TÖMEG-SPEKTROMETRIA (MS)

1. TÖMEG-SPEKTROMETRIA (MS) Irodalom: H.H. Willard et al.: Instrumental methods of Analysis, Wadsworth, Belmont, USA, 1988

2. Tartalom • Ionforrások • Analizátorok • Detektorok • Analitikai jellemzők Minőségi és mennyiségi elemzésre, molekulaszerkezet-vizsgálatra alkalmas; Nagy érzékenység (szelektív analizátor, jó detektor); Mintamennyiség: <ng-mg

3. Elve + ionok létrehozása gázállapotban, ezek eltérítése Q/m alapján elektromos és/vagy mágneses térben (energia, sebesség, momentum alapján), energia szerint gyorsít, momentum alapján válogat – MS (hagyományos) energia és sebesség aalpján – time-of-flight MS momentum és sebesség alapján – Fourier transzformációs MS detektálás MINTA: folyadék/szilárd/gáz adagoló ionforrás m analizátor ionbegyűjtő adatfeldolgozó vákuum <10-6 torr

4. IONFORRÁSOK 1. Szikrakisüléses ionforrás (SS=spark source=field ionization): 2 közeli elektróda közötti erős elektromos tér (107-108 V/cm) hatására az anódból (hegyes tűalak), vákuumban e- lép ki A minta maga az anód, vagy annak a felületén van. Hatásfoka 1 nagyságrenddel rosszabb mint az EI-é. 2. Termikus ionizáció (TI): A mintával bevonják a fém mintatartót (pl. W szálas filament) és párolgásig melegítik (kb. 2000°C-ig), közben a minta részben ionizálódik az ionizációs potenciál függvényében.

5. 3. Elektronokkal kiváltott ionizáció (EI): a filamentből e-ok lépnek ki (6-70 V potenciálon) és ionizálják a molekulákat, melyek az adagolóból (Molecular leak) érkeznek az ionforrásba a vákuum hatására; a kationokat 400-4000 V feszültséggel gyorsítják

6. 4. Kémiai ionizáció (CI): a kis mennyiségű minta molekulái ütköznek nagy mennyiségű ionizált gázzal: ionizált gázt EI (200-500 V) módszerrel állítják elő: pl. CH4 + e-→CH4+ + 2e- CH4+ másodlagos ütközési folyamataiban plazma keletkezik (lehet Ar, N2, He) lehet – ionokkal is ionizálni (pl. Cl-); a plazmában ütközésekben ionizálódik a beporlasztott minta

7. 5. Plazma ionizáció (ICP és GD) Induktív csatolású plazma ionizáció (ICP) : Kis mennyiségű minta molekulái ütköznek nagy mennyiségű ionizált Ar gázzal: A tekercs mágneses tere és a gázban létrejövő örvényáramok hatására történik az ionizáció. Láng alakú plazma képződik: 6000-10000 oK Folyadék minta beporlasztása Ar árammal. Plazma ionizáció történik Glimm kisülésben is= Glow Discharge: A kisülési cellában elektromos térben (500-10000 V) Ar plazma alakul ki, az Ar+ ionokkal ütközve ionizálódik a katódra felvitt szilárd minta

8. 6. Ionizáció ion bombázással • Ionágyuból származó monoenergetikus nemesgáz ionok (pl. Ar+) hatására a vékony mintafelületből másodlagos ionok lépnek ki (ionágyuban e-okkal bombáznak nemesgázt) SIMS: 1mm átmérőjű ionsugárral felületeket pásztáznak • Fast Atom Bombardment ionágyuhoz hasonló berendezés, melyben az Ar+ ionokat elektrosztaikusan gyorsítják • Bombázás 252Cf hasadási termékeivel – Plazma deszorpció a mintatartófólia hátoldalát bombázva, a termelt hő hatására plazma deszorpció történik és a minta elpárolog/ionizálódik 7. Laser deszorpció a pulzált Laser sugár elpárologtatja és ionizálja is a molekulákat a fémfilmre vitt mintát a hátoldalról „világítanak” meg, hatására mikroplazma keletkezik ↕ Laser abláció: nem ionizáció, hanem a minta felületi rétegének eltávolítása, mely pl. ICP-ben ionizálódik. Így ICP-vel lehet szilárd mintáét is vizsgálni.

9. ANALIZÁTOROK • Mágneses analizátor Azonos Q/m esetében is lehet más a sugár, ha az energia különbözik ↓ Rossz felbontás!

10. 2. Kettős fókuszálású analizátor Az elektromos tér szétfókuszálja a különböző energiájú ionokat és az azonos energiájúakat vezeti egy résre Nagy felbontás!

11. 3. Kvadrupól analizátor Kis felbontás Olcsó, egyszerű

12. Detektorok • Fényképező lemez • Faraday detektor: csészealakú fémcső + erősítő becsapódó ion leadja a töltését→áram→feszültségimpulzus 3. Elektronsokszorozó ionsugár→szekunder e-→e- sokszorozás Channeltron: kürt alakú „folyamatos dinóda” üvegcső emittáló anyaggal bevonva, H.V (3 kV), vákuum nagy érzékenység • Daly detektor: Faraday detektor előtt - töltésű eltérítő elektróda, mely elválasztja a + ionokat és - elektronokat

13. Spektrumok Felbontás függ: ionforrástól, analizátortól, detektortól, üzemmódtól (egyedi elemzés vagy multi-elemes) Interferenciák: poliatomos ionok (MO+, MOH+, ArH+), többszörös töltésű ionok (M2+), mátrix effektus (jelintenzitás változik)

14. LD A legérzékenyebb analitikai módszerek közé tartozik: ICP MS: 2-4 ng/l ICP SF MS: 0,05 ng/l

15. Főbb alkalmazási területek • Izotópok elemzése • Szerves molekulák szerkezetének vizsgálata