprejem

Proud pozitivně nebo nagativně nabitých kapiček vytvořený elektrosprejem je pod daným úhlem nasměrován na zkoumaný povrch. Ionty jsou tvořeny obdobně jako v ESI, vznikají [M+H]+, [M+Na]+, [M-H]-, [M+Cl]- apod. Účinnost ionizace ovlivňuje geometrické uspořádání (sprejovací úhel), typ a průtok rozpouštědla (typicky MeOH nebo MeOH/H2O), vlastnosti povrchu.


DAPPI – Desorpční fotoionizace za atmosférického tlaku

Vyhřívaný aerosol tvořený rozpouštědlem a nebulizačním plynem je nasměrován na zkoumaný povrch. Dojde k desorpci analytů, které jsou následně v plynné fázi fotoionizovány UV výbojkou. Obdobně lze ionizovat pomocí koronového výboje na jehle (DAPCI).


DART – Direct Analysis in Real Time

Doutnavý výboj ve zdroji vytvoří plazmu, ze které jsou odstraněny nabité částice. Zbylé neutrální částice jsou v excitovaném stavu (metastabilní částice N*) a ionizují buď přímo analyt za tvorby radikál kationtu (“Penningova ionizace”), nebo vodu, která přenese proton na analyt -> tvorba [M+H]+. Tvorba radikál-kationtu: N* + M → M+• + e- + N

Tvorba protonovaných molekul: N* + nH2O → [(H2O)n-1 + H]+ + OH• + N [(H2O)n-1 + H]+ + M → [M+H]+ + nH2O


Ambientní ionizace pro detekci v TLC TLC/DESI-MS

doi:10.1016/j.chroma.2011.01.077

TLC/DART-MS

Př. Charakterizace sfingolipidů v oční čočce metodou TLC/DESI-MS

doi:10.1016/j.bbalip.2014.05.006


Další typy iontových zdrojů ICP


Indukčně vázaná plasma - ICP

Vzorek je zmlžen, vzniklý aerosol je po smíchání s argonem přiveden do plasmového hořáku. Horká plazma desolvatuje, atomizuje a ionizuje vzorek. Ionty jsou extrahovány z plazmy pomocí chlazených skimmerů a vedeny iontovou optikou do analyzátoru. Většina prvků poskytuje za podmínek ICP jednou nabité ionty.


Indukčně vázaná plasma - ICP Zdroj pro ultrastopová prvkovou analýzu. Umožňuje analyzovat téměř všechny prvky od lithia po uran s vysokou citlivostí. Aplikace: Kontrola kvality potravin, pitné vody, léčiv, biologie a medicína, geologie LC aplikace – analýza metaloproteinů, organokovů, iontověvýměnná chromatografie anorganických iontů Vysoké množství solí vede ke kontaminaci (zanášení) zdroje a k matričním efektům ovlivňujícím signál (salinita mořské vody je ~40 g/l, krevní plasmy nebo krve ~25 g/l). Řeší se naředěním.





Příklad: Analýza sloučenin obsahujících arzen v pitné vodě

Tetsushi Sakai: Agilent 5980-0262E (2003)

Iontové zdroje II. Iontový zdroj. Data. Vzorek. Hmotnostní analyzátor. Zdroj vakua. Iontové zdroje pracující za sníženého tlaku

Recommend Documents