Massispektromeetria

1. Massispektromeetria Kaspar Vulla

2. Massispektromeetria • .... analüütilise keemia instrumentaalne metoodika, mis tegeleb eelnevalt ioniseeritud ainete lahutamisega nende massi ja laengu suhte alusel vaakumis elektriväljade abil. Massianalüüsi eesmärk: • Ainete identifitseerimine • Kvantitatiivne analüüs • Ühendi elementkoostis • Struktuursed aspektid

3. Massispektromeetria • Ionisatsioon: uuriva analüüdi viimine ioonsele kujule energia andmisega proovile • Massianalüüs: ioonsete osakeste eristamine nende käitumise (liikuvus/võnkeamplituud/trajektoori stabiilsus) alusel elektriväljas. • Detektsioon: osakeste „ülelugemine“

4. Ionisatsioon • Ionisatsioon vajab reeglina energia sisestamist mingil kujul • Elektriline energia: ESI, DESI • Muude osakeste kineetiline energia: EI, SIMS • Keemiline energia: CI, APCI • Valgusenergia: MALDI, APPI, DAPPI • Helienergia: ? • „Keskkond“: olek ja koostis sõltuvad proovist või massispektromeetrile eelnevast lahutusmeetodist (LC, CE) ja tingivad ionisaatori valiku.

5. Ionisaatorid, lühendite selgitusi • ESI: electrospray ionization, elektronpihustus ionisatsioon • DESI: desorption electrospray ionization • MALDI: matrix assisted laser desorption ionization, • CI: chemical ionization, keemiline ionisatsioon • EI: electron ionization, elektronionisatsioon • APPI: atmospheric pressure photoionization, atmosfääri rõhul toimuv fotoionisatsioon • SIMS: secondary ion mass spectrometry

6. Ionisaatorid: ESI • Suhteliselt uus ja „pehme“ ionisatsioonitüüp • Taylori koonus ja Coloumb´i plahvatus

7. MALDI • samuti suhteliselt uus ja „pehme“ • Maatriks- proovi ettevalmistusosas lisatav lisand • võtab vastu laseri energia, annab selle edasi proovile

8. Electron ionization • Pikka aega kasutusel olnud ionisatsiooni tüüp kergesti lenduvatele ja väikestele molekulidele

9. Chemical ionization • Elektronionisatsioon edasiarendus • Elektronide kokkupõrge reagentgaasiga

10. DESI; DAPPI DESI: Proov „korjatakse“ ioniseerunud solvendi ja lämmastiku poolt proovialuselt ja viiakse MS-i DAPPI: kuumutatud aurujuga suunatakse proovialusele, kust ta korjab analüüdi endasse. Ionisatsioon krüptoonlambi abil

11. Massianalüüs • .... Eelnevalt ioniseeritud osakeste lahutamine massi ja laengu suhte (m/z) alusel elektriväljade abil. • Erineva massiga, kuid sama m/z-ga osakesed käituvad elektriväljades identselt. • Osakeste lahutamine võib toimuda väga erinevalt: • Ioonide perioodilise liikumise valikuline stabiilsus (ICR, orbitrap, iontrap) • Ioonide erinev kaldumine elektri ja magnetväljas • Ioonide lennuaja mõõtmine

12. Massianalüsaatorid: TOF

13. kvadrupool • 4- vardapaari: kaks laetud positiivselt, kaks negatiivselt. Lisaks rakendatud vahelduvvool • Teatud vooluparameetrite juures kindla M/Z – ga iooni stabiilne trajektoor

14. Kvadrupool-Ioonlõks • Osakeste • valikuliselt stabiilsed sinusoidsed trajektoorid

15. FT-ICR • Täpseim ja kõrgeima resolutsiooniga massispektromeeter • R >1000000 • Lorenzi jõud: magnetväljas asuvad ioonid hakkavad liikuma magnetväljaga risti ringtrajektooridel • http://www.youtube.com/watch?v=7EHngA4S3Ws

16. MS kvaliteedinäitajad • Resolutsioon: R= m/Δm • Massitäpsus, tundlikkus, jne.

17. Massispekter • Massispektromeetrilise mõõtmise graafiline väljendus • VALE: kõikide proovis leiduvate ainete signaalid nende massi kasvamise järjekorras • Osakese signaali jõudmine spektrile sõltub: • Negatiivne või posiivne töörežiim • Konkreetse ühendi ionisatsiooniefektiivsus • Mõõdeteva ühendi fragmentsioon • Tekkivad adduct- ioonid (näiteks M + Na+)

18. Loodusliku ekstrakti massispekter

19. ESI massispekter

20. ESI massispekter

21. Ühendi identifitseerimine

22. Tandemmassispektromeetria • Tandemmassispektromeeter: mitme massispektromeetri hübriidlahendus • Osakesi saab välja valida, fragmenteerida, fragmentide massi mõõta (fragmentspekter) • „Virtuaalne tandem“: ei ole mitut massispektromeetrit, kuid sarnased eksperimendid (näiteks ioonlõks)

23. Q-TOF

24. Ioonlõks: Fragmentspekter ja selle seostamine ühendi struktuuriga

25. Q-TOF: Fragmentspekter ja selle seostamine ühendi struktuuriga

26. Signaali isotoopjaotus • Tuleneb uuritava aine koostises olevate keemiliste elementide isotoopidest • Peamine isotoop süsinik C13

27. MS kombineerituna lahutusmeetoditega • Proov lahutatakse eelnevalt osadeks ja seejärel analüüsitakse MS-ga • LC-MS • CE-MS • GC-MS • LC-IMS-MS • Miks vajalik? • Lisaandmed analüüsitava aine keemiliste omaduste kohta • Lihtsustab massispektrite interpreteerimist • suurendab süsteemi tundlikkust

28. LC-MS • Levinuim ja olulisim • Ained lahutatakse enne massianalüüsi sõltuvalt ainete interaktsioonist vedela mobiilse ja tahke statsionaarse faasiga • Väga universaalne meetod

29. GC-MS • Väga täpne ja reprodutseeritav • Ained lahutatakse enne massianalüüsi sõltuvalt ainete interaktsioonist gaasilise mobiilse ja tahke statsionaarse faasiga • Kohaldatav madalmolekulaarsetele kergesti lenduvatele ainetele

30. CE-MS • Ained lahutatakse enne massianalüüsi sõltuvalt nende liikumiskiirusest pingestatud vedelikuga täidetud kapillaaris • Tundlik, kiire meetod

31. LC-IMS-MS • LC ja MS vahel asub ioonmobiilsusrakk milles: • ained lahutatakse üksteisest sõltuvalt nende liikuvusest gaasiga täidetud pingestatud „kolonnis“. • Saab lahutada keemiliselt väga lähedasi aineid ja isomeere.