ministerie van verkeer en waterstaat
rijkswaterstaat riza rijksinstituut voor integraal zoetwaterbeheer en afvalwaterbehandeling tel. 03200-70411, fax. 03200-49218 doorkiesnummer 620
Massaspectrometrisch onderzoek van trifenyltin verbindingen.
Werkdocument 95.126X auteur(s) C . J . H . Miermans datum 13 September 1995
Analyse v a n trifenyltin-verbindingen i n oppervlaktewater en sediment, m . b . v . massaspectrometrie
Rijksinstituut voor Integraal Zoetwaterbeheer en Afvalwaterbehandeling Documentatie Postbus 17 8200 AA Lelysad
C. J . H. Miermans AWOS Afstudeeropdracht Universiteit van Amsterdam Instituut voor Massaspectrometrie Begeleiders: R.H. Fokkens en Prof. Dr. N.M.M.Nibbering Stageperiode : 26 September 1994 - 4 april 1995
B.
De inhoud van dit werkdocument hoeft niet noodzakelijkerwijs visie van het Ministerie van Verkeer en Waterstaat.
in overeenstemming
te zijn met de
Voorwoord In samenspraak met het R I Z A te Lelystad, is het onderwerp over de trifenyltin verbindingen gekozen. Dit afstudeeronderwerp is in het kader van de doctoraalstudie aan de Universiteit van Amsterdam uitgevoerd. Voor een eenduidige identificatie van de trifenyltin-verbindingen in het milieu, is massaspectrometrie onontbeerlijk. Om de derivatiseringsstap voor de tin verbindingen te vermijden, zijn ze met verschillende ionisatie technieken bestudeerd. Daarom kon het onderzoek het beste worden uitgevoerd bij het Instituut voor Massaspectrometrie. Bij het tot stand komen van dit verslag, wilde ik toch verschillende mensen bedanken voor hun hulp. In de eerste plaats Nico Nibbering en Roel Fokkens voor hun goede en enthousiaste begeleiding van mijn stage. Tijdens deze periode heb ik zeer veel fundamentele kennis opgedaan op het gebied van de massaspectrometrie, die ik goed kan toepassen in mijn werk. Han Peeters voor de hulp met de JEOL massaspectrometer en alle andere medewerkers van het IMS voor hun prettige samenwerking. Taasje Mahabiersing en Maxim Aarnts van de anorganische vakgroep, voor de hulp bij de synthese van de gedeutereerde tin verbinding en de NMR-spectra. Jaap Baarsma van het RIZA wilde ik bedanken voor al het regelwerk voor wat betreft mijn stage. Luc van der Velde voor de uitstekende opvang van mijn werkzaamheden. Walter van Charldorp voor de op werking van de sediment en water monsters. Bas van Kleef voor het opnemen van de IRspectra. Paul Kienhuis, Piet van Duyn en Hein Barreveld voor de overige hulp. Tenslotte wil ik mijn vrouw Jenny bedanken voor de zeer positieve ondersteuning van mijn studie, gedurende de afgelopen vier jaar.
Samenvatting Organotin-verbindingen vormen een aanzienlijke bedreiging voor ons milieu. Ze worden toegepast als schimmelwerende middelen in de landbouw en als algengroeiwerende middelen in verven voor scheepsrompen. De bedoeling is om de vier, in het milieu toegepaste, trifenyltin-verbindingen massaspectrometrisch van elkaar te onderscheiden. Daarvoor moet een geschikte ionisatie techniek gevonden worden. De tin-verbindingen zijn met de technieken EI, C I , F A B , F D , FI en M S / M S bestudeerd. Een belangrijk aspect is dat het molecuul- of quasi-molecuulion in het massaspectrum de meest intense piek moet zijn. Met F D werd dit streven het beste behaald. Toch is met CI naar het meest optimale ionisatiegas gezocht, omdat deze techniek, naast EI en M S / M S alleen bij het R I Z A mogelijk is. EI is al moeilijker, omdat deze ionisatie techniek veel fragmentatie en minder informatie over het molecuul-ion geeft. Bij het R I Z A zijn monsters sediment en oppervlaktewater opgewerkt en bij de U v A gemeten. In de monsters zijn geen trifenyltin verbindingen aangetoond. Voor een eventuele bepaling van het tin gehalte en om het opwerkingsproces van de monsters te kunnen volgen, is een interne standaard gesynthetiseerd. De keuze is gevallen op gedeutereerd trifenyltinchloride. Tenslotte is een globale indicatie van de detectiegrenzen voor de trifenyltinverbindingen gegeven. +
Inhoudsopgave §
bladzijde
1
Inleiding
1
1.1 1.2 1.3 1.4
Stageopdracht Achtergrond van het onderzoek Doelstelling van het onderzoek De vier te onderzoeken trifenyltin-verbindingen.
1 1 2 3
2
Theoretische achtergronden
5
2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6 2.1.7 2.2 2.2.1 2.2.2
Electron Impact (EI) Chemische ionisatie Fast Atom Bombardment Velddesorptie (Field Desorption) Veld ionisatie (Field Ionization). Thermospray M S . Electrospray M S . Massa analysatoren Sector massaspectrometer met BE-geometrie Quadrupole massaspectrometer
5 6 7 8 9 9 10 11 11 13
3
Gebruikte scan technieken.
15
3.1 3.2 3.2.1 3.2.2
Positieve en negatieve ionen MS/MS M S / M S m.b.v.sector massaspectrometers. M S / M S m.b.v.de Triple quadrupole massaspectrometer (triple-quad).
15 16 16 17
4
Gebruikte massaspectrometers.
18
4.1 4.2 4.3 4.4
Fisons Z A B - H F q Q hybride massaspectrometer. J E O L JMS 102/102A 4-sector massaspectrometer. Finnigan TSQ 700 Triple quadrupole massaspectrometer. Fisons Platform Quadrupool massaspectrometer.
18 18 19 19
5
Resultaten
20
5.1 5.2 5.3
E I , F D en F A B spectra van de 4 modelverbindingen 20 eV EI spectra van TPTAc en T P T O H . FD -metingen van mengsels trifenyltin verbindingen met de JEOL. C I spectra van de 4 modelverbindigen met verschillende "reactant gassen". F I A electrospray spectra F I A thermospray spectra van T P T A c , TTPC1, T P T F en T P T O H .
5.4 5.5 5.6
+
+
+
+
+
20 21 22 23 24 24
5.7 5.8 5.9 5.10 5.11
L C - M S thermospray met een mengsel van de 4 modelverbindingen. Synthese gedeutereerd trifenyltinchloride M S / M S spectra van de vier model verbindingen Opwerking oppervlaktewater- en bodemslibmonsters. Monster oppervlaktewater met standaard additie van de 4 trifenyltin verbindingen.
24 25 25 26 28
6
Detectiegrenzen
30
7
Conclusies en aanbevelingen
32
8
Referenties
33
Bijlagen Bijlage Bijlage Bijlage Bijlage Bijlage Bijlage Bijlage
1 2 3 4 5 6 7
Bijlage 8 Bijlage 9 Bijlage 10 Bijlage 11 Bijlage Bijlage Bijlage Bijlage Bijlage
12 13 14 15 16
Bijlage 17 Bijlage 18 Bijlage 19 Bijlage 20 Bijlage 21 Bijlage 22 Bijlage 23 Bijlage 24
Belangrijkste fragmenten van de trifenyltin-verbindingen. E I , F D en F A B spectra van TPTAc. E I , F D en F A B spectra van TPTC1. E I , F D en F A B spectra van TPTF. E I , F D en F A B spectra van T P T O H . 20 eV E I spectra van T P T A c en T P T O H . E I spectrum van T P T O H PEG-1500 en E I spectrum van bis(trifenyltin)oxide. FD -spectra van een mengsel TPTC1, TPTAc en T P T O H , opgenomen met de J E O L . C I , spectra van TPTAc, met isobutaan, ammoniak en dimethyl ether als Cl-gas. C I , spectra van TPTC1, met isobutaan, ammoniak en dimethyl ether als Cl-gas. C I , spectra van TPTF, met isobutaan, ammoniak en dimethyl ether als Cl-gas. C I , spectrum van T P T O H , met isobutaan als Cl-gas. FIA electrospray spectra van TPTAc, TPTC1 en TPTF. FIA electrospray spectra van T P T O H en bis(trifenyltin)oxide. FIA thermospray spectra van TPTAc, TTPC1, TPTF en T P T O H . L C - M S thermospray chromatogram en spectra van mengsel TPTAc, TTPC1, T P T F en T P T O H . F D en EI spectrum van gedeutereerd TPTC1. Verschillende M S / M S spectra van TPTF. B / E m/z 370 E I , F D en B / E m/z 293. TSQ M S / M S spectra van TPTC1 (parent 387), bij een collision offset van -6, -15 en -25 volt. TSQ M S / M S spectra TPTF met de keuze van 371 en 369 als parent, bij een collision offset van -6 volt. TSQ M S / M S spectra van TPTAc (parent 411) en van gedeutereerd TPTC1 (parent 402), bij een collision offset van -6 volt. Dichloormethaan eluaat van monster sediment. Voor en na opzuivering met aluminiumoxide. F D spectrum en M S / M S spectra voor het bewijs van afwezigheid van TPTAc in het monster. E I spectrum en M S / M S spectra voor het bewijs van afwezigheid van TPTC1 in het monster. F D spectrum van monster met standaard additie trifenyltin-verbindingen. M S / M S spectrum: B / E m/z 351. TSQ procedure. +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Bijlage 25
+
Bijlage 26
2
+
2
1
Inleiding
1.1
Stageopdracht In het kader van mijn afstudeerstage Massaspectrometrie aan de Universiteit van Amsterdam is vanuit het RIZA het onderwerp trifenyltin-verbindingen in oppervlaktewater en sediment (onderwaterbodem, bodemslib) voorgesteld. Het project is in eerste instantie in Amsterdam opgezet. Tegen het einde van de stage is bij het RIZA te Lelystad bekeken, in hoeverre de ontwikkelde methode te implementeren is op de aldaar beschikbare MS-apparatuur.
1.2
Achtergrond van het onderzoek Trifenyltin verbindingen vormen voor de Nederlandse binnenwateren een aanzienlijk probleem. Dit blijkt uit de grenswaarden, die in de Derde Nota Waterhuishouding van het Ministerie van Verkeer & Waterstaat ' , zijn geformuleerd, te weten: 1 1
Organotin-verbindingen
water
sediment
trifenyltin-verbindingen tributyltin-verbindingen
0.01 ^g/1 0.01 ^g/1
1.0jug/kg 1.5^g/kg
Het is echter niet duidelijk of deze grenswaarden uitgedrukt zijn als tin, het organotin cluster of de individuele organotin-verbindingen . In 1989 is de Derde Nota Waterhuishouding aan de tweede kamer ter beschikking gesteld. De Nota beschrijft het landelijke integrale waterbeheer voor de periode 1990-1994, met een doorkijk naar de verdere toekomst. De belangrijkste kenmerken hiervan zijn de ruimere aandacht voor de samenhang binnen het waterbeheer en voor de samenhang en het samenspel met andere beleidsterreinen . Hiermee wordt bedoeld de relaties tussen het waterbeheer en andere beleidsterreinen, zoals milieubeheer, ruimtelijke ordening en natuurbeheer. De hoofdlijnen van het beleid voor de landelijke waterhuishouding zijn in deze nota aangegeven. De status is gelijk aan die van het Nationaal Milieubeleidsplan en het Natuurbeleidsplan. Het waterkwaliteitsbeleid wordt eveneens in deze nota weergegeven. Met betrekking tot organische microverontreinigingen (waar trifenyltin-verbindingen onder vallen) is het einddoel, de emissie naar grond- en oppervlaktewater te verminderen tot circa 90 %. Voor de meting en toetsing van wateren waterbodemkwaliteit, wordt in de Derde Nota Waterhuishouding onderscheid gemaakt tussen verbindingen vermeld in de M-lijst en verbindingen vermeld in de I-lijst. Voor verbindingen vermeld in de M-lijst is regelmatige meting noodzakelijk. Voor verbindingen vermeld in de I-lijst wordt in beginsel een incidentele inventarisatie voorgesteld. Voor een aantal van deze verbindingen wordt de ontwikkeling van analysemethoden aanbevolen. Tot de I-lijst behoren de trifenyltin-verbindingen. De trifenyltin-verbindingen zijn middelen tegen rotting door bacterien, schimmels, algen en schaaldieren. 121
[1]
1
De verbindingen blijken in het bijzonder werkzaam te zijn als schimmeldodend middel (fungiciden). Op grote schaal worden ze daarom toegepast als gewasbeschermingsmiddel. In combinatie met tributyltin-verbindingen worden ze in aangroeiwerende verven (antifouling-verven) toegepast. In het oppervlaktewater kunnen daarom hoge concentraties voorkomen. Vooral in het buitenland kwam men tot de ontdekking, dat ze toxisch zijn voor een aantal organismen . Op grond van deze ervaringen heeft men per 1 januari 1990 besloten, om het gebruik van organotin bevattende aangroeiwerende verven in Nederland te verbieden, voor schepen kleiner dan 25 meter. In de Derde Nota Waterhuishouding staat zelfs vermeld, dat een totaalverbod op het gebruik van organotin als antifouling in de scheepvaart moet worden gestimuleerd. 131
1.3
Doelstelling van het onderzoek Het doel van het onderzoek is het gedrag van de trifenyltin-verbindingen met verschillende massaspectrometrische ionisatietechnieken (EI, CI, F D , F A B en M S / M S ) te bestuderen en van elkaar te onderscheiden. O.a. dient hierbij naar de matrixgevoeligheid gekeken te worden. In eerste instantie dient er een kwalitatieve bepalingsmethode opgezet te worden. Op dit moment zijn er goede bepalingsmethoden, waarbij alleen het trifenyltin cluster bepaald wordt. Volgens de europese richtlijnen moet er echter een bepalingsmethode voor elke individuele component aanwezig zijn . Het blijkt dat de fenyltin verbindingen bij hoge temperaturen ontleden en kunnen alleen na derivatiseren d.m.v. gaschromatograf ie bepaald worden. Om deze reden en om de derivatiseringsstap te vermijden is het interessant om te onderzoeken of de verbindingen met verschillende massaspectrometrische ionisatietechnieken geanalyseerd kunnen worden. Het R I Z A wil een beeld krijgen van welke trifenyltin-verbindingen in het oppervlaktewater en onderwaterbodem voorkomen. Enkele beweringen in de literatuur zijn: Speciatie: In verschillende literatuurverwijzingen staan vermeld, dat b.v. trifenyltinacetaat wordt omgezet in trifenyltinhydroxide (aangetoond d.m.v. C-labelling) - . Trifenyltinchloride hecht zich sterk aan sediment . Verspreiding d.m.v. lucht- en/of watertransport . De trifenyltin-verbindingen hebben een halfwaarde tijd van 200 dagen (omzetting van trifenyltin naar difenyltin). Maar vlak voor de jaarlijkse sproeitijd worden er nog steeds trifenyltin verbindingen aangetroffen in het bodemslib . Kortom er wordt veel beweerd, maar een duidelijk bewijs van welke trifenyltin-verbindingen in het milieu voorkomen, is er niet. [4]
14
[35
61
131
[3]
[3]
2
1.4
De vier te onderzoeken trifenyltin-verbindingen. [7]
Naar aanleiding van de nota trifenyltin-verbindingen van het R I Z A , is er een keuze gemaakt welke onderzocht dienen te worden: De 4 onderzochte trifenyltin-verbindingen
Molecuulmassa
afkorting
CAS-nummer
410
TPTAc
900-95-8
368
TPTOH
76-87-9
386
TPTC1
639-58-7
370
TPTF
379-52-2
Afbeelding 1 trifenyltinacetaat
Afbeelding 2 trifenyltinhydroxide
Afbeelding 3 trifenyltinchloride
o
6 Afbeelding 4 trifenyltinfluoride
116
118
Aan de hand van de belangrijkste isotopen van het tin atoom ( Sn : S n 3
120
Sn = 2 : 3 : 4 ) zijn tinfragmenten eenvoudig te identificeren. In de natuur komen ook de andere isotopen, namelijk " S n t/m Sn, voor. De binding tussen tin en de organische substituenten is in hoofdzaak covalent. De bindingen Sn-Cl en Sn-F hebben wel een meer polair karakter. Vooral bij Sn-F zit er een 6 op de Sn en een 6" op de F . Uit berekeningen is geconcludeerd, dat de R Sn een positief inductief effect (+1) heeft. In de literatuur zijn de volgende bindingssterktes gevonden' : Sn-C H 255 KJ/mol Sn-0 532 KJ/mol Sn-Cl 414 KJ/mol Sn-F 467 KJ/mol De struktuur van de trifenyltin verbindingen is tetraedrisch, waarbij de hoeken niet perfect zijn. Uit de bindingssterktes kan geconcludeerd worden, dat de tin-fenyl binding de zwakste is. De stabiliteit van de drie andere tin bindingen wordt veroorzaakt door donatie van de vrije p-electronen aan de lege dorbitals van tin. Het blijkt dat de halogeniden de vrije p-electronen aan de 5dorbitals doneren. Doordat tin een lage ionisatie energie (7.34 e V ) heeft, zal de lading in hoofdzaak op het fragment dat tin bevat, gaan zitten. Van de vier onderzochte trifenyltin verbindingen is in de literatuur alleen van TPTC1 de ionisatie potentiaal bekend, te weten 9.29 e V . Van trifenyltinhydride (niet onderzocht) is ook een ionisatie potentiaal bekend nl. 9.11 eV. Uit deze twee waarden mag misschien geconcludeerd worden, dat de ionisatie potentiaal van de andere drie trifenyltin verbindingen in de buurt van 9.1 eV liggen. 2
124
+
[8]
3
91
6
5
[10]
[ U ]
4
2
Theoretische achtergronden
2.1.1
Electron Impact (EI) Deze methode wordt het meest toegepast in de dampfase bij een druk van 10" Pa met behulp van 70 eV electronen. Deze laatst genoemden worden verkregen door emissie uit een wolfraam of rhenium gloeidraad en versnelling met behulp van een potentiaalverschil van bijvoorbeeld 70 eV tussen de gloeidraad en de ionisatiekamer, waarin ze via een kleine opening binnentreden. De electronen worden loodrecht op de bewegingsrichting van de moleculen "beschoten", waarna ionisatie plaatsvindt in 10" seconden met een rendement van ± 0.1 - 1 pro mille. 4
16
M
+
e
-»
+
M - +
2e
Zodra de molecuulionen zijn gevormd, worden ze de ionisatiekamer in gedreven. De verblijftijd in de ionisatiekamer is ± 1 jusec, waarbij de ionen een gemiddelde inwendige energie van 3 - 5 e V , tijdens het ionisatieproces hebben gekregen (zie figuur 1). Deze energie is voldoende om ze via unimoleculaire ontledingen uiteen te laten vallen in ionen met een lagere massa, onder vorming van radicalen of neutrale moleculen. Met electronen-energie van boven de 50 eV zullen moleculen op een goede reproduceerbare manier ontleden . Met reproduceerbaar wordt bedoeld, dat een molecuul X opgenomen met een sector massaspectrometer, vrijwel hetzelfde spectrum geeft als [12]
1131
Figuur 1:
Electron Impact ionisatie (EI)
A 70 eV electronen bundel Wolfraam- of Rhenium gloeidraad
gevormde ionen van monster ionisatiekamer
©© © ©© ©
o o o o
1+4+4+1+4 inlaat" monster +
positieve spanning repeller
5
electronen ontvanger
opgenomen met een quadrupool massaspectrometer. Vandaar dat er commercieel EI massaspectra bibliotheken te verkrijgen zijn. Echter voor een eenduidige identificatie van een onbekende verbinding in een monster moet altijd dezelfde stof in zuivere vorm, onder dezelfde omstandigheden en hetzelfde instrument en vlak achter elkaar bepaald worden . In hoofdzaak wordt 70 eV als electronen energie gebruikt. Afhankelijk van het type molecuul geeft electron impact i.h.a. veel fragmentatie en in mindere mate molecuulion informatie. Poly aromatische koolwaterstoffen (naftaleen, fenantreen, etc) geven altijd het molecuulion als basis piek. Bij aromaten wordt de intensiteit van deze piek al minder, terwijl bij alkanen het molecuulion niet meer waarneembaar is" . In de loop van het verslag zal duidelijk worden dat de trifenyltin-verbindingen ook veel fragmentatie geven. 1141
31
2.1.2
Chemische ionisatie Bij chemische ionisatie vindt vorming van ionen uit te onderzoeken verbindingen plaats door middel van ion/molecuul reacties. Er wordt dan gebruik gemaakt van een reactant gas. Dit gas wordt in de ionisatiekamer gebracht, bij een druk die kan oplopen tot ca. 8 torr (TSQ/SSQ quadrupool). Bij positieve chemische ionisatie (PCI) berust het principe voornamelijk op protonoverdracht tussen primair gevormde ionen en de substraat moleculen. De primair gevormde ionen met bijvoorbeeld methaan vinden als volgt plaats: +
CH
4
CH
3
CH
2
+
+
C H 2
+ 3
+
+
C H -»
CH
+
C H •*
C H
+
C H •*
C H
+
C H •*
C H
4
4
4
4
5
2
2
+ S
+ 3
3
+ 5
+
CH .
+
H
2
+
H
2
+
H,
3
+
H.
De ionen, die hierbij gevormd worden, kunnen exotherme protonenoverdrachtsreacties naar neutralen uitvoeren" . Afhankelijk van de protonen affiniteit van substraat en de gevormde ionen, kan de volgende reactie plaatsvinden: 51
MH
+
CH
+ 5
•*
MH
+ 2
+
CH
+
+
4
Afhankelijk van de druk zal C H en/of C H ontstaan. In positieve chemische ionisatie worden de volgende reactant gassen het meest gebruikt: 5
2
6
5
Gas
CH
ion
PA (in Kcal/mol) +
CH C H H 0 t-C H H (CH OCH ), H (NH )
4
129 160 165 195 190 207
5
+
2
H 0 i-C H
+
2
4
3
+
10
4
CH3OCH3 NH
5
9
+
3
3
o f 2
+
3
3
n
Naarmate de protonaffiniteit in de rij toeneemt, neemt de zuursterkte van het ion af. Iedere component in de rij kan door het ion van een component met lagere protonaffiniteit worden gei'oniseerd. Door de lage protonaffiniteit van het C H ion kan een molecuul met een hoge protonaffiniteit toch in vele brokstukken uiteenvallen (trifenyltin verbindingen bijvoorbeeld). +
5
Met b.v. methaan en lachgas bestaat ook de mogelijkheid om met negatieve chemische ionisatie (NCI) te analyseren. In sommige gevallen is dat selectiever dan PCI. Als reactant ion wordt daarbij het OH" ion gebruikt om protonen van de te analyseren moleculen te abstraheren: N 0
+
e
O
+
C H •*
OH +
CH
M
+
OH
(M-H)
+
2
-+ 4
O-
+
N
2
3
H 0 2
Chemische ionisatie isi.h.a.een "zachte" ionisatie methode, waarbij het quasimolecuulion ( M H of (M-H)") de meest intense piek in het spectrum is. +
2
2.1.3
Fast Atom Bombardment Het te analyseren monster wordt in een niet vluchtige matrix gebracht, b.v. glycerol, thioglycerol of nitrobenzylalcohol. Een druppeltje van deze oplossing wordt dan op een metalen oppervlak aan het uiteinde van de Direct Insertion Probe gebracht, waarna de probe in de ionenbron wordt gebracht. Deze methode van monsterintroductie wordt statische F A B genoemd. Er bestaat ook dynamisch F A B waarbij een continue toevoer van monsteroplossing in de bron wordt gerealiseerd. Met F A B wordt het monster in de matrix, beschoten met zich snel voortbewegende atomen. Deze worden verkregen door achtereenvolgens een edelgas (in mijn experimenten Xenon) te ioniseren m.b.v. electron impact, de gevormde ionen te versnellen met een elektrisch veld van enige K V en ze tenslotte te neutraliseren in een botsingsruimte. Xe Er
+
+
(versneld) + Xe (thermisch) -* Xe (thermisch) + Xe (versneld)
zal dus een ladingsoverdracht
plaatsvinden 7
om deze versnelde
Xenon
atomen te verkrijgen. Onder een bepaalde hoek vindt deze beschieting op het monster plaats. Algemeen wordt in het verkregen F A B massaspectrum een vrij sterk signaal gevonden t.g.v. het ( M + H ) ion in het geval van positieve en (M-H)" ion in het geval van negatieve ionen. Door beide technieken te gebruiken kan ondubbelzinnig het moleculaire gewicht bepaald worden. De methode is geschikt voor niet vluchtige, thermisch labiele verbindingen, zoals oligosaccharides, penicillines, oligonucleotiden, etc" . Trifenyltin-verbindingen zijn ook "niet vluchtig" en thermisch labiel , zodat ze ook met F A B zijn bestudeert. +
31
I3]
Fast atom bombardment (FAB)
ionen naar magnetischescetor
ionisatiekamer
tegenelectrode
matrix oplossing
Ar of Xe atomen O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
©
Argon of Xenon gun
electrode 8kV
direct insertion probe
.4
1161
Velddesorptie (Field Desorption) . Deze methode is eveneens geschikt voor niet vluchtige, thermisch labiele verbindingen. Het te onderzoeken monster wordt opgelost of gesuspendeerd in een oplosmiddel, waarna het op een emitter wordt aangebracht. Deze emitter is op een bepaalde manier geactiveerd (b.v. met indeen geactiveerde Wolfraam draad, waardoor koolstofnaalden ontstaan). In de ionisatiekamer wordt het oplosmiddel verdampt en afgepompt, zodat slechts gebonden door van der Waals krachten, het monster op de emitter achterblijft. Tussen de emitter en de op enkele millimeters verwijderde holle kathode, wordt een potentiaalverschil aangelegd van 8 - 1 2 K V . Door de emitter wordt een stroom van 0 tot 40 mA geleid, waardoor o.i.v. het hoge electrische veld de te bepalen moleculen ioniseren en desorberen. In de meeste gevallen M of [ M + H ] piek de hoogste in het F D spectrum. +
+
8
Figuur 3:
Velddesorptie/Veldionisatie F D / F I
ionen naar magnetischesector
ionisatiekamer
tegenelectrode geactiveerde koolstof emitter
electrode 8kV direct insertion probe
2.1.5
Veld ionisatie (Field Ionization). Het principe van veld ionisatie is het zelfde als veld desorptie, met het enige verschil dat,via de gasfase, het monster tussen de emitter en de tegenelectrode wordt gebracht. In de regel wordt met deze techniek vluchtige verbindingen bepaald, die via een capillair worden geintroduceerd in de bron. Dit capillair is dan gekoppeld aan een G L C of soms een H P L C .
2.1.6
Thermospray MS. De thermospray is net zoals de electrospray bedoeld voor L C - M S . V i a een verwarmd capillair (vaporizer) komt het eluens de bron binnen. Een groot gedeelte van het vluchtige eluens verdampt, terwijl de te onderzoeken verbindingen o.i.v.het hoogvacuiim verneveld in kleine druppeltjes (de spray).Door de verhoogde temperatuur zal de vloeistof snel verdampen. Deze vaporizertemperatuur is belangrijk, omdat deze de verhouding bepaald tussen damp en vloeistof. Bij teveel damp is de fragmentatie te groot en andersom is de fragmentatie te weinig. In beide gevallen zijn de resultaten niet reproduceerbaar. Thermospray is een zachte ionisatie methode, waarbij veel informatie verkregen wordt over het molecuul ion. Naast de H P L C koppeling bestaat tevens de mogelijkheid om het monster opgelost in water, direct via de thermospray in de massapectrometer te introduceren. (Flow Injection Analyse). Omdat hierbij geen voorscheiding plaatsvindt is M S / M S een vereiste.
9
Temp Control Sensor
f
To Trap and Forepump
a. - + H -
24 Volts Proportional
1 +ve Bias
Aerosol Temp Sensor
Repel!er
Figuur 4: Thermospray
2.1.7
Electrospray MS. Electrospray ionisatie berust op het principe, dat een sterk electrisch veld op het oppervlak van de monster oplossing wordt aangebracht, als deze vanuit een pneumatische verstuiver in het interface elueerd. Zie figuur 5.
i.e
r Nebulising Gas Removable Ion Source
^•^•^i%)nix. MAS™ Filter Adjustable Skimmer Cone
Figuur 5: Electrospray interface. De oplossing wordt in een aerosol van kleine geladen druppeltjes verstoven, die in grootte worden verkleind door oplosmiddel verwijdering (geholpen door een flow warme gas, om te drogen). Net zoals thermospray is electrospray een zachte ionisatie methode. Kleine moleculen geven een ( M + H ) of (M-H)" piek. Grote moleculen kunnen meervoudig geladen ionen geven, waarbij +
10
experimenteel op grond van de gevonden ladings verdeling, een omtrent het molecuul gewicht gedaan kan worden. 2.2
uitspraak
Massaspectrometers. Het onderzoek is uitgevoerd met twee verschillende typen masaspectrometers, namelijk: - Multi-sectormassaspectrometer met BE-geometrie - Quadrupoolmassaspectrometer
2.2.1
Sector massaspectrometer met BEqQ-geometrie
Collision cells Magnetic
Figuur 6: BEqQ hybrid mass spectrometer. De gevormde ionen worden uit de ionisatiekamer gedreven, door een kleine positieve spanning, waarna ze versneld worden door een elektrostatisch veld V (+ 8000 V) in de richting van de uittreespleet. Verschillende ionen krijgen hierbij vrijwel dezelfde kinetische energie: 2
Vz mv
= eV
(1)
(m = de massa, v de snelheid en e de lading van het ion. Zie figuur 6. Vanuit de bron komen de ionen via de eerste veldvrije ruimte de magnetische sector binnen. Bij het instituut voor massaspectrometrie zijn sector massaspectrometers met BE-geometrie aanwezig. De magnetische krachtlijnen staan hierbij loodrecht op de bewegingsrichting van de ionen. De Lorentz kracht Bev, waarin B de magnetische induktie is, werkt op de ionen, 11
waardoor deze een cirkelbaan met straal r gaan beschrijven. De centrifugale kracht mv^/r is voortdurend in evenwicht met de Lorentz kracht, zodat geldt: Bev
mv
r
Be
Belangrijk is, dat deze formule laat zien, dat het magnetisch veld de ionen overeenkomstig hun impuls afbuigt. Combineert men formules (1) en (2), dan wordt voor r de volgende uitdrukking verkregen. 2 m V
(3)
B\
Indien met de magnetische sector gescand wordt, geldt dat ionen met dezelfde m/e-waarde (of m/z-waarde) bij een gegeven versnelspanning V en een magnetisch veld B dezelfde cirkelbaan doorlopen. Vanuit de magnetische sector treden de ionen in de radiale sector binnen en ondervinden een kracht eE loodrecht op hun ting (E is de elektrische veldsterkte). Wederom gaan de ionen beschrijven, waarbij de centrifugale kracht in evenwicht is met kracht. 2
2
j, mv eE = r
-
r =
mv
— —
elektrostatische bewegingsricheen cirkelbaan de centripetale
, (4) AS
eE
Het belangrijkste aspect van deze formule is, dat het radiale elektrostatische veld de ionen overeenkomstig hun kinetisch energie afbuigt . Om de multiplier te bereiken moeten de ionen een straal R van de radiale elektrostatische analysator doorlopen. De r in formule (4) wordt dan vervangen door R. Tussen het versnellend veld V en de elektrische veldsterkte E bestaat volgens formule (1) en (4) het volgende verband: [13]
R
=
2
i
(
5
)
Bij het opnemen van een gewoon EI, CI of F A B (geen M S / M S ) spectrum wordt met de magnetische sector gescand. Deze dubbelfocusserende massaspectrometer heeft in de regel een oplossend vermogen van 10000 - 40000. Zoals in figuur 6 getekend is, bevinden zich na de E S A 2 quadrupolen. De eerste is een R F (radio frequentie) quadrupool (q) voor botsingsexperimenten en de tweede (Q) voor de bepaling van de m/z verhouding van de ionen.
12
2.2.2
Quadrupool massaspectrometer
Figuur 7 : schema van quadrupool massafilter. In vergelijking met sector massaspectrometers werkt de quadrupool wezenlijk anders. H i j bestaat uit 4 staven, die precies tegenover elkaar zijn gerangschikt. De spanning die tussen de electroden wordt aangelegd is opgebouwd uit een gelijkspanning TJ (dc) en een radio-frequentie (RF) wisselspanning: Fcosof (zie figuur 7). Onder invloed van deze combinatie van elektrische velden, ondergaan de ionen complexe banen (sinus achtig) in de analyser. Door het hoog frequent veld worden de trillingsamplituden van de ionen in verschillende mate versterkt. Bij bepaalde waarden van U , V , 27rf en r is de versterking van de amplitude afhankelijk van de massa van het ion. De rf/dc verhouding wordt constant gehouden, terwijl de voltages gevarieerd worden om zo scheiding van m/z-waarden te bewerkstelligen. Op elk punt in de scan, kan er maar een massa het systeem passeren, terwijl de rest wordt weggefilterd door de quadrupool staven. Dit is de reden dat het systeem vaak quadrupool massafilter wordt genoemd . T.o.v. de sector instrumenten heeft de quadrupool de volgende voor- en nadelen: -Voordelen: -Minder gevoelig voor vervuiling van de bron en storingen in het algemeen. -De aanschafprijs is lager. -Het onderhoud is eenvoudiger en goedkoper. -Het bedieningsgemak is eenvoudiger. [17]
0
[17,1819)
-Nadelen: -De massaresolutie is minder t.o.v.dubbelfocusserende sector instrumenten -Er bevindt zich geen veld vrije ruimte in het systeem zodat metastabie13
len niet gemeten kunnen worden. Dit is een beperking m.b.t. de struktuuropheldering. -Geen mogelijkheden om b.v. M I K E S experimenten uit te voeren. Het grote verschil van quadrupool- t.o.v. sector instrumenten is dat je te maken hebt met laag energetische ionen uit de ionenbron, doordat de versnelspanning varieert van 0 tot 150 volt. Bij sector massaspectrometers is deze spanning al gauw 8000 volt.
14
3
Gebruikte scan technieken.
3.1
Positieve en negatieve ionen In § 2.1.1 en 2.1.2 staat omschreven hoe positieve ionen in de CI mode ontstaan. In § 2.1.2 is beschreven hoe met lachgas en methaan negatieve ionen kunnen worden verkregen (NCI). Algemeen: Generatie van positieve ionen . 1201
AB
+
e
AB
+
Bovenvermeld proces zal plaatsvinden, indien de kinetische energie van het electron groter is dan de ionisatie energie van AB. In figuur 8 a komt de pijl overeen met een overgang van het neutrale molecuul AB in zijn laagste vibratieniveau naar het molecuulion in de grondtoestand, eveneens in het laagste vibratieniveau (Franck-Condon principe). Deze energiesprong wordt de adiabatische ionisatiepotentiaal genoemd. Het moleculair ion is in dit geval stabiel, zoals b.v. bij aromaten en poly cyclische aromaten ook het geval is. In figuur 8 b spreekt men van een niet-adiabatische ionisatie overgang, waarbij AB vibrationeel aangeslagen wordt. Het molecuul dissocieert dan in A + B\ +
+
Figuur 8 : a. Generatie van het stabiele A B ,d.m.v. adiabatisch ionisatie. b. Generatie van het vibrationeel aangeslagen A B ,d.m.v.nietadiabatisch ionisatie. +
Generatie van negatieve ionen. Voor de generatie van negatieve ionen zijn drie mogelijkheden. Electron binding: AB + e -» AB +
Bij deze reactie speelt de electronen affiniteit een rol. De reactie is dan in tegengestelde richting. De electronen affiniteit is het verschil in energie tussen het molecuul en molecuul anion, als beide in zich hun electronische, vibrationele en rotationele grondtoestand bevinden. Tenslotte zijn er nog twee mogelijkheden voor het genereren van anionen, t.w.: Dissociatieve electron binding (figuur 9 c): 15
AB
+
e
•*
A
+
B
Ion-paar formatie (figuur 9 d): AB + e AB* -*
A
+
+
B
In de figuren 9 a t/m d wordt dit grafisch aangegeven. positive electron affinity
negative electron affinity
Figuur 9 a
dissociative electron attachment
b
c
3.2
MS/MS
3.2.1
MS/MS m.b.v.sector massaspectrometers.
MS
I
d
M S II
moeder ion
Massa
ion-pair formation
dochter ionen
spectrum
MS/MS
spectrum
Figuur 10 : Schematische voorstelling van M S / M S . Met sector instrumenten kan op verschillende manieren met M S / M S worden geexperimenteerd. Zoals in figuur 10 schematisch is weergegeven, wordt er een parent ion geselecteerd na de eerste massanalysator. Dit ion wordt in een reactie ruimte verder gefragmenteerd tot een dochter spectrum. Een van de voordelen van M S / M S is dat uit complexe mengsels, de te onderzoeken verbinding geanalyseerd kan worden. M I K E S (mass analyzed ion kinetic energy spectra): [M/]*
-*
+
+
+
m , m , m , etc 2
3
4
Met de magneet wordt een metastabiel 16
ion m ,
+
geselecteerd, waarbij in de
tweede veldvrije ruimte (2. F F R ) alle ontledingsproducten kunnen worden gedetecteerd, m.b.v. een scan van de electrische sector. Met deze techniek kan de kinetic energy release berekend worden, waarbij een deel van de inwendige energie van het metastabiele ion wordt omgezet in kinetische energie. Deze is in de orde van grootte van 10 - 12 eV. Met de volgende formule kan dit berekend worden. 2 m
16m m U 2
3
i
E
m, = m* m = fragmentatie ion m = m, — m
U do d
2
3
2
2
{d - (dA )
T =
2
E
= versnellings spanning = peak width massa m, bij 50 % = peak width massa m bij 50 % 2
Collision Induced Decomposition: [M/]
•*
+
+
+
m , m , m , etc 2
3
4
Bij deze methode laat men het parent ion met een collision gas reageren. Dit gas kan een edelgas (bij voorkeur argon of helium) zijn. Het ion wordt dan in de eerste of tweede ruimte geselecteerd. Dit wordt ook wel de zogenaamde B/E scan genoemd. Een andere mogelijkheid is om een dochter ion te selecteren en vervolgens de parent te detecteren. Dit wordt de B / E scan genoemd. 2
3.2.2
MS/MS m.b.v.de Triple quadrupool massaspectrometer (triple-quad). Om M S / M S experimenten te bewerkstelligen is een triple-quad M S nodig. Zie figuur 11. De eerste en derde quadrupool fungeren dan als massa-analyser (QI & Q3), terwijl de tweede quadrupool (Q2) als collision cell (botsings kamer) optreedt. In Q2 heeft de quadrupool als functie om de parent ion beam te herfocuseren, nadat hij in kleinere dochter ionen is gefragmenteerd. De botsingen hebben een energie van 10 - 100 eV. Ook wel low-energy collisions genoemd . De mate van ion-neutralen interacties of reactie exprerimenten door ion selecties in triple-quad is afhankelijk van de kinetische energie van het primaire ion en de aard en druk van het reactie gas in de botsingsruimte. 121,22t23]
9
«
3*4
« 50-M»*k
Figuur 11 : schematische voorstelling triple-quad 17
4
Gebruikte massaspectrometers.
4.1
Fisons ZAB-HFqQ hybride massaspectrometer. Zie figuur 6, biz. 11. De Z A B is een dubbelfocusserende hybride massaspectrometer. Bij het IMS wordt de Z A B hoofdzakelijk gebruikt voor onderzoek naar unimoleculaire readies van ionen in de gasfase. In § 2.2.1 is de werking beschreven. Het monster kan via verschillende probe ingangen in de bron geintroduceerd worden. De Z A B kan tot maximaal 3400 Dalton detecteren, indien de kinetische energie van het ion 8 K e V bedraagt. Het oplossend vermogen met de magnetische- en electrische sector kan een waarde van 40000 bereiken. De ionisatie methoden zij EI, CI (positief en negatief), F D , FI, F A B en M S / M S .
4.2
J E O L JMS 102/102A 4-sector massaspectrometer.
Electrische-sector
1
Magnetisclie-sector 2
2
Figuur 12 : J E O L JMS 102/102A De JEOL bestaat uit twee achter elkaar geschakelde dubbelfocusserende massaspectrometers. Met name de resolutie van dit instrument kan zeer hoog oplopen. Indien de resolutie van b.v. de electrostatic analyser te laag is kan men het beste een 4-sector massaspectrometer gebruiken. Met de eerste dubbelfocusserende massaspectrometer, kan heel nauwkeurig een ion geselecteerd worden, en vervolgens met de tweede dubbelfocusserende massaspectrometer een M S / M S spectrum opgenomen worden. De tussenliggende quadrupolen zijn bedoeld voor een optimale beam focussering. Op dezelfde manier als de Z A B kan het monster geintroduceerd worden. Daarnaast is er ook een 18
G C en H P L C aansluiting. De ionisatie methoden negatief), F D , F I , F A B en M S / M S . 4.3
zijn EI, CI (positief en
Finnigan TSQ 700 Triple quadrupool massaspectrometer.
Figuur 13 : Finnigan TSQ In § 3.2.2 is uitgelegd, hoe de triple-quad werkt. Zoals in figuur 11 is weergegeven, is Q2 gebogen. Deze gebogen vorm heeft als doel, om de neutrale brokstukken weg te vangen. De TSQ heeft ook verschillende monster introductie mogelijkheden, t.w. G L C , H P L C (via thermospray), F I A en probe. De ionisatie methoden zijn EI, CI (positief en negatief) en M S / M S . Bij dit onderzoek is ook de SSQ van Finnigan M A T betrokken. Het enige verschil t.o.v. de TSQ is, dat SSQ een quadrupool heeft, i.p.v.drie. 4.4
Fisons Platform Quadrupool massaspectrometer. Zie figuur 5 biz. 10. In § 2.1.6 is de electrospray uitgelegd. De Platform heeft H P L C (via electrospray) en F I A als monster introductie mogelijkheden.
19
5
Resultaten.
5.1
E I , F D en F A B spectra van de 4 modelverbindingen
+
+
+
EI, CI, FD of FAB experimenten met de 4 model verbindingen, zijn in de literatuur op twee auteurs na, niet te vinden. Sugimoto et al . heeft E I spectra opgenomen van TPTAc, TPTC1 en TPTOH. Lawson et e l . heeft EI en CH) spectra gepubliceerd van TPTC1. 1241
+
pi]
N.a.v. de massaspectra relatieve intensiteit
in de bijlagen: De x-as is de m/z-as en de y-as is de
In bijlage 1 staan de belangrijkste fragmenten van de trifenyltin-verbindingen. In bijlage 2 t/m 5 zijn de E I , F D en F A B spectra van respectievelijk trifenyltin-acetaat, -chloride, -fluoride en -hydroxide weergegeven. Alle spectra zijn opgenomen met de JEOL, met uitzondering van de F A B spectra van het acetaat en het hydroxide. Deze zijn met de Z A B gemeten. Met behulp van de probe zijn de verbindingen in de EI en F A B bron gebracht. De emitter van de F D is in de oplossing van de model verbindingen gebracht. De scan snelheid bedroeg 10 sec, de scan range 0-1000 en de versnellingsspanning 10 K V ( Z A B 8 KV). +
+
+
Bijlage 2 TPTAc: De basispiek van het 70 eV EI spectrum is m/z 333, het verlies van een fenyl groep uit het molecuulion. Massa 351 veroorzaakt door het verlies van de heterogene substituent is in het EI spectrum duidelijk minder. Omdat het molecuul drie fenyl groepen en eeri acetaat groep bevat, is de kans het grootst dat de fenyl groep afsplitst. Dit wordt echter tegengesproken in bijlage 6 van het 20 eV EI spectrum van T P T A c . De relatieve intensiteit van m/z 351 is 80 % t.o.v. 333. De overige fragmenten staan in de spectra vermeld. M / z 410 ( M ) is in het EI spectrum vrij klein. In het F D spectrum is m/z 410 de meest intense piek (m/z 58 is van aceton). Het FAB -spectrum van TPTAc geeft 351 als meest intense piek (trifenyltincluster). M / z 381 wordt waarschijnlijk veroorzaakt door adduct-vorming met de matrix, thioglycerol met trifenyltin. [ ( C H ) S n - C H 0 ] Uit deze drie spectra kan geconcludeerd worden, dat F D de meest specifieke ionisatie methode is. +
+
+
+
6
5
3
2
+
Bijlage 3 TPTC1: Voor deze verbinding geldt hetzelfde verhaal als van TPTAc. M / z 154 [(C H )-(C H )] veroorzaakt door een omleggingsreactie, is de meest intense piek in dit spectrum. Het M - i o n heeft wederom een lage intensiteit in het E I spectrum (8 %). Bij F D is het molecuulion wederom de meest intense piek (58 komt van aceton). Het FAB -spectrum van TPTC1 is hetzelfde als van TPTAc. Het is de minst specifieke methode. +
6
5
6
5
+
+
+
+
20
Bijlage 4 T P T F : Het EI -spectrum van TPTF is in vergelijking met de spectra van TPTAc en TPTC1 wezenlijk anders. M / z 78 (fenyl groep) is de meest intense piek in het spectrum. Het is eveneens opvallend, dat het molecuulion minus de fenylgroep maar een kleine piek is. M / z 274 dat veroorzaakt wordt door fluor verlies uit M , is daarentegen veel intenser. M / z 351 het trifenyltin-cluster is relatief hoger dan m/z 293 [(C H ) Sn-F] . Het M is ion nauwelijks waarneembaar. Het M - i o n in het F D spectrum is wederom de meest intense piek. Voor F A B geldt hetzelfde verhaal als bij de vorige verbindingen +
+
+
6
+
5
+
2
+
Bijlage 5 T P T O H : M / z 351 is in dit spectrum de basispiek. Het molecuulion minus een fenylgroep heeft een relatieve intensiteit van 8 %. Opvallend is de vele fragmenten tussen 400 en 800 Dalton. Deze fragmenten worden veroorzaakt door het evenwicht tussen T P T O H en bis(trifenyltin)oxide, dat in de ionenbron plaatsvindt:
Het vermoeden bestaat, dat deze dimerisatie ook in het milieu plaatsvindt. In het FD -spectrum van T P T O H is het ion 718 van bis(trifenyltin)oxide de basispiek (m/z 58 is afkomstig van aceton). Het M - i o n , m/z 368, van T P T O H is nauwelijks terug te vinden in het F D spectrum. In bijlage 7 is het F D spectrum van bis(trifenyltin)oxide vermeld. Dit komt in grote lijnen overeen met het F D spectrum van T P T O H . Door T P T O H op te lossen in PEG-1500 wordt het bovenste E I spectrum in bijlage 7 verkregen. M / z 718 is in dat spectrum verdwenen. Het molecuulion 368 is echter in het spectrum niet terug te vinden. Het Z A B spectrum komt overeen met de ZAB-spectra van de overige trifenyltin verbindingen. M / z 350 vindt zijn oorzaak in een verkeerde massacalibratie. +
+
+
+
20 eV EI spectra van T P T A c en T P T O H . In bijlage 6 staan de 20 eV EI spectra vermeld van TPTAc en T P T O H . In vergelijking met het 70 eV EI spectrum in bijlage 2 van T P T A c , zijn m/z 351 en 274 duidelijk intenser. M / z 351 wordt veroorzaakt door acetaat verlies en vervolgens door fenyl verlies ontstaat m/z 274. Het blijkt dat dit proces bij een lagere electronenenergie plaatsvindt. Eveneens is m/z 154 intenser, dat vrij logisch is omdat omleggingsreakties, bij een lagere electronenenergie plaatsvinden. Voor T P T O H geldt hetzelfde als voor T P T A c . Opvallend is de meer intense piek van m/z 639, veroorzaakt door fenyl verlies uit het bis(trifenyltin)oxide 21
ion. 5.3
+
FD -metingen van mengsels trifenyltin verbindingen met de J E O L . +
Op de J E O L massaspectrometer zijn FD -metingen van mengsels van trifenyltin verbindingen met verschillende gewichtsverhoudingen gemeten. Bekeken wordt of de onderlinge gewichtsverhoudingen massaspectrometrisch te bepalen zijn. Dit is het beste te bepalen, door van elk molecuul ion het reconstructed ion chromatogram op te nemen en deze te integreren. Helaas waren de spectra in de profile mode opgenomen, zodat deze chromatogrammen met specifieke ionen niet op te nemen waren. Daarom is er een schatting gemaakt van deze onderlinge verhoudingen, door van het totale massaspectrum van een analyse de onderlinge piekhoogten te vergelijken. Onderlinge verhouding van trifenyltinfluoride en trifenyltinacetaat Gewichtsverhoudingen
massaspectrometrische
verhoudingen
TPTF
TPTAc
TPTF
TPTAc
1
1
1
1
4
1
2
1
Onderlinge verhouding van trifenyltinacetaat, trifenyltinchloride trifenyltinhydroxide Gewichtsverhoudingen
massaspectrometrische
verhoudingen
TPTAc
TPTC1
TPTOH
TPTAc
TPTC1
TPTOH
1
1
1
1
1
1
1
4
1
1.7
4.8
1
4.3
1.5
1
3
1
1
Dat massaspectrometrische verhoudingen van TPTAc en TPTF afwijken is te verklaren. Trifenyltinfluoride lost slecht op in dichloormethaan, zodat bij de gewichtsverhoudingen 4:1, massaspectrometrisch een faktor 2 lager uitvalt. Van de onderlinge verhoudingsverschillen van TPTC1, TPTAc en T P T O H zijn niet te verklaren. Uit deze resultaten kan geconcludeerd worden, dat op dit moment de onderlinge gewichtsverhoudingen massaspectrometrisch niet bepaald kunnen worden. Als functie van de emitter stroom kunnen de trifenyltin verbindingen kwalitatief wel van elkaar gescheiden worden. Zoals in bijlage 8 afgebeeld staat, is het bovenste spectrum trifenyltinchloride (scan 4-6). Daaronder trifenyltinacetaat (scan 20-24) en tenslotte trifenyltinhydroxide (scan 35-36).
22
+
C I spectra van de 4 modelverbindigen met verschillende "reactant gassen". Besloten is om deze metingen op de SSQ-710 quadrupool massaspectrometer bij het R I Z A te Lelystad uit te voeren. Bij het R I Z A zijn alleen EI en CI als ionisatie methoden aanwezig en geen F D of F A B . Om deze reden is het onderzoek naar een optimaal reactant gas gedaan. De trifenyltin verbindingen werden elk apart in de bron geintroduceerd via de Direct Exposure Probe. De bron temperatuur bedroeg 120 °C en de druk in de bron 8 torr. In bijlage 9 staan de TPTAc spectra met respectievelijk isobutaan, ammoniak en dimethyl ether als reactant gas. M / z 411 in het bovenste spectrum is het [ M + H ] - i o n van TPTAc. M / z 333 is het gevolg van fenyl verlies uit het quasimolecuulion en m/z 351 door verlies van het acetaat uit het [ M + H ] - i o n . M / z 467 wordt veroorzaakt door het [(C H ) Sn-i-C H ] -ion. In het ammoniak spectrum ontstaat m/z 368 door verlies van de acetaat groep, gevolgt door binding van het N H tot het [(C H ) Sn-NH ] -ion. M / z 350 is het resultaat van adduct vorming van het difenyltinacetaat ion met N H In het onderste spectrum met dimethyl ether als reactant gas, is m/z 397 de hoogste piek. Het trifenyltinacetaat splitst de acetaat groep af, waarna dimethyl ether een adduct vormt met het trifenyltin cluster. M / z 355 is niet te verklaren. Uit deze drie spectra kan geconcludeerd worden, dat het reactant gas isobutaan als enige een quasi-molecuulion geeft (m/z 411). +
+
+
6
5
3
4
9
+
3
6
5
3
3
3
+
Bijlage 10 : C I spectra van TPTC1. Voor trifenyltinchloride geldt hetzelfde als trifenyltinacetaat. Alleen isobutaan geeft een quasi-molecuulion, t.w. m/z 387. De spectra met ammoniak en dimethyl ether zijn hetzelfde als die van TPTAc. De onderlinge intensiteiten verschillen alleen. +
Bijlage 11 : C I spectra van T P T F . Het CI spectrum van T P T F , met isobutaan als reactant gas, heeft een sterk afwijkend quasi-molecuulion. TPTAc en TPTC1 hebben de [ M + H ] als quasimolecuulion, terwijl dat bij T P T F het [ M - H ] (m/z 369) ion is. Een verklaring is hiervoor niet te geven. Voor de keuze van het parent ion, zal dit een probleem opleveren (zie bijlage 20). De andere twee spectra zijn hetzelfde als van de vorige twee tin verbindingen. +
+
+
Bijlage 12 : C I spectrum van T P T O H met isobutaan als CI gas. Zoals in het spectrum te zien is dimeriseert T P T O H tot het bis(trifenyltin)oxide en wordt vervolgens geprotoneerd tot m/z 719. FIA electrospray spectra Bij het R I Z A zijn van elke modelverbinding, standaarden gemaakt van 5 mg/l in acetonitril/water 1 op 1, met 0.1 M ammoniumacetaat. Met F I A zijn de oplossingen separaat in de bron geintroduceerd. Bijlage 13 : F I A electrospray spectra van TPTAc, TPTC1 en TPTF. De drie spectra zijn identiek. De onderlinge relatieve intensiteiten van de 23
ionen verschillen iets. M / z 351 is het trifenyltin cluster (m/z 350 bij TPTAc wordt veroorzaakt door een verkeerde massacalibratie). M / z 200 en 279 zijn niet te verklaren. Bijlage 14 : F I A electrospray spectra van T P T O H en bis(trifenyltin)oxide. Zoals in de bijlagen 5 en 6 staat vermeld zijn deze verbindingen niet goed van elkaar te onderscheiden. Met IR en N M R zijn de verbindingen eveneens niet te onderscheiden. Bij de firma Aldrich zijn de analyse certificaten opgevraagd. Aldrich heeft beide verbindingen gecontroleerd op zuiverheid, d.m.v. IR, elementair analyse en dunnelaag chromatografie. Echter met electrospray is wel een onderscheid te maken tussen de 2 tin verbindingen. De hogere ditin clusters boven de 500 Da zijn in het T P T O H spectrum verdwenen. In het electrospray spectrum van bis(trifenyltin)oxide is m/z 718 duidelijk aanwezig. Wel moet rekening worden gehouden met het feit, dat in het electrospray spectrum van T P T O H m/z 368 niet aanwezig is. 5.6
FIA thermospray spectra van TPTAc, TTPC1, TPTF en TPTOH, gemeten met de TSQ. Voor dit experiment zijn dezelfde oplossingen als vermeld in § 5.5 gebruikt. In bijlage 15 staan de thermospray spectra van de 4 modelverbindigen vermeld. Op de onderlinge inteniteitsverschillen na zijn de vier spectra identiek. M / z 759 bij T P T O H vormt alleen een vrij intense piek (adduct vorming van bis(trifenyltin)oxide met acetonitril). M / z 351 is het trifenyltin cluster. M / z 410 wordt gevormd door het trifenyltin cluster met de acetaat buffer. M / z 392 wordt waarschijnlijk veroorzaakt door adduct vorming met acetonitril.
5.7
LC-MS thermospray met een mengsel van de 4 modelverbindingen. In een water/methanol oplossing (1 op 1) is een mengsel van de 4 model verbindingen gemaakt met een concentratie van 5 mg/l elk. Aan deze oplossing is 0.1 M ammoniumformiaat buffer toegevoegd. De H P L C kolom bevatte C als kolommateriaal. In de kolom is 100 /xl gei'njecteerd. De spectra zijn opgenomen met de TSQ in de RF-only dochter scan mode. Deze methode houdt het volgende in: De eerste quadrupool (QI) fungeert als een massafilter, die ionen doorlaat vanaf een bepaalde m/z waarde (cut-off). Deze cutoff is bedoeld om ionen, veroorzaakt door het eluens en de buffers, weg te filteren. De tweede quadrupool (Q2) werkt als botsingscel met een bepaalde botsingsgas en botsingsspanning (collision offset). De collision offset is de botsingsspanning, die aan het begin van Q2 wordt aangelegd. Met de derde quadrupool (Q3) wordt gescand in de full scan mode. In dit experiment is een afwisselende collision offset spanning (COFF) gekozen van -6 en -20 V . Met de eerste quadrupool (QI) worden twee cut-off massa's geselecteerd. Deze zijn respectievelijk m/z 71 en m/z 70. De C O F F wisselt dus iedere seconde van -6 V naar -20 V evenals de cutoff massa van m/z 71 naar m/z 70. Dit gebeurt allemaal in een scan. Argon werd gebruikt als l g
24
collision gas. Bij -6 Volt vindt er weinig fragmentatie plaats, terwijl bij -20 V veel fragmentatie optreedt. Zodoende wordt er informatie verkregen over karakteristieke fragmenten en het molecuulion of quasi-molecuulion. In bijlage 16 is bovenaan het chromatogram afgebeeld. Het kleine piekje bij ca. 35 minuten wordt nog eens verduidelijkt, door het specifieke ionenchromatogram van m/z 351 er bij te plotten. De trifenyltin verbindingen hebben dus een retentie op deze kolom, alhoewel ze niet van elkaar gescheiden worden. Het massaspectrum is identiek aan dat van de F I A thermospray spectra. 5.8
Synthese gedeutereerd trifenyltinchloride Voor de bepaling van het tin gehalte en om het opwerkingsproces van de monsters te kunnen volgen, is een interne standaard noodzakelijk. Omdat massaspectrometrie de detectiemethode is, is de keuze gevallen op gedeutereerd trifenyltinchloride. De verbinding gedraagt zich hetzelfde als TPTC1 en is gelijkwaardig aan de andere 3 model verbindingen in de matrix, maar door zijn isotoop verschuiving is hij eenvoudig te onderscheiden. De synthese van de interne standaard is als volgt in drie stappen uitgevoerd : 1261
(Ph-d )Br
+
Mg
4(Ph-rf )MgBr
+
SnCl
3 (Ph-
+
SnCl
s
s
5 4
•*
(Ph-rf )MgBr
4
•*
(Ph-rf ) Sn
4
-+
4 (Ph-rf ) SnCl
5
5
+
4
5
4 MgBrCl
3
De bereiding van de Grignard verbinding, en de eerste reaktie verliepen met warmte ontwikkeling. Bij de tweede ontstond er echter een mengsel van gedeutereerd tetrafenyltin, trifenyltinchloride en difenyltindichloride. In bijlage 17 is een FD-spectrum toegevoegd, waarbij te zien is dat gedeutereerd tetrafenyltin nog als verontreiniging aanwezig is. De zuivere stof is nogmaals met ether opgezuiverd en op het R I Z A met EI gemeten. Zie bijlage 17, tweede spectrum. Dit spectrum is vergelijkbaar met het EI spectrum van TPTC1 in bijlage 3. De opbrengst is nog maar een paar mg gedeutereerd TPTC1, zodat het niet verstandig is om verder op te zuiveren. Met deze hoeveelheid kan gewerkt worden. 5.9
M S / M S spectra van de vier model verbindingen In bijlage 18 staan drie M S / M S spectra van T P T F vermeld. De twee bovenste zijn B / E spectra met m/z 370 als parent. De E I en F D spectra zijn opgenomen met de J E O L met Helium als botsingsgas. De spectra zien er vrijwel iedentiek uit. M / z 351 is fluor verlies uit het molecuulion. M / z 293 komt door het fenyl verlies uit het molecuulion. De omleggingsreaktie tot het difenyl ion (m/z 154) vindt dus plaats vanuit het molecuulion. Met het laatste spectrum is m/z 293 (het difenyltinfluoride) als dochter gekozen, om te kijken wat de parent is. Dit blijkt dus het molecuulion m/z 370 te zijn. +
+
Bijlage 19 : TSQ M S / M S spectra van TPTC1 (parent 387), bij een collision 25
offset van -6, -15 en -25 volt. Afhankelijk van de C O F F , zal er meer of minder fragmentatie optreden in de collision cell (zie § 5.7). Isobutaan is wederom gebruikt als reactant gas (8 torr) en argon werd gebruikt als collision gas met een druk van 3 mtorr. Er is aangetoond, dat dit de optimale druk is . TPTC1 is gekozen als model verbinding en m/z 387 [ M + H ] als parent. Het bovenste spectrum is opgenomen bij een collision offset van -6 V . Het is duidelijk te zien, dat bij deze spanning de minste fragmentatie optreedt en het meest specifiek is. Alleen verlies van een fenylgroep uit het quasi-molecuulion. Bij -15 V treedt er niet beduidend meer fragmentatie op. Bij een collision offset van -25 V is de fragmentatie veel meer dan bij de vorige 2 spectra. M / z 197 is afkomstig van fenyltin. [25]
+
Bijlage 20 : TSQ M S / M S spectra T P T F met de keuze van 371 en 369 als parent, bij een collision offset van -6 volt. Zoals al eerder vermeld is, gedraagt T P T F zich afwijkend in de CI mode t.o.v. de TPTAc en TPTC1. Het geeft een [ M - H ] piek i.p.v.een [ M + H ] piek. Met M S / M S is onderzocht, wat voor dochter spectra beide parent ionen geven. Dezelfde condities als het vorige experiment is aangehouden. Het M S / M S spectrum van de parent 371 geeft m/z 293, veroorzaakt door het fenyl verlies uit het molecuulion. M / z 274, 329 en 353 zijn echter niet te verklaren. 369 als parent geeft een intense m/z 351 (fluor verlies uit het molecuulion). Een verklaring kan hiervoor niet gegeven worden. +
+
Tenslotte zijn in bijlage 21 het M S / M S spectrum van TPTAc en gedeutereerd TPTC1 gegeven. 5.10
Opwerking oppervlaktewater- en bodemslibmonsters. l3]
N.a.v. de bevindingen van Stab zijn verschillende locaties gekozen voor bemonstering. In december 1994 zijn een vijftal oppervlaktewater- en zeven bodemslibmonsters volgens het flowschema op biz. 27 opgewerkt: Zoals in het flowschema is te zien, zijn er voor en na de opzuivering massaspectra opgenomen. De spectra opgenomen voor zuivering geven veel storing van humuszuren (zie bovenste spectrum in bijlage 22). Deze verbindingen komen voor in grond, oppervlaktewater, bodemslib en in de zee. Humuszuren worden gevormd door chemische en biologische degradatie van planten- en dierlijke resten en door synthetische activiteiten van microorganismen. Een mogelijk concept van de structuur wordt gegeven in figuur 14 . [27]
26
Flowschema
Oppervlaktewater
Bodemslib
I L vater eitraheren met
IO g. eitraheren met
dichloormethaan
dichlooimethaan in soihlet apparaat
c o n c G n t r e r e n tot
cuca
4 ml
massaspectrum
opzuiveren met aLuminiumoxide
concentreren tol circa
27
400
m l c i r o l i t e i
opnemen
Voor de bepaling van trifenyltin verbindingen storen deze verbindingen (bodemslib eluaten krijgen een bruinzwarte kleur) aanzienlijk. Zonder de eluaten te zuiveren zijn de trifenyltin verbindingen m.b.v. alleen EI, CI of F D niet te bepalen. Een MS/MS-scan (of met de TSQ) is dan ook een vereiste voor eenduidige identificatie. Met aluminiumoxide, silicagel en C „ materiaal zijn verschillende opzuiveringsmethoden gedaan. A l deze materialen zijn niet geschikt voor opzuivering van trifenyltin eluaten is gebleken. De trifenyltin verbindingen blijven achter op het kolom materiaal. Een voorstel om m.b.v. membraan filtratie op te zuiveren, is niet uitgevoerd omdat de dichloormethaan eluaten het membraan materiaal oplossen. Aluminiumoxide is fictief gekozen om de eluaten op te zuiveren. De spectra afgebeeld in bijlage 22 zijn van hetzelfde monster. Het bovenste spectrum is voor en onderste na opzuivering met A 1 0 . Het monster is opgebracht door de emitter in het dichloormethaan eluaat van het monster een paar keer te dopen. Het is ook mogelijk, om het eluaat d.m.v. een injectiespuit op de emitter aan te brengen. Op de deze manier wordt er meer in de bron gebracht, zodat de detectiegrens verlaagd kan worden. Ervaring leert dat i.h.a. de emitter wordt overbeladen en in de bron breekt. Bijlage 23 : F D spectrum en M S / M S spectra voor het aantonen van de afwezigheid van TPTAc in het monster. In het bovenste F D massaspectrum is het patroon van M / Z 406 : 408 : 410 = 2 : 3 : 4 (molecuulion) aanwezig. Het tweede F D massaspectrum is een B / E scan van massa 410. Massa 390 en 392 zijn in dit spectrum aanwezig, wat duit op water verlies uit M / Z 410. Waterverlies uit trifenyltinacetaat is zeer onwaarschijnlijk. Het onderste FD-spectrum is een B / E scan van massa 410 van het zuivere trifenyltinacetaat. Het is duidelijk te zien dat M / Z 333 (TPTAc minus een fenylgroep) de belangrijkste piek is in het spectrum is. Er kan dan geconcludeerd worden, dat trifenyltinactaat niet in het monster aanwezig is. Bijlage 24 : E I spectrum en F D M S / M S spectra voor het aantonen van de afwezigheid van TPTC1 in het monster. In een monster oppervlaktewater van het IJsselmeer is waarschijnlijk trifenyltinchloride aangetoond. Met de Z A B is massa 309 (TPTC1 minus een fenylgroep) geisoleerd en met de J E O L F D is een B/E-scan van M / Z 386 opgenomen. Met die B/E-scan was een vage piek van 309 te zien. In het onderste spectrum van het zuivere TPTC1 is m/z 309 eveneens te zien. Echter met hoge resolutie massaspectrometrie is TPTC1 niet aangetoond. 2
3
+
+
+
+
5.11
Monster oppervlaktewater met standaard additie van de 4 trifenyltin verbindingen. Twee liter oppervlaktewater (van de Rijn bij Lobith) is in twee gelijke hoeveelheden verdeeld. Aan het eerste monster zijn de vier model verbindingen en de interne standaard (i.s.) geaddeerd, met een concentratie van 20 /tg/1 elk. Het tweede monster is op dezelfde wijze behandeld alleen is aan dit monster 50 /ig van elke model verbinding geaddeerd (i.s. 20 fig). Beide monsters zijn volgens het flowschema op biz. 27 opgewerkt. De eluaten zijn geconcentreerd tot 400 til, maar zijn niet opgezuiverd met aluminiumoxide. In bijlage 25 is bovenaan het F D spectrum (m.b.v. de JEOL) van het +
28
monster met 50 ttg additie. M / z 351 is duidelijk waarneembaar, wat duidt op het trifenyltin cluster. Door m/z 351 als dochter te kiezen, is getracht het parent ion te localiseren. Het onderste F D M S / M S spectrum (B /E) is hiervan het resultaat. In dit spectrum is niet duidelijk een parent aanwezig. Dit wordt waarschijnlijk veroorzaakt door het feit, dat F D een te zachte ionisatie methode is, waardoor te weinig fragmentatie optreedt. Met E I wordt geprobeerd dit experiment te herhalen. Het monster met 20 fig additie van elke trifenyltin verbinding gaf geen m/z 351. De interne standaard was in beide eluaten eveneens niet te detecteren. +
2
+
+
29
Detectiegrenzen Zoals in de loop van het verslag is te lezen, zijn de kwantificeringsmogelijkheden en de detectie grenzen nog niet voldoende bepaald. Indicatief volgen hier een paar detectiegrenzen. In § 5.7 staat vermeld, dat 100 /d van een mengsel van de 4 model verbindingen (5 mg/l elk) in de L C - M S / M S is geinjecteerd. De verbindingen zijn niet van elkaar gescheiden. De chromatografische piek in het bovenste chromatogram van bijlage 16, stelt dus 2000 ng absoluut in de bron voor. Van de piekhoogte wordt een signaal/ruis verhouding van 10 berekend. De geschatte detectiegrens komt dan neer op 20 ng per trifenyltin verbinding in leidingwater, berekend op m/z 351. TSQ L C - M S / M S
20 ng absoluut per tin verbinding in de bron.
Met M S / M S is eveneens getracht een detectiegrens per trifenyltin verbinding te bepalen. Dit is alleen gedaan met TPTC1 en TPTAc. TPTF gaf geen goed quasi-molecuulion (zie § 5.4, biz. 23) en T P T O H gaf een quasi-molecuulion van m/z 719 dat niet gemeten kon worden met de TSQ. Als volgt is het experiment uitgevoerd. Isobutaan met een druk van 6 torr werd gebruikt als CI gas en argon met een druk van 3 mtorr als botsingsgas. De monsters werden met de probe in de bron geintroduceerd. Met de eerste quadrupool zijn de massa's 387 en 411 voor respectievelijk voor TPTC1 en TPTAc als parent geselecteerd. Gedeutereerd TPTC1 is eveneens toegevoegd als interne standaard met m/z 366 als parent. In Q3 zijn de dochterionen m/z 309, 333 en 202 voor respectievelijk TPTC1, TPTAc en gedeutereerd TPTC1 geselecteerd. A l deze processen vinden in een scan plaats en wordt ook wel multiple ion detection genoemd In bijlage 26 staat de betreffende procedure vermeld, voor deze scan methode. Als volgt zijn drie oplossingen in dichloormethaan bereid: oplossing no.
cone. TPTC1 (in mg/l)
cone. TPTAc (in mg/l)
cone, gedeutereerd TPTC1 (in mg/l)
volume opgebracht
1 2 3
20 50 100
20 50 100
50 50 50
5 pi 5 ixl 5 pi
Door het quotient van de piek oppervlakten van het dochterion van TPTC1 en het dochterion van gedeutereerd TPTC1 uit te zetten tegen de concentratie, wordt een calibratie curve verkregen. Met TPTAc is hetzelfde gedaan. Y
=
A
+
B.X
X = concentratie Y = quotient van de piek oppervlakten 30
A = asafsnede (intercept) B = helling
De detectiegrens
[28]
kan dan met de volgende formule berekend worden : 3 Am r u
s
R
=
det(i=3)
B
= de schatter uit de kwadratensom van de residuals'
Voor de detectiegrenzen geldt dan: TSQ C I M S / M S isobutaan TPTC1 TPTAc +
28,291
.
280 ng absoluut in de bron. 360 ng absoluut in de bron.
Met behulp van bijlage 25 kan tenslotte een schatting van de detectiegrens voor de J E O L met F D als ionisatie methode bepaald worden. Het dichloormethaan eluaat bevat 200 tig aan trifenyltin verbindingen in totaal per 400 til (zie § 5.11). Stel dat met het dopen van de emitter in het eluaat, 1 fil is opgebracht. M / z 351 in het bovenste spectrum is duidelijk waarneembaar, zodat 0.5 tig/pl haalbaar is. De detectiegrens in leidingwater is: +
JEOL F D
+
500 ng absoluut per tin verbinding in de bron (berekend m/z 351).
op
Met dit laatste experiment is er vanuit gegaan, dat m/z 351 afkomstig is van het trifenyltin cluster.
31
7
Conclusies en aanbevelingen. De meest ionisatie technieken zijn weinig specifiek, voor deze verbindingen. Met E I ontstaan er vier karakteristieke spectra, waarvan het molecuulion nauwelijks waarneembaar is. Met F A B geven de 4 trifenyltin verbindingen nagenoeg dezelfde spectra. C I met ammoniak en dimethyl ether geven eveneens dezelfde spectra. Door de hoge protonaffiniteit van ammoniak (207 Kcal/mol) is de verwachting groot, dat er een quasi-molecuulion ontstaat. Bij alle 4 de model verbindingen treedt dit proces niet op. Thermospray en electrospray geven met de 4 trifenyltin verbindingen ook spectra, die niet van elkaar te onderscheiden zijn. In het algemeen splitst bij deze ionisatie methoden (uitgezonderd EI), de heterogene substituent van het molecuul af. Het ontstane trifenyltin cluster (m/z 351) gaat dan adduct vorming aan met de matrix, het eluens of het reactant gas. Bij E I is de afsplitsing van een fenyl groep van het molecuulion, de meest intense piek. C I met isobutaan als reactant gas, geeft bij TPTC1 en TPTAc een [M+H] piek. De [ M + H ] piek is niet het meest intens in het massaspectrum. Bij T P T F is het opvallend, dat er een [ M - H ] in het massaspectrum ontstaat i.p.v. [M+H] . Met uitzondering van electrospray en T P T O H opgelost in PEG-1500, dimeriseert T P T O H in de gasfase tot het bis(trifenyltin)oxide ion, onder afsplitsing van water. Het molecuulion of quasi-molecuulion van T P T O H is dan ook nog niet waargenomen. F D is voor de 4 trifenyltin verbindingen, de meest geschikte en specifieke ionisatie methode. T P T O H dimeriseert echter in de gasfase tot bis(trifenyltin)oxide (m/z 718). Het opbrengen van het monster is echter kritisch. Indien te weinig opgebracht wordt, is de gevoeligheid te laag en als te veel monster wordt opgebracht, breekt de emitter in de bron. Met F D is het wel mogelijk de 4 model verbindingen kwalitatief van elkaar te scheiden. In de monsters zijn geen trifenyltin verbindingen aangetoond. Met standaard additie is m/z 351 aangetoond. De detectiegrenzen varieren van 20 tot 500 ng absoluut in de bron. Deze zijn aan de hoge kant, maar worden veroorzaakt door het feit dat ze moeilijk te bepalen zijn. De verbindingen gedragen zich massaspectrometrisch i.h.a. meer afwijkend t.o.v. andere milieu parameters. Met CI bijvoorbeeld, is geen duidelijk quasimolecuulion waar te nemen, terwijl dat meestal wel het geval is. Dit is tevens de oorzaak, dat het onderzoek analytisch chemisch nog niet is afgerond. De 4 onderzochte organotin verbindingen worden in het milieu waarschijnlijk omgezet tot een nog niet bekende trifenyltin verbinding. Verder is het opzuiveren van de eluaten een groot probleem. Een aanbeveling is om met H P L C een scheidingsmethode te ontwikkelen, voor de trifenyltin verbindingen. Met L C - M S / M S kan dan vervolgens de detectie methode geoptimaliseerd worden. Het onderzoek geeft een goed overzicht van de massaspectrometrische spectra van trifenyltin verbindingen weer. +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
32
8
Referenties
[I]
Ministerie van Verkeer & Waterstaat huishouding. Water voor nu en later.
[2]
J . A . Stab, L L . Freriks, W . P . Cofino, V U A'dam & I V M (September 1993, W 93/08). Organotinverbindingen in driehoeksmosselen in de Nederlandse zoete wateren.
[3]
J . A . Stab (1994), Organotin compounds in the aquatic environment. Determination, occurence and fate. Dissertatie, Vrije Universiteit, Amsterdam.
[4]
E . Zietz, F . Haag, Determination Battelle-Institute e.V. Duitsland.
[5]
R . D . Barnes, A . T . Bull and R . C . Poller, Pesticide Science 4 305-317 (1973)
[6]
H . A . Meinenma, T . G . van Dam-Meerbeek and J.W. Vonk, (1986). Evaluation of the impact of organotin compounds on theaquatic environment; final report of E C . T N O Utrecht.
[7]
O . M . Crijns, P . B . M . Stortelder, P . C . M . Frintrop, T . E . M . ten Hulscher, J . M . van Steenwijk en F . H . Wagemaker, Ministerie van Verkeer & Waterstaat, Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat R I Z A nota 92.014 (april 1992). Trifenylverbindingen. Watersysteemverkenningen.
[8]
Persoonlijke communicatie met dr. C . J . Elsevier, Universiteit van Amsterdam, vakgroep Anorganische chemie, (1-12-1994).
[9]
R . C . Poller, The chemistry of organotin Britain, 1970.
[10]
R. Weber, F . Visel and K . Levsen, Analytical Chemistry 52, 2299-2305 (1980). Field ionization end field desorption for collision activation mass spectrometric determination of organic tin compounds.
[II]
S.G. Lias, J.F. Liebman, R . D . Levin and S.A. Kafafi, NIST Standard reference database 19A, Positive Ion energetics, version 2.0 U . S . Department of Commerce, Standard reference data program, Gaithersburg (1993)
[12]
N . M . M . Nibbering, syllabus voor het college massaspectrometrie. Fysische achtergronden en meetmethoden van unimoleculaire ontledingen van ionen in de gasfase. Instituut voor Massaspectrometrie, Universiteit van Amsterdam.
[13]
N . M . M . Nibbering, syllabus voor het college Spectrometrische Organische Structuuranalyse. Instituut voor Massaspectrometrie, Universiteit van Amsterdam.
(September
1989). Derde nota Water-
of organotin compounds
33
compounds.
in waste water.
Logos Press, Great
[14]
C . J . H . Miermans, werkvoorschrift RIZA nummer W 8140 6.010, Bevestiging en identificatie van organische stoffen in afvalwater met behulp van massaspectrometrie (1994).
[15]
B . Munson, Department of Chemistry, University of Delware. Chemical ionization mass spectrometry. Hewlett-Packard cursus.
[16]
L . Prokai, Field Desorption mass spectrometry, Marcel Dekker Inc. (1990).450 p.
[17]
M . E . Rose and J.W. Johnstone, Mass Spectrometry for chemists and biochemists. Cambridge University Press, Cambridge (1981). 276 p.
[18]
F . W . Mclafferty and F . Turecek, Interpretation of mass spectra University Science Books, M i l l Valley, California (1993). 371 p.
[19]
P. A . Leclercq, Cursushandleiding gaschromatografie-massaspectrometrie, Technische Universiteit Eindhoven, vakgroep instrumentele analyse (1992).
[20]
Syllabus voor de module massaspectrometrie, Geen auteur vermeld, Instituut voor Massaspectrometrie, Universiteit van Amsterdam.
[21]
G . Lawson and N . Ostah, Applied organometallic Chemistry 8, 525-532 (1994). Ion-Molecule reactions of environmentally significant organotin compounds in a triple quadrupole mass spectrometer.
[22]
F . W . Mclafferty, Science 214, 280-287 (1981).
[23]
N . M . M . Nibbering, Analyst 117, 289 (1992)
[24]
S. Sugimoto, S. Kawabata and M . Arime, Kanzei Chuo Bunsekishoho-Ho 29-45 (1986). Mass spectra of organic tin compounds.
[25]
P . G . M . Kienhuis, Journal of Chromatography
[26]
K . A . Kozeschkow, M . M . Nadj und A . P . Alexandrow, Chemische Berichte 67, 1348 (1934) . Untersuchungen uber metallorganische Verbindungen. Vereinfachte Methode zur Darstellung von Triaryl-zinnhalogeniden.
[27]
H R. Schulten in Humic Substances in the Global Environment and Implications on Humic Health. Edit by N . Senesi & T. Miano, Elsevier (1994).
[28]
J. Kragten, Amsterdam Summercourse, Statistiek voor de chemische praktijk, Vakgroep Analytische Scheikunde, Universiteit van Amsterdam (1990).
[29]
J. Kragten, Analytica Chimica Acta 241, 1-13 (1990). Least-squares polynomial curve-fitting for calibration purposes ( S T A T C A L - C A L I B R A ) .
34
(4
th
ed.),
26,
647, 39-50 (1993).
Bijlage 1 Belangrijkste fragmenten van de trifenyltin-verbindingen. Trifenyltin acetaat (TPTAc) M W = 410 Fragment
S n — 0
M/Z-waarde
C
C H 3
_ + 197
O S n - O - G - G H
256
Fragment
M / Z waarde
274
M / Z 351 is als een kleine piek in het spectrum aanwezig. ALGEMEEN
428
Dit fragment komt incidenteel als verontreiniging voor.
n+m
Trifenyltin hydroxide (TPTOH) M W = 368 Fragment
M / Z 368 is afwezig!
M / Z waarde
n
Trifenyltin chloride (TPTCL) M W = 386 Fragment
M / Z waarde
231 S n - Cl
O
O
309
c i
M
386
+
Zie voor M / Z 77, 120, 154, 197 en 256, de fragmenten van TPTAc.
Trifenyltin fluoride (TPTF) M W = 370 M / Z waarde
Fragment
216 Sn—F
293
M
+
370
Bijlage 2
Sn— 0 — C — C H
TPTAc.
332.9
100—j 30 30 -
330.9
70 60
EI
H
5040 -
V
30 -
-CH
KM*
\
20 -
178.9 10 -
5i.0
0
j
i
"?•
[
i
i
i
'
'
i
l
9
l
288
J j f "
J
i
"'"i" n f
*
i
-
9
1
i
1
—i
r
400
300
200
100
FD
409.9
196.9
+
289.2 351.1 199. I
1 2e
ea
ee
i ' i lee i2e
. ,
ne
i6B
iee
L
4
i
20a 22a 2«e 26e
i*—i • i— 2ea 3ee 32a 3«a
36B
sse
351
100°* 95j
sol
FAB
+
85j 80j 75j 70j 65j 60j 55J 50j 45j 40j 35j 30j 25J 20J 15J 10j 5j 1
041LU 50
197
181 91
149
73 103
279
227
120
381
165
UL 100
307
150
. all!. 200
250
300
i'!M,
I
UWl,tU!.„iWll,. „
350
i
m/z
Bijlage 3
P)
100-
TPTC1.
9
154.1 308.9
90 -
Cl
6
30 E J
70
30G.9
G0 50 40 77.0 30
196.9
il .0
20
26.0 385.9
10 H 0-1-
i
I - ' I " ' I ™I I
100
200
300
~T—' 400 386.1
FD
+
I 0
•—i
M
'—•—'—• * (1
1 80
— i 100
'
120
'—'
140
r——i • r——, ISO 180 200 220
, 2«0
, 260
i
| , | 280 300
. . . • , 320 3«0 360
2030803 100
FAB
JJ
' 380
M
' , • • ; • Z^r«00 «20 4.0 1
351.0
+
91.0
-I 0
2e
<e
ee
307.0
165. 1
i l l . A J 4 JLu sa
iee
120 ne
ise
180
200
iU 220
2«0
...il 2G0 260
300
LlJL 328
3«0
368
380
<00
«2B
"8
Bijlage 4
78.0
549982 100-1
TPTF.
90
80
A
70
60
50-
V 274.0
40 -
351.0 272.0
30 154. 20 -
10 -
18.0
198.
'•' ,'.'1
0-
1 T
r ^ N
-i—.—|—i—|—i
|—.
200
100
|-"«.
r—i
1
m
l
m
m
I ~
I
300
'
i
•
i
400
m/z 3?0.0
I16851 iee
-
30
1.9
22.0
120.3
S0.B .65.0 40
60
60
100
120
140
J
,'5«.e 150
9
'?.„,L„
229.6 ' ,.
274.2 291.0
180 200 220 240 260 280 300
1 320 34B 360
JUu
1
38B 400 420
351.0
16112596 100-1
90-
80
349.0
70 -
60 -
30 196.9 20
194.9 45.0
381.0
89.0 291.0
A 0
20
40
60
80
100 120 H 0
160
306.9
jk iii...,
,
180 200 220 240 260 280 300 320 3<0 360 380 400 4J0
Bijlage 5
TPTOH. 351 .0
100 90 348.9
30 -
ei
h
70 OH
60
Sn-O -Sn
\
28.0
50 H 40
196.9 30 638.9 . 20 10 0-
n--
\
*=1
\ 700\0
•482.8 484.8 1
0
4iJl 50
1
100
150
X
200
1a. 250
300
350
400
450
500
550
600
650
700 m/z
FD
+
50
FAB
+
250
300
350
400
450
500
550
m / z
v
+
Bijlage 6
5106 00
20 eV E I spectra
332.9
90
TPTAc 30 70
-
60
50
273.3
40
30
154 . 0
?0
10
28.0
119.9 638.9
j, j
0 0
50
100
4150
200
250
*i 300
350
555
i
\"\ |
i i*i i | i i r i | i i
400
450
"i
500
i I i i**! i i 'i
550
697.9
r i^;*!
600
i i
650
699.9
r^p
T-r-i—|—i—i—i—r~
700
351.0
TPTOH 30
-
348.9
'0 ~
,0
-
273.9
10
638.9 636.9
10 -
30
0
0
54 . O 484 .8
A 78.0
0
I
119.3
,j
, , , j, , i i i—Hi—i—i—i *" ' ••
0.
50
100
150
200
250
200
350
400
8 nv";
P0-.
30
750
450
500
550
600
650
+
bijlage 7
E I spectrum van
T P T O H PEG-1500 593192
23
50
100
150
200
250
300
350
338063 100-1
400
450
500
550
S00
SS0
?00
bis(trifenyltin)oxide.
716
30 -
30
60
5 0 -
d0
30
349
.
35 1
:0 H 60"
154
10
1065
1066
13 0-
1353
342
1
100
200
300
d00
500
S
00
•
1...A 7
0
0
g
0
0
g
0
0
|
0
0
0
|
|
0
0
|
2
g
0
|
3
g
0
M
0
0
M27 ,.. . , |
5
0
0
m/z
100-! +
Bijlage 8
90
FD -spectra van een mengsel
384.0
80 H
TPTC1
70
60
50H
40
30 H 20 10 673.8
123.6
4u m JLaMJf
0100
200
300
•
i i i
400
500
?
l
. -
9
/65.0
1 ~) • . i . M. ^1. 700
600
988.0
.I . 800
900
1000 m/z
4 10.0
'48508 100-1
TPTAc
90 -
80 -
70
60
50-|
40
30
20 715.9 716.8 351.0
10 -|
428.0
43. 1 0
—1— 100
r
ULu 200
300
400
. 500
700
600
0 227196 100-1
800
900
1000 m/z
"71377" TPTOH
713.9 90
80
70 -
60 -
50-
40
30
20 H
351.0 349.01
58.0 0-
637
154. 1
10
1
0
77.\ -mmm, 100
inuJ i - i l 200
300
400
500
600
J
988.9 788.0
I'"" M l . 700
800
i
. . J l J I JJ t
900
1000
Bijlage 9
+
C I , spectra van T P T A c
dimethyl ether
Bijlage 10 1 O O
+
C I , spectra van TPTC1
3 S X . X
— 1
isobutaan
, ammoniak
•» o
—
- 3 **. . 2 X 3 •*
. X
190
. 2 2 9 2
3 "5
• 3
p
. O
X B G . « ' 2 X *-\ . 2
ilLll
.:::!H1.M bi.^ut.i.iLlijk
*
f
2 3
11 n . tii, Iu t
. O
141,1
dimethyl ether
3 9"7
1 •
X 3 *
I
ft
. l.
•
. 2 1 3 X . O
X "7 3, . 3 > 9 - 2
2 1 :
2 d 7
2
•^•i'^^M|iiJiu.yii.i(iLliijii..j ui. lii > •..f.^. ..ilp,' l
1
u
v
v
Bijlage 11 3 s
x
.
+
C I , spectra van T P T F j
a.
isobutaan
3
•* "7
,- t
3
s_a . o. 4
2
© "7
.
07
.
1
I
jllilljUiJd*^
3
3
2
«
.
O
O
O
ammoniak
3 « e
3
1S4
.
<S S
.
.
o
1
1
2
5» 2
- O
404
.
2
2
«
.
.
O
-jjVA-9
"7
3
9
T
.
a.
Bijlage 12
+
C I , spectrum van T P T O H , met isobutaan als CI-
Trlphenyltln Ac»tn« E.S.I. RHF13 t (0 110) 100!
ScanES* !
200 9 200.U
2.2MI
Bijlage 13
FIA electrospray spectra
, 146.6
M7
a
346 9 s
.... i. !•:« M * * i 100 120 140 160 180 i Trlph.nyltln Chlortd* E.S.I. RHF12 4 (0 »5| 100
200
220
240
''li' »''»••
260
260
300
320
140
jjg
MO 400 420 sew
es*
11 .9441
120.7
11(1
126.0
1490 \ 170.2 / IMO
201.6 224.9.
1
60
il
Ukji :|jiljjijM>. iW«t.J,,J..ill] "|l> A 'iii 100 120 140 ISO 160 200 220 240 260 260 100 320 140 160 160 400 420 440 460 ij
l
1
J
Trlph.nyllln Fluoride E.S.I.
RHF16 12(1 045)
ScanES* 1 05*6
I0GS
350.6 350.1k
1166 I 119 1 '1466 '
100
120
II j
ki i u l
\mMm ;
140
160
347.2 346 4
160 200 220 240 260 260
ii
300
%•;>•'
320 140 360 360 400 420 440 460
Bijlage 14
FIA electrospray spectra van T P T O H
116.8
1*24
2.72e6
200.3
118.8 119.6 644.2
196.7 348.8
193.9
350.5
347.9 201.0
120.7
192.8 S 192.0
346.3 226.3
351.2
227.1
148.1
ill
Uli. L 200
748.0
., .ri.,1, 250
I 300
350
400
450
r''"'1 Da/e BOO i
500
350.2
4.18e6
bis(trifeny ltin)oxide.
349.1
347.9
s 351.1 628.1
352.1
714.8 '716.7 1
I"
330.2
627.0
713.7 N 629.0
354.2
103.7 / 148.0
278.3
3 2 8
,
442.1
3
„279.2
711.8 625.0
444.8
630.0 720.8
105.6
Xii.il
1
1
1 1
M^^rfil^M^'i ' --'-^ -'^^ 250 200 150
L -in*. ..111:!. 350 300
44 400
„,^I.I|1,.>L.
450
500
550
i
JLL
550
'
700
750
Da/e
Bijlage 15
u fc
FIA thermospray spectra van
X O
JL
u
<
Bijlage 16
L C - M S thermospray chromatogram en spectra van mengsel T P T A c , TTPC1, T P T F en T P T O H .
457600
399
100-1
401
Bijlage 17 gedeutereerd TPTC1.
50
907 908
508 107 109
7G4 763' 298
40 J
0-
i
j .
In.,.
I
(-..
300
0
J j ALjLkjL
• .uliillifll
400
500
i •• < I il.jl.ii
700
600
.i,iM... l
I ,i
|
900
800
1000 m/z _ E+ 0 1.5
164 100
-
Et80
-
60
-
165 40
-
1 20
-
399 I
t i
• . 200
300
400
446
489
525
i
i i
i
I'I
I i
500
630
562
i
600
i
719
676
i
; i i i i i' i
i i
i'i
I'I**
i ' • i i
700
363.9
5 8 S 128 I 00 -i
Bijlage 18 90
-
30
-
Verschillende M S / M S spectra van T P T F
B/E m/z 370 E I
+
70 -
60 -
50H
292.9
40 290.9 3 0 -i
154 . 0
30
10
i
J I
349.9
196.9
1 38.3
1,.
JJ.,
u r -- T-
r
r -
M •
i
il r
1
.... f-
11
T
300
200
80
m/z 370
594400 100
B/E m/z 370 F D
+
292
154 50
153
351 289
4S
13 I
• >
I
86 I" "'""l
88
193
130 I
1
T—i—
—
248
1—'—r 300
200
100
0
237
r
m/z
294.3; 100
FD 90
-
30
-
70
-
+
2
B /E
m/z 293.
60
50
40
30
20 370.78
10
0 280
290
300
3 10
320
330
340
350
350
370
380
390
m/z
309.0
100
Bijlage 19
E+ 06 3.51
TSQ MS/MS spectra van TPTC1
80 -
(parent 387), bij een collision offset van
-6 v.
: 40
20 195.0
387.0
-
55.4 I
91.8
153.0 i
I
I 100
1217.1 | i 1 200
266.8 i 1 300
I
327.2 i i i i i
1
" V
J 400
1
1
1
1
,
309.1
100 - i
E+ 04 8.77
80
60 -
40 -
20 30.1
108.7
49.9 I
i
T[ •
J
84.3 ii
«i—i
i..f
179.0
» y . . , ~
f
L
220.0
[279.
412.4
I 352.4
f
200
100
100
32.6.7
261.4 ,
125.0
300
400
197.0
-25 V
E+ 05 9.77
80 -
308.9
60 154.9
40
20 117.0 77.1 28.1
231.0 91.2 I ' ' ' 100
'
>
1
200
i
307.7 270.7 I'
•
>
•
•
348.9 I
300
1—^
1
387.1 1
1 *T
413.4 I
400
r—1
1
1
r
Bijlage 20
T S Q M S / M S spectra T P T F , bij een collision offset van -6 volt.
3^7 als parent
2_9
i es s . 9
16 143
• e
9 . 9
18
1
-7
2 3 9 . O
Hill,,I OJU. lUII 4.l.ljk .l^li,. M
369 als parent
Bijlage 21
TSQ M S / M S spectra, bij een collision offset van -6 volt.
T P T A c (parent 411) E-t-
3 51 . O
4 2 . O
109.1
187.7
1 *f
gedeutereerd TPTC1
163.2
201.1
226.1
! •«--*-"•—i—•
•
2
411.4 . 4
j ^
. ! . t••-*»-—•——.—^'-l—^
r.
(parent 402)
222.1
2 4 i
P
4Q2
289.1
'
3 3 9.1
7.2
2 p7
.3
300.2
'
'i 2 SO
—r—-r 3
OO
3 6 O . O 3 9 4.
O 5
22-
Bijlage
Massaspectra sediment monster. Voor en na o p z u i v e r i n g met aluminiumoxide.
90 -
80 -
70 -
B0 5040 -
100
300
300
400
500
800
700
flFta
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
84764
Bijlage
23
50FD* spectrum en MS/MS s p e c t r a voor het b e w i j s van ^ afwezigheid van TPTAc i n het monster. 30
4 10
408
30 407
401 10 -
4 05
4
4 15
10
4 10
26 I 182 100 90 80 408
70 60 50 40 30 390
20 10
273
222 «
19
0
'i
''
i ' i '
'ai
97 1
'i
l 8 3
i
1
i
-
281
365
:
i l
r
200
100
300
i
400 4 10
747534 100 408
90 80 70 60 5040 30 20 333 330 -
10 5
r
0
40 46
85 105 116 100
HI
^ J
7
7
223
I • I 200
2
5
254 \ 300
400 m/z
0 .7S,
Bijlage
135mV
24
+
E I spectrum en MS/MS s p e c t r a voor het bewijs van afwezigheid van TPTC1 i n het monster.
50 -
154 120 0
231
149
232
306
309
y
-r 200
300
400
Bijlage 25
+
F D spectrum van monster met standaard additie trifenyltin-verbindingen.
B i j l a g e 26
: TSQ
procedure
NAME srmfen i f e n t i n analysis with the s o l i d s probe imsms analysis i n the p o s i t i v e mode iCI isobutane 6000 mTorr CID 3 mtorr argon
cidon;msinsc=0;cent;pos;elgain 8;cdyn -20;a=l dau (387,10,450,0.1,-20) on 400 2700 while emult >100 PAGE a=sptemp 4 psm 387;coff -25;go 154;go 197;coff -6;go 309;stop psm 411;go 333;stop a psm 366;coff -20;go 202;stop a psm 351;coff -22;go 197;stop a end astop;cidoff;off;go;stop
PAGE PF6:SAVE PF7:REST
Fri Kar 24 09:21:08 1995
LINE PF8:RUN PF9:KILL
SPF6:SAVE SPF7:REST
tsq700
SPF8:RUN SPF9:KILL
a# c l # acet 1 c l dl5 itrifen
PF4 :EDIT/CMD PF14:AB0RT PFll:CANCEL
TSQ 700
