1. dia

1
14. TÖMEGSPEKTROMETRIA
14.1. A tömegspektrometria alapjai
14.2. A tömegspektrometria muszerei
14.3. A tömegspektrometria alkalmazása
2
14.1. A tömegspektrometria alapjai

• Izolált, ionizált részecskék tömeg-töltés arányuk
  szerinti elválasztása
• Angolul Mass Spectrometry (MS)

3
A tömegspektrométer fo részei
mintabevitel
ion gyorsító
tömeg- analizátor
ionizátor
detektor
vákuum
jelfeldolgozás
4
Egyszeres fókuszálású tömegspektrométer
5
Egyszeres fókuszálású készülék Az anyagot
ionizálják, az ionokat eloször elektromos térben
gyorsítják, majd mágneses térben elválasztják.
A részecske tömege m,
elektromos töltése e.
U feszültséggel gyorsítjuk.
6
A kinetikus energia
7
Homogén mágneses térbe kerül. (A mágneses
indukció iránya meroleges a belépo töltés
mozgásának irányára)
Lorentz ero
e az ion töltése (az elemi töltés egyszerese,
kétszerese, stb.)v az ion sebességeB a
mágneses indukció
8
A mozgás irányára meroleges ero körmozgásra
készteti az ionokat (centripetális ero).
Jobb-kéz szabály hüvelykujj az áram irányába a
többi kinyújtott ujj a mágneses tér
irányába.Tenyerünk így az ero irányába mutat.
B meroleges a papír síkjára
9
(No Transcript)
10
Töltött részecskék szétválása mágneses térben
11
Az ionizáció módszerei
Gozfázisú módszerek elektron ütközéses
ionozáció kémiai ionizáció Deszorpciós
módszerek szekunder ion tömegspektrometria bombá
zás gyors atomokkal MALDI Elektroporlasztásos
ionizáció
12
Az ionizáció módszerei
a) Elektronütközéses ionizáció
(pozitív gyökion)
(negatív gyökion)
A pozitív gyökionok stabilabbak.
A tömegspektrometria csaknem kizárólag pozitív
ionok szétválasztásával foglalkozik.
13
Elektronütközéses ionizáció (electron impact, EI)
Izzószál (termikus elektronemisszió)
e-
minta (goz)
M?
ion gyorsító rések 1.rés taszító () 2. rés
vonzó (-) 3. rés vonzó (-----)
anód
ütközo e- en. 70keV
14
Fragmentáció
Az ionok tovább bomlanak párhuzamos és
konszekutív reakciókban
15
b) Kémiai ionizáció (CI) ez is EI, de a mintához
nagy feleslegben ( 0,5 Torr) reagens gázt (CH4,
NH3, izobután) adnak
Elsosorban a reagens gázok ionizálódnak,ezek
ütköznek a vizsgálandó molekulákkal.
Foleg MH ionok (molekulacsúcs) keletkeznek a
molekulacsúcs azonosítására szolgál.
16
Citronellol kémiai ionizációs tömegspektruma
Reagensgáz i-C4H10 EI, fragmentáció i-C4H10 ?
i-C4H9 CI M i-C4H9 ? MH i-C4H8 (proton
átadás)
http//www.chem.unl.edu/dsmith/Chemical
Ionization.pdf
17
Citronellol EI-vel és CI-vel kapott tömegspektruma
18
c) Szekunder ion tömegspektrometria (SIMS,
Secondary Ion Mass Spectrometry)
Szilárd mintát Ar ionokkal vagy O2 ionokkal
bombáznak.
A felületrol atomok és ionok lépnek ki.
A felület vizsgálatára szolgáló módszer.
19
d) Bombázás gyors atomokkal (FAB, Fast Atomic
Bombardment)
Nem illékony mintákra alkalmas.
A mintát feloldják (pl. glicerinben).
Semleges atomokkal (Ar, Xe) bombázzák
Biológiai, gyógyszeripari minták vizsgálata
20
The Nobel Prize in Chemistry 2002 "for their
development of soft desorption ionisation methods
for mass spectrometric analyses of biological
macromolecules"
John B. Fenn 1917- 2010
Koichi Tanaka 1959-
21
A repülo elefánt (biológiai makromolekulák
ionjai gozfázisban)
22
e) MALDI matrix-assisted laser
desorption-ionisation (Tanaka)
mátrix aromás sav
23
f) Elektroporlasztásos ionizáció ESI
Electrospray Ionisation (Fenn)
3000 V
24
Detektor elektronsokszorozó
Katód az ionok detektálására érzékeny
Nincs ablaka (nagy vákuumban van)
http//huygensgcms.gsfc.nasa.gov
25
Felbontás
M a vizsgálat ion móltömege, ?M az éppen még
felbontott két csúcs közötti tömegszámkülönbség
Pl. 500-as felbontás esetén az 1000-es és
az 1002-es tömegszámú csúcsot külön jelzi,
az 1000-es és az 1001-es tömegszámú csúcs
egybeolvad.
26
14.2. A tömegspektrometria muszerei

• Csoportosítás a tömeganalizátor szerint
• Egyszeres fókuszálású tömegspektrométer
• Kettos fókuszálású tömegspektrométer
• Kvadrupol tömegspektrométer
• Repülési ido tömegspektrométer

27
a) Egyszeres fókuszálású tömegspektrométer
28
Spektrum mágneses tér változtatásával
vagy gyorsító feszültség változtatásával
Felbontás 100-tól néhány 1000-ig
29
b) Kettos fókuszálású tömegspektrométer
Az ionok elválasztása két lépésben, elektromos
térrel és mágneses térrel
Felbontás néhány tíz ezertol 100 ezerig
30
Kettos fókuszálású tömegspektrométer
31
c) Kvadrupol tömegspektrométer
Négy elektród (párhuzamos fémrudak)Közöttük
halad az ionsugár.
Két-két szemben lévo elektród mindig azonos
potenciálon van.
A potenciálnak váltóáramú és egyenáramú
komponense is van.
32
Kvadrupol tömegspektrométer
33
Az elektródok feszültsége az ido függvényében
34
Adott feszültség-amplitúdók esetén egy bizonyos
tömegtartományba eso ionok oszcillálnak.
Még mielott belezuhannának az egyik elektródba,
megfordul a polaritás. Így az ionok végigjutnak a
rudak közötti üregen és elérik a kilépo rést.
Az eltéro m/e-vel rendelkezo ionok egyre nagyobb
amplitúdóval oszcillálnak, és belezuhannak
valamelyik elektródba.
35
Elonyök gyors (nem a mágneses teret
változtatjuk) m/e lineárisan
változik a térerosséggel
Felbontás max 3000
36
d) Repülési ido tömegspektrométer (TOF
Time Of Flight)
Az iongyorsítóban a különbözo tömegu (de azonos
töltésu) ionok azonos energiára tesznek szert
A nagyobb tömeguek kisebb sebességuek,a kisebb
tömeguek nagyobb sebességuek lesznek.
37
Repülési ido tömegspektrométer
Felbontás néhány száztól néhány százezerig
38
14.3. A tömegspektrometria alkalmazásai

• a) Analitikai alkalmazások
• Szerves molekulák szerkezetvizsgálata
• Polimerek vizsgálata
• Proteomika fehérjék vizsgálata

39
a) Analitikai alkalmazás
Móltömegek meghatározása
Gázkeverékek kvantitatív analízise
Nyomelemzés
Izotóp-arány mérés
Elemanalízis
Kromatográfiával kombinált tömegspektrometria
(GC-MS, LC-MS)
40
Elemanalízis nagypontosságú tömegspektrometriával
(HRMS)
Példa klozapin elemanalízise Módszer (ESI)MS-TOF
http//www.chem.agilent.com/Library/posters/Public
/ASMS_2011_TP_242.pdf
41
Elemanalízis nagypontosságú tömegspektrometriával
(HRMS)
Pontos izotóptömegek
Számított pontos molekulatömegek
1H 1,0078
2H 2,0141
12C 12,0000
13C 13,0034
14N 14,0031
16O 15,9949
35Cl 34,9689
37Cl 36,9659
12C181H1935Cl14N4 326,1295
(kém. Ionizáció miatt) 12C181H2035Cl14N4 327,1373
12C1713C1H2035Cl14N4 328,1407
12C181H2037Cl14N4 329,1343
42
b) Szerves molekulák szerkezetvizsgálata
A csúcsok típusai
Molekulacsúcs
Fragmens csúcsok
M?AB
Többszörös töltésu csúcsok
Metastabil csúcsok (rövid élettartamú ionok)
43
Tiofén
44
n-bután
45
n-bután 1) molekulacsúcs m/e 58-nál viszonylag
kis intenzitású
2) m/e 43-nál van a legvalószínubb csúcs
58-43 15, tehát egy metil-csoport hasadt le,
C3H7 ionból származik
3) m/e 59-nél kis csúcs, 13C illetve 2H
természetes jelenléte miatt (szatelit csúcs)
4) m/e 29 C2H5 de C4H102 is.
5) m/e 25,5 51-es, 2-szeres töltésu ion.
46
c) polimerek vizsgálata
Polisztirol analízise MALDI-TOF
tömegspektrométerrel
20000-es molekulatömegu polisztirol Mátrix
2-nitrofenil-oktiléter
U. Bahr, Anal. Chem. 64, 2466 (1992)
47
d) fehérjék szerkezetvizsgálata
1. lépés Fehérje bontása enzimmel peptidekre
http//www.moffitt.org/
48
d) fehérjék szerkezetvizsgálata
2. lépés
Fehérje bontásából eloállított peptid spektruma
(MS/MS)