Tömegspektrometria
“Science and Technology of gas-phase ions” Dr. Drahos László MTA Természettudományi Kutatóközpont e-mail:
[email protected]
Tartalom
Bevezetés: MS alapok
Ionforrások
Készülék típusok (analizátorok)
Tandem MS
Kapcsolt technikák (LC-MS)
Tendenciák, technikai változások
Biológiai minták vizsgálata, proteomika
MS technika kiválasztásának szempontjai
Példák
1
tömegspektroszkópia, -spektrometria, MS nehéz
könnyű molekulatömeg
a tömegspektrometria elve nehéz
M=89 Da
töltés
könnyű
ionizáció gyorsítás elektromágneses terekkel
2
a tömegspektrometria elve nehéz
M=89 Da
könnyű tömegmérés:
a mozgás tehetetlenségén alapul nehéz részecske csak kicsit, könnyű részecske jelentősen eltérül
Tömegspektrometria: „különleges mérleg” atomok és molekulák tömegének mérése Módszer: • mintabevitel • ionizáció molekulák töredezése (fragmentáció) • gyorsítás • szétválasztás tömeg/töltés alapján • ionok detektálása • tömeg/töltés értékek és jel intenzitás mérése • spektrum értékelés tömegspektrum: intenzitás vs. (tömeg/töltés) Mass Spectrometry Department
3
, i n t e n s i t y
c p s
töredezés, fragmentáció 2 0 0 0 0
1 5 0 0 0
1 0 0 0 0
aktiválás
5 0 0 0
4 0 0 0
0
3 0 0 0 2 0 0 0
fragmentáció
ionizáció
molekulatömeg, szerkezet
m
/ z ,
a m
u
termékek, spektrum
fragmentáció: szerkezetmeghatározás ! -OCHCH 2 2OH
M
-CH3-CO -CH3-CO-C2H2
-CH3
OCH3
OH
CH3
-H
-OCH3
4
tömegspektrometria alkalmazási területei: szerkezetvizsgálat
mi a vegyület szerkezete? milyen komponensekből áll a minta?
analitika
mik a szennyezőanyagok? milyen mennyiség, milyen koncentráció? ionizációs energia, megjelenési energia, disszociációs energia, stb.
fizikai kémia
atomok, molekulák, makromolekulák
mit vizsgálunk ?
tiszta vegyület, bonyolult keverék
nagyon érzékeny nagyon szelektív
tömegspektrometria alkalmazási területei: környezetvédelem gyógyszerészet
fizika igazságügy
kémia
biokémia
orvostudomány
biológia
Nobel díjak 1906: Thomson 1922: Aston 1939: Lawrence 1989: Paul 2002: Fenn, Tanaka
5
MS – előnyök/hátrányok Extrém
érzékeny 10-15g, 10-21 mol detektálható
Gyors Könnyen
nehéz értelmezni – MS ˝szakember˝
kapcsolható kromatográfiával egyszerű mintaelőkészítés rövid analízis idő
Szerkezeti információ
& kvantitativ
Flexibilis
a készülékek 100.000-1.000.000 EUR
Spektrumokat
10 spektrum/s
Hatékonyság
Drágák
Korlátozott szerkezeti info Izomereket nehéz megkülönböztetni
Sok
gyakorlati probléma készülék tisztítás & karbantartás
javítás
szelektív/univerzális detektálás
˝Easy
to get a job˝ MS gyakorlattal
A legnagyobb tömegspektrométer -Manhattan terv (II. világháború) -235U és 238U preparatív elválasztása -Kis tömegkülönbség - MS -96 tömegspektrométer - Calutron
6
Mass spectrometers - large and small
Tömegspektrométer felépítése kromatográfia: Mintabevitel GC-MS, HPLC-MS Vákuum v. légköri ny.
Ionforrás
Analizátor
Nagyvákuum
Detektor
•Ionforrás - mintabevitel •Ionforrás - Ionizáláció (molekulák töredezése, fragmentáció) •Ionoptika – fókuszálás, gyorsítás, •analizátor - szétválasztás tömeg/töltés alapján •detektor - Ionok detektálása •adatfeldolgozás - tömeg/töltés értékek és jel intenzitás ábrázolása
PC
•tömegspektrum: •intenzitás vs. (tömeg/töltés)
7
MS – definíció: • • • •
• •
Nominális tömeg (C=12, H=1, Cl=35) Monoizotópos tömeg (12C=12,000, 1H=1,0078,
35Cl=34,9689)
Átlagtömeg (összes izotóp figyelembevételével, pl. Cl 35,453) Pontostömeg: ~1-30 ppm pontosság (~ 4 értékes jegy) nagyfelbontás (felbontás >10.000) 500 Da-ig : monoizotópos ~ nominális ~ pontos tömeg Miért fontos a pontos tömeg meghatározása?
•
ELEMI ÖSSZETÉTEL MEGHATÁROZÁSA
Izotópcsúcsok
Methane
CH4
Composition Monoisotopic
Abundance
Mass 12
16.0313
100.00
12
17.0348
1.17
C11H4 C013C11H4
1u Relative intensity (100%)
Nominális tömeg
16
Monoizotópos tömeg 16.0313 Átlag tömeg
16.0429
m/z
8
Hexacontane C60H122 Nominális tömeg
842
Monoizotópos tömeg 842.95465 Átlag tömeg Composition
843.5363 Monoisotopic
Abundance
Mass 12
C601H122
842.95465
100.00
12
C5913C11H122
843.95801
62.54
12
C601H1212H1
843.96093
0.62
12
C5813C21H122
844.96136
9.40
12
C5913C11H1212H1
844.96429
0.41
12
C5713C31H122
845.96472
1.59 0.14
12
C58 C2 H121 H1
845.96764
12
C5913C11H1202H2
845.97056
0.004
12
C5613C41H122
846.96807
0.25
13
1
2
……………
+1 R=20,000
[Ubiquitin+H]+ C378H630N105O118S
+1 R=2000
Nominális tömeg
8,556
Monoizotópos tömeg
8,560.623
Átlag tömeg
8,565.880
9
Isotopes of Other Elements
MS – definíció: • • •
Felbontás (R):
milyen tömegkülönbséggel lehet szétválasztani két iont
R=M/DM - csúcs szélesség mérése: 50 % csúcsmagasságnál (újabb készülékek esetén) FWHM (full width at half maximum)
kis felbontás (<1000 vagy egységnyi felbontás) nagy felbontás (>10.000) szükséges pontos tömegméréshez
10
R=40.000
DM=0.02
12C , 60
R=7000, ~high res.
474.7 0.7 0.6
Abundance
0.5
R=950, unit res.
720
DM=0.10
DM=0.5
0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 472.5473.0473.5474.0474.5475.0475.5476.0476.5477.0477.5478.0478.5 m/z
Definitions
11
Definitions
Ionizáció
12
Ideális ionizáció
érzékeny Atomokra, kis és nagy molekulákra is alkalmas Apoláris, poláris és ionos vegyületekre is jó
szerves és szervetlen vegyületek, Kapcsolható GC-hez (gáz fázis) és HPLC-hez (folyadék fázis) Intenzív molekulaion észlelhető (molekulatömeg+kvanti) fragmensek (szerkezeti információ) Mindezt egy módszer nem tudja Aktív kutatási terület Nagy áttörésekhez vezethet
Nobel díj: 2002: Fenn, Tanaka
Ionizációs módszerek:
Sok különböző módszer:
Legfontosabbak:
Csoportosításuk - technikai megoldás - fragmens ionok - ionizáló ágens - a képződő molekulaion - minta polariása és mérete
electron attachment photoionization (PI) field ionization (FI) multiphoton ionization (MPI) fast atom bombardment (FAB) plasma desorption mass spectrometry (PDMS) secondary ion mass spectrometry (SIMS) thermospray (TS) infrared laser desorption (IRLD) nanospray thermal ionization
electron impact (EI) chemical ionization (CI) electrospray, nanospray (ES, ESI) atmospheric pressure chemical ionization (APCI) atmosperic pressure photo ionoization (APPI) matrix-assited laser desorption/ionization (MALDI)
13
Electron Ionization (Electron Impact) A legrégebbi, legegyszerűbb ionizáció
-
-
e
10-100 eV
e
M
-
e Ionizáció/gerjesztés
14
Elektronütközéses ionizáció (Electron Impact, EI) • • • • •
Szerkezet meghatározásra alkalmas (spektrumkönyvtári keresés) Ideális univerzális GC detektorként (szerkezeti információ) Kiváló kvantitatív meghatározásra Elemi összetétel meghatározás nagyfelbontással Gyökionok képződnek
Alkalmazás: • • •
Környezetvédelmi analitika - érzékeny, GC-kapcsolat, mennyiségi meghatározás Szerves vegyületek szerkezet meghatározása fragmentáció, elemanalízis, spektrumkönyvtár GC alkalmazások
Tömegspektrometriás adatbázis NIST-EPA-NIH adatbázis: ~150,000 komponens
EI-vel jól használható, de más ionizációs technikákkal NEM
15
Elektron ütközéses ionizáció – összefoglalás
Easy to connect to GC (GC-MS)
Kémiai ionizáció (CI)
• • •
Kombinált EI/CI forrás
• • •
Kíméletes ionizáció
Reagens gázok: metán, i-bután, ammónia Ion-molekula ütközések a reagens ionok és a minta molekulái között Pozitív és negatív ionok Kis fragmentáció, kvázi molekulaion (M+H)+, (M+NH4)+
16
Porlasztásos technikák - Történeti áttekintés 1970
1980
1990
2000
2010
Mass Spectrometry Reviews, 28, 870 (2009)
Első elektroporlasztásos kísérlet ● Jean Antoine Nollet (1700-1790) ● Véletlenül fedezte fel, hogy az elektrosztatikusan feltöltött emberek „furcsán” véreznek ● Elektrosztatikus porlasztás vizsgálata
17
Spray ionizáció – Elektroporlasztás (ES, ESI)
J. B. Fenn Kémiai Nobel díj 2002
"for the development of methods for identification and structure analyses of biological macromolecules"
Electrospray • • • •
spray nagy feszültség alatt: sokszorosan töltött cseppek keletkeznek Hasonló technika az autók festésénél Porlasztó gáz és fűtés segíti az ionizációs folyamatot Többszörösen töltött ionok keletkezhetnek
18
Electrospray mechanizmus •
•
Charge residue modell: az aeroszol csepp „beszárad” (elpárolog az összes oldószer) Többszörösen töltött cseppek párolognak és kritikus méretet elérve a töltéstaszítás hatására „szétrobbannak” (Coulomb robbanás): ionok és kisebb töltött aeroszol cseppek keletkeznek Ion evaporation modell: az instabil töltött csepp egy iont lök ki magából (töltéstaszítás miatt)
Electrospray: csepp- és ionképződés Valódi kép: a csepp „robbanása”
idő
19
Electrospray • • • • • • • •
nagyon érzékeny, (~10-12 – 10-18 mol) pozitív és negatív ionok, erősen poláris/ionos komponensek kis és nagy tömegű molekulák meghatározására egyaránt alkalmas könnyen (tipikus), egyszerűen kapcsolható HPLC-vel
mennyiségi meghatározásra alkalmas pontos tömegmérés az új készülékeken alaptechnika peptidek és proteinek vizsgálatára jól vizsgálhatók komplexek és nem-kovalens kölcsönhatások
• • •
kevésbé tolerálja a sókat és egyéb szennyezőket (csak illékony puffer használható!!!) keverékek szétválasztás nélkül nem túl jól vizsgálhatók nem alkalmas apoláris molekulák vizsgálatára
20
Electrospray – pozitív ionok 709
MW 686
[M+Na]+
90
[M+NH4]+
80
704
% Intensity
70 60 50
[M+H]+
40
687
30
[M+K]+
20
725
10
660
670
680
690 700 m/z, amu
710
720
730
740
Zárthéjú ionok, protonált molekulaion vagy kation addukt
Electrospray – negatív ionok MW 686 90
731
[M-H]-
[M+HCOO]-
685
80
[M+Cl]721
60 50
%
Intensity
70
40 30
723
20 10
660
670
680
690
700
m/z, amu
710
720
730
740
Zárthéjú ionok, deprotonált molekulaion vagy anion addukt
21
Electrospray – példák
100
Relative Abundance
90 80 70 60
Electrospray – példák
16951.0
Mioglobine, Mw=16,951 Da
50 40
(M+20H)+
30 20
20+
10 05000
6000
7000
8000
9000
10000
23+
24+
22+
12000 +
21
11000
19+
13000
mass
14000
15000
18+
16000
17+
17000
18000
19000
16+
Nagy molekulák vizsgálatára: többszörös töltésű ionok (envelope) molekula tömeg meghatározás dekonvolúcióval protonált és/vagy kationizált ionok negatív ionizáció
22
Egyéb spray ionizációs technikák
Van élet az elektroporlasztásos ionizáción kívül? Egyéb spray technikák •
•
•
Atmoszférikus nyomású kémiai ionizáció (APCI) technikailag nagyon hasonló az ESI-hez, a mechanizmus CI-hez hasonlít tömegtartomány ~200 – 1500 Da, egyszeres töltésű protonált vagy kationizált molekulák közepes polaritású vegyületek vizsgálatára alkalmas leginkább Atmoszférikus nyomású fotoionizáció (APPI) technikailag nagyon hasonló az ESI és APCI-hoz, fotoionizáció egyszeres töltésű molekuláris gyökök vagy protonált ionok alacsony polaritású komponensek vizsgálatára alkalmas tömegtartomány ~100 – 1000 Da Deszorpciós electrospray ionizáció (DESI) Desorption electrospray ionization
23
Atmoszférikus nyomású kémiai ionizáció – APCI
HPLC Heater Nebuliser gas inlet
Skimmers
Nebuliser
+ + + +
Corona needle
+
+ +
+ +
HED detector
Quadrupole
Octopole
Capillary
+ ++ + + +
Lenses
+
heated N2
Analyte/sample plasma
APCI: pozitív ion képződés mechanizmusa H3O+ NH4+
H 3 O+
H 3 O+
H 3 O+ H 3 O+ H 3 O+ H 2 O+ N2 + O + 2 N2 +
+HV
e-
H2O+ N2+ + e- O2 e N2+
H 3 O+ H 3 O+ H 3 O+
NH4+ H 3 O+ H 3 O+ NH4+ H 3 O+
• Az első fázisban a tű elektronokat fog be és N2+, O2+, H2O+… ionok (primer ionok) képződnek. • A primer ionok rövid élettartamúak: átadják töltésüket az oldószernek, H3O+, NH4+, RH2O+… (reaktáns ionok) keletkeznek. • A reaktáns ionok átadják töltésüket a vizsgálandó vegyületnek, [M+H]+ képződik.
24
Koronakisülés: negatív ion képződés mechanizmusa OH-
NO2-
OH-
RO-
CO3- HCO3OHOO2 - O 2
-HV
OH-
O2 -
O3 -
OHRO-
NO2-
OH-
CO3-
OH-
CO3O 3 e- e- O2e-O2-
• Az első fázisban a tű elektronokat bocsát ki és O3-, O2-, NO2-, CO3- (primer ionok) képződnek. • A primer ionok rövid élettartamúak : átadják töltésüket az oldószernek, OH-, HCO3-, RO- (reaktáns ionok) keletkeznek. • A reaktáns ionok átadják töltésüket a vizsgálandó vegyületnek, [M-H]képződik.
APCI LC-MS Interface előnyei és hátrányai Előnyök
Pozitív és negatív ionok, közepesen poláros/illékony komponensek Nincs nemkívánatos fragmentáció Kvalitatív és kvantitatív meghatározás 0,2-2 ml/perc áramlási sebesség
Hátrányok Hőbomlás következhet be Csak egyszeres töltésű ionok keletkeznek
Nem alkalmas apoláros molekulák vizsgálatára Poláros vegyületek – ESI érzékenyebb
pH nem befolyásolja az ionizációt Jobban tolerálja a puffereket, mint az ESI (nagyobb érzékenység) Könnyű installálni és üzemeltetni Egyszerűen kapcsolható HPLCvel
25
ESI vs. APCI 493
537
581
+22
625
% Intensity
449
+17
80 576
60405
20
714
620 665
532
40
471 450
559
515
500
471
603
550
600
802 797
692
650 m/z, amu
603
559
515
648
736
700
750
846 741 824
800
890
850
APCI 692
736
427
60
780
648
80
% Intensity
758
709
753
488 427
ESI
+38 670
780
40 449
20
493
537
824 581
868
670
625
758
846
405
450
500
550
600
650
m/z, amu
700
750
800
890
850
Atmoszférikus nyomású fotoionizáció (APPI) HPLC inlet
Nebulizer
Vaporizer (heater) Drying gas h
UV Lamp
+ + +
+
+
+
+
Capillary
26
Fotoionizáció elve Fotoionizáció: h > IP M + h M+• + eGerjesztés (de nincs ionizálás): h < IP M +h M*
Legtöbb szerves vegyület IP < 10 eV
Tipikus HPLC oldószerek IP > 10 eV Milyen energiájú fotonokat érdemes választani?
27
Szelektív ionizálás 3 lámpa alkalmazható
Kr: 10.0 eV
Xe: 8.4 eV
15.58 12.62 12.20 12.07 10.84 10.40 10.13 9.93 9.70 9.26 9.24 8.99 8.83 8.14 7.88 7.53
Ionizációs potenciál (eV)
Ar: 11.2 eV
Nitrogen Water Acetonitrile Oxygen Methanol Methyl pentanoate Hexane Heptane Acetone Pyridine Benzene Amphetamine Toluene Naphthalene Reserpine Triethylamine
“Dopant” Az ionizáció hatékonysága növelhető ún. “dopant” molekula alkalmazásával. Direkt fotoionizáció M + h M+• + eDopant-közvetített fotoionizáció D + h D+• + eD+• + M D + M+• Általánosan alkalmazott „dopant” molekulák: toluol, aceton
28
Párhuzamos reakciók: protonált ionok keletkezése Az M+• gyökion képződése mellett protonált ionok [M+H]+ is keletkeznek (domináns vagy kizárólagos is lehet): pl.
D + h D+• + eD+• + S [D-H]• + [S+H]+ [S+H]+ + M S + [M+H]+
APPI LC-MS Interface előnyei és hátrányai Előnyök
Hátrányok
Pozitív és negatív ionok, apoláros komponensek
Kevés cikk - gyakorlati problémák?? Gyökion vagy protonált molekulaion? Nem illékony pufferek???
Molekulatömeg információ Minimális háttérinterferencia, szelektív ionizáció Könnyű installálni
Nem alkalmas poláros molekulák vizsgálatára
Egyszerűen kapcsolható HPLC-vel Kombinált ionforrások
29
APPI példák Naftalin és Diphenyl-Sulfide: M+• 100
128, M +.
80
% Rel. Int.
60
40
20
0 100
200
300
400
500
400
500
m/z
100
186, M
+.
S
80
% Rel. Int.
60
40
20
0 100
200
300 m/z
APPI példák Carbamazepine és Acridine: [M+H]+ 100
194
237, [M+H]+
80
194
% Rel. Int.
60
40
O
NH2
2H
20
0 100
200
300
400
500
m/z
100
180, [M+H]
+
N
80
% Rel. Int.
60
40
20
0 100
200
300
400
500
m/z
30
Spray ionizációs technikák vs. alkalmazások
Deszorpciós ionizáció – MALDI Matrix Assisted Laser Desorption
K. Tanaka Kémiai Nobel Díj 2002
31
MALDI •
Mintát UV abszorber folyadék mátrixban oldjuk (co-cristallized) nagyon gyors helyi felmelegedés!
•
Alacsony minta koncentráció: minta/mátrix 1:100.000
•
Mátrixok: nikotin-sav, dihidrobenzoesav (DHB), hidroxifahéjsav (HCCA), stb. segíti az ionizációt, minimális mintabomlás
MALDI • • •
legérzékenyebb MS módszer, 10-15 – 10-21 mol
• • • •
toleráns sószennyezésre (mmol conc.) (ESI kevésbé)
pozitív és negatív ionok közepes és nagy tömegű molekulák vizsgálatára alkalmas ~ 3-400 – 1.000.000 Da rutin technika alkalmas keverékek direkt analízisére Legnagyobb áteresztőképességű módszer – akár több minta/perc alap ionizációs technika peptidek és proteinek vizsgálatára
• •
On-line nem kapcsolható kromatográfiával
•
Nem alkalmas mennyiségi meghatározásra
Nagy tömegű molekulák esetén (> 30 kDa) a molekulacsúcs széles lehet (pontos tömeg – átlagtömeg?)
32
MALDI Spektrum:
- intakt molekula - főként egyszeres, esetleg kétszeres töltésű ionok - protonált, gyakran kation addukt molekulák pl. (M+Na)+, (M+K)+ - kis mértékű fragmentáció
1800 1600 1400
M+2H2+
MH+
1000
Intakt immunoglobulin G (IgG) spektruma
800 600 400 200 0 50000
100000
150000
200000
m/z
MALDI Használható keverékek vizsgálatára: peptidek és glikopeptidek meghatározására, ~70% szekvencia átlag
15 000
5 000
171-176
10 000
ORM1 109 -135(1mc)
20 000
ORM1 F2/S 153-161 ORM1 F1/2A 153-161 ORM 2A 96-105 ORM1 F1/F2 109-1 20
25 000
ORM2 163-152 Tryp 50-69 Tryp 70-89
30 000
ORM2 91 -105
ORM1 136 -149 ORM1 91-105
64-68
AGP peptides 35 000
c p s , in te n s ity
intensity
1200
AGP glycopeptides
0 1 000
200 0
300 0
400 0
50 00
60 00
7 000
m /z , a m u
glikopeptid (AGP) triptikus emésztése
33
Egyéb deszorpciós ionizációs technikák •
Gyors Atom Bombázás (FAB), liquid SIMS,LSIMS ionizálás semleges gyors atomnyalábbal (Xe) a mintát folyékony mátrixban oldjuk (glicerin, NOBA, tioglicerin, stb.) 5000 Da alatti minták vizsgálatára
•
kvázi molekulaion (M+H)+, (M+Na)+ (M+K)+ Secondary Ion Mass Spectrometry (FIB, SIMS) ionizálás Cs+ ionnyalábbal a mintát folyékony mátrixban oldjuk (glicerin, NOBA, tioglicerin, stb.) 5000 Da alatti minták vizsgálatára kvázi molekulaion (M+H)+, (M+Na)+ (M+K)+ mátrix feladata: csökkenti a minta bomlását, növeli az ionok stabilitását
34
Ionizációs módszerek Tömegtartomány
Jellemző
direkt vagy GC
1000-es molekulatömegig
Intenzív fragmentáció, fragmensek révén szerkezeti információ
viszonylag kicsi, illékony, apoláris molekulák
direkt vagy GC
1000-es molekulatömegig
lágy ionizáció, molekulaion csúcs
Atmoszférikus nyomású fotoionizáció (APPI)
viszonylag kicsi kevéssé poláris molekulák
LC vagy direkt folyadék
1000-es molekulatömegig
lágy ionizáció, de fragmensek időnként észlelhetők molekulaion csúcs vagy gyökion!!!
Atmoszférikus nyomású kémiai Ionizáció (APCI)
viszonylag kicsi, közepesen illékony és kevéssé poláris molekulák
LC vagy direkt folyadék
2000-es molekulatömegig
lágy ionizáció, molekulaion csúcs
Electrospray (ESI), Elektroporlasztás
nem illékony, poláris (nagy) molekulák
LC vagy direkt folyadék
200000-es molekulatömegig
lágy ionizáció, gyakoriak a többszörösen töltött ionok, adduktok
Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation (MALDI)
nem-illékony, poláris (nagy) molekulák
a minta szilárd mátrixban
500000-es molekulatömegig
Ionizációs technika
Célvegyületek
Elektron (ütközéses) ionizáció (EI)
viszonylag kicsi, illékony, apoláris molekulák
Kémiai ionizáció (CI)
Mintabevitel
lágy ionizációs módszer Nincsenek többszörösen töltött ionok
Készüléktípusok/analizátorok sample prep. inlet system VACUUM or AP
Analyser
ELECTRONICS
Ion Source
HIGH VACUUM
Detector
PC
35
Készüléktípusok/analizátorok Szektor készülékek (elavult)
Egyszeres ill. 2x fókuszálású mágneses analizátorok
Kvadrupól & hármas-kvadrupól készülékek (leggyakoribb) Ioncsapda (MSn) Orbitrap (nagy felbontás) Repülési idő (TOF, nagy felbontás) FT-ICR készülékek (legnagyobb felbontás)
Miért van szükségünk analizátorokra? ● Ionok elválasztása megfelelő felbontással. ● Felbontás: R=M/DM
FWHM (full width at half maximum) = M/DM 1000/0.5 = 2000
DM
36
Szektor készülékek -érzékenyek, nagy felbontás, ionkémiai vizsgálatok -drágák, nehezen automatizálhatók, lassúak, elavultak, ma már nem gyakoriak (pl. dioxin vizsgálatra MSZ)
37
Kvadrupól készülék • tipikus ‘workhorse’, MS/MS, • tipikusan 2-3000 Da tömegtartomány • Kvantitatív vizsgálatokra a legjobb • egységnyi felbontás
EI Quad animation
38
Repülési idő (TOF) készülékek • • • • •
tömegtartományuk nem limitált nagyfelbontás karbantartásuk egyszerű, olcsó kis dinamikus tartomány Működési elv: • •
m/z a repülési idővel négyzetesen arányos Kis ionok gyosabban, nagy ionok lasabban repülnek, kalibráció után tömeggel arányos
• Gyakran használják “hybrid” készülékként (QTOF, stb.)
Leghosszabb repülési úthossz ● Spiral TOF
39
Bruker MALDI-TOF
40
Ion csapda • olcsó, legérzékenyebb készülékek • MSn • egységnyi vagy nagyfelbontás (csak szűk tömegtartományban) • Végtelenített kvadrupól:három dimenziós kvadrupólus tér (nyolcas) • Kvantitatív vizsgálatokra csak szűk linearitási tartományban alkalmas. • Különböző technikai megoldások: lineáris ioncsapda, 3D ioncsapda
FT-ICR • mágneses tér és elektrosztatikus tér : spirális pálya • kis m/z gyorsan, körpályán mozog – körmozgás szögsebessége a tömegtől függ -feszültséget indukál- több tömeg, bonyolult jel- Fourier transzformáció • tetszőleges ideig a cellában tarthatók az ionok – speciális vizsgálatok • nagyfelbontás (1 millió), párhuzamos ion detektálás- nagy érzékenység • ˝high quality˝ kutató készülék
41
Orbitrap
Hu, Q., Makarov, A., Noll, R. J., Cooks, R. G., TPG 127
42
Analizátorok és tulajdonságaik Készüléktípusok:
Qadrupoles (Q, QQQ)
Ion traps
TOFs (TOF, QTOF)
Orbitrap
FT-MS (FT-ICR)
kvantitatív vizsgálat „workhorse” készülékek szerkezetfelderítés (MSn) Pontos tömeg, széles tömegtartomány Csúcskészülékek, legnagyobb felbontás
M. Holcapek, Journal of Chromatography A, 1259 (2012) 3–15
Relative use of instrument types in LC-MS papers (2012)
Source: Holcapek, Journal of Chromatography A, 1259 (2012) 3–15
43
“Hybrid” készülékek
• Q/TOF: érzékeny, alkalmazás orientált (nagy felbontás)
• QTrap: érzékeny, alkalmazás orientált (tandem MS) • Lineáris IonTrap-FT-ICR: nagy érzékenység+felbontás
Micromass QTOF Premier
44
