T

1
Tömegspektrometria

• A tömegspektrometria olyan vizsgálati módszer,
  amelynél ionos részecskéket választunk el
  fajlagos tömegük (töltésegységre eso tömegük
  m/z) szerint, csökkentett nyomáson, elektromos,
  vagy mágneses mezok segítségével.
• Az elválasztott ionok intenzitását folyamatosan
  mérjük, s így egy ionáram intenzitás - fajlagos
  tömeg függvény-kapcsolathoz, az ún.
  tömeg-spektrumhoz jutunk.
• Ez a tömegspektrum a minoségi információ alapja,
  ugyanis nincs két olyan szerves vegyület,
  amelyiknek a tömegspektruma azonos lenne.

2
Tömegspektrométer részei

1. Mintabeviteli rendszer (közvetlen gáz, folyadék,
   vagy szilárd minta bevitele, közvetett GC, HPLC.
2. Ionforrás az ionoptikával (ionok eloállítása).
3. Analizátor (ionok elválasztása fajlagos tömegük
   szerint).
4. Detektor (ion, vagy fotonsokszorozó).
5. Vákuumrendszer (elso fokozat egy olajrotációs
   szivattyú (0,1 kPa), a második egy
   turbomole-kuláris pumpa, mellyel 10-6-10-8 kPa
   nyomást lehet elérni).
6. Számítógép szabályzó és adatkezelo (adatgyujto,
   feldolgozó, értékelo, archíváló) funkcióval.

3
Ionforrások

• Feladata a vizsgálandó molekulából valamilyen
  gerjeszto energia (kinetikus, fény, elektromos,
  kémiai, stb.) segítségével ionokat hozzon létre
  és ezeket az ionokat lehetoleg azonos kinetikus
  energiával, egy nyalábban mozgatva, gyorsítva
  juttassa az analizátorba.
• 1, Elektronütközési (elektronimpakt) ionizáció
  (EI)
• Leggyakoribb (95)
• 50-75 eV energiájú termikus elektronok
  (wolfrámizzószál)
• Ütközési ionizáció gázfázisban

4
EI ionforrás
V tér
1 mintabevezeto nyílás 2 ionvisszavero lemez
(repeller) 3 izzószál 4 elektronbevezeto
nyílás 5 és 6 iongyorsító rés 7 belépo
nyílás 8 ionképzodés helye 9 anód
5
Etilbenzol spektruma
bázis csúcs
Relatív intenzitás
molekulaion
6
2, Kémiai ionizáció (CI)

• Kíméletesebb ionizáció
• Fragmensek számának csökkentése
• (tömegspektrum egyszerusítése).
• A mérendo mintát az elektronforrásba belépése
  elott "reagens" gázzal kb. tízezer-szeresére
  hígítják.
• A reagens gáz molekulái ionizálódnak. Az így
  keletkezett primer ionok ütközése a vizsgá-landó
  molekulákkal vezet a szekunder ionok
  képzodéséhez.

7
Kémiai ionizáció fobb lépései metán gáz esetén
Primer ionképzodés Szekunder ionképzodés
Pszeudo-molekulaion képzodése
8
Szilárd hordozóra felvitt minták vizsgálata

• 1, Gyors atom ütközési ionizáció Fast Atom
  Bombardment (FAB)
• Argonágyú (4-10 keV) ? szilárd hordozóra felvitt
  minta, vagy szilárd minta ? felületérol szekunder
  ionok kilökése ? analizátor.
• 2, Folyadék szekunder ion tömegspektrometria -
  Liquid Secondary Ion Mass Spectrometry (LSIMS)
• Céziumion ágyú (2-30 keV) ? lsd. FAB
• Hordozó fém
• Mátrix glicerin, 3-nitro-benzil-alkohol
• Hoérzékeny vegyületek kíméletes ionizációja

9
FAB és LSIMS
MH MNa
10

• Alkalmazás peptidek és más biomolekulák,
  szulfonsav-származékok, ionos szerves
  fémvegyületek.
• FAB az egyik legjobb ionizációs technika ionos
  vegyületekre.

Etilén-glikol-monoéter
11
Mátrix közvetítésével végzett lézer deszorpciós
ionizáció - Matrix Assisted Laser Desorption
Ionization (MALDI)

• Fotoionizációs jól szabályozható lézerforrás
  ? mátrix molekulák (fotodisszociáció elkerülése)
  ? vizsgált molekulák
• Kíméletes ionizáció
• Termikusan érzékeny anyagok, enzimek, hormonok,
  vagy akár több százezer dalton tömegu
  biomolekulák, fehérje szekvenciák
  tömegspektrometriás vizsgálata.

12
MALDI
N2 lézer 337 nm, UV Mátrix (benzoesav és
fahéjsav származékok, 100x feleslegben) és minta
beszárítása vákuumban Mátrix adszorbeálja a
lézerfényt ? elpárologtatja és ionizálja a
mintamolekulákat
13
(No Transcript)
14
A Bovine Serum Albumin (BSA) MALDI spektruma
15
Folyadékok ionizálási módszereiHPLC-interfész
technikák

• Termoszpré (Thermospray) vákuumba porlasztás,
  hostabil vegyületek.
• Elektroszpré (Electrospray) - atmoszférikus
  nyomáson folyadék porlasztás, hoérzékeny és
  ionizálható vegyületek.
• Atmoszférikus nyomású kémiai ionizáció
  Atmospheric Pressure Chemical Ionization (APCI)
  atmoszférikus nyomáson folyadék porlasztás,
  hostabil és nem ionos vegyületek, kémiai
  ionizáció.
• LÁGY IONIZÁCIÓ, KISMÉRTÉKU FRAGMENTÁCIÓ

16
ELECTROSPRAY (ESI)

• Elektrospray ionizáció során a kromatografáló
  oszlopról eluálódó ionos molekulákat (szerves
  savak, szerves bázisok, vagy sóik) egy porlasztó
  gáz egy feszültség alatt lévo kapillárison
  porlaszt keresztül.
• A folyadékcseppekbe zárt töltéshordozók surusége
  az intenzív párolgás (nincs hobomlás!)
  követ-keztében egyre nagyobb lesz, s szinte
  szétrob-bannak a cseppek, s a szabaddá vált ionok
  gyorsítás után az analizátorban elválaszthatók
  fajlagos tömegük szerint.

17
ELECTROSPRAY
1-3 kV
18
Pozitív ionizáció Negatív ionizáció
Amino Karboxil
Amid Hidroxil/fenol
Észter Imid
Aldehid/keto
19

• Pozitív ionizációMH, MNa, MCH3CNH
• Negatív ionizációM-H- MHCOO-
• Lassú áramlási sebesség lt 1 ml/min
• Eluens pH
• - Savas, a bázikus komponenseknél, pozitív
  módban.
• - Bázisos, a savas komponenseknél, negatív
  módban.
• Puffer Illékony és kis koncentrációjú (ion
  szupresszió elkerülése)

20
Lószív mioglobin ESI tömegspektruma (M 16955 Da)
Gauss görbe
21
APCI

• Az APCI eredetileg nem ionos vegyületek
  vizsgá-latára alkalmas ionizációs interfész.
• A folyadékkromatográfiás eluens molekulái
  ionizálódnak (pl. a vízbol keletkeznek H3O), s
  ezek az ionok képesek protonálni (kémiai
  ioni-záció) az eredetileg nemionos molekulákat.
• A keletkezo pszeudo-molekulaionokat (MH),
  (MNa), (Moldószer ionja) és néhány
  fragmen-sét gyorsítás után az analizátor
  választja szét.
• Poláros szerves vegyületek analízise
• (gyógyszerek!)

22
APCI
N2
400 0C
3 kV
23
(No Transcript)
24
Atropin APCI tömegspektruma
25
MS-ANALIZÁTOROK

• Az analizátor választja el az ionforrásból nagy
  sebességgel érkezo ionokat fajlagos tömegük
  szerint.
• Fajtái
• 1. repülési ido (TOF time of flight),
• 2. elektromos, pl. kvadrupól és ioncsapda,
• 3. mágneses analizátorú,
• 4. elektrosztatikus,
• 5. kettos fókuszálású (nagy felbotóképességu),
• 6. tandem (MS/MS, MSn) .

26
TOF

• Ha minden töltéshordozó azonos kinetikus
  energiára tesz szert, akkor egyszeres iontöltés
  esetén

Z iontöltése V gyorsítófeszültség v ion
sebessége t ido L úthossz m tömeg
27
Kalibrálás pontosan ismert m/z értéku ionokra Ha
L 1m és V 2000V, akkor t N2 8,37 µs és t
O2 8,94 µs
28
V/V0 állandó ? a meghatározó!
29
Ioncsapda Ion Trap (IT)
30

• Az elektronemitterbol érkezo elektronok egy
  kapuelektródon át 50-80 eV-os energiával jutnak
  be az ioncsapda elektródok közé, ahová a mintát
  is bevezetjük. Ionizáció (EI, CI).
• Az ioncsapda elektródok olyan háromdimenziós
  teret hoznak létre, amelyben az ionok aperiodikus
  oszcillációra kényszerülnek, s a csapdában vannak
  mindaddig, amíg egy axiális amplitúdó moduláció
  (RF változtatása) az adott fajlagos tömegu és
  adott rezgésre képes iont az ionsokszorozó
  detektorba nem juttatja.
• Érzékenyebb, mint a kvadrupól.
• Kis helyigény.
• MS/MS könnyen megvalósítható.

31
Detektor

• A detektor fo feladata az, hogy az egyes ionok
  számával arányos intenzitású jelet szolgáltasson.
  A legelterjedtebben ion-, vagy fotosokszorozó
  detektorokat használunk.
• Az ionsokszorozók (ionmultiplierek) eseté-ben a
  felfogó elektródra (dinód) becsapódó ionok
  elektronemissziót váltanak ki, ezek az elektronok
  a szemben elhelyezkedo elek-tródra csapódva
  szekunder elektronemisz-sziót hoznak létre
  (106-108 jelerosítés).

32

• http//www.shsu.edu/7Echm_tgc/sounds/pmt.mov

33
Tömegspektrométerek jellemzo adatai

• 1. felbontóképesség,
• 2. tömegtartomány,
• 3. felvételi sebesség,
• 4. kimutatási határ,
• 5. ionátviteli hatásfok,
• 6. homérséklettartomány.

34

• A felbontóképesség adott tömegtartományban két
  egymás melletti, eltéro tömegu ion mennyire
  különböztetheto meg egymástól.

35
Tömegspektrometria alkalmazása

1. gázelemzés lámpa töltogázok elemzése,
   fermen-tációs gázelegyek.
2. izotóparány mérés kozetek, ásványok, biológiai
   rendszerek elemeinek izotóparány meghatá-rozása
   (pl. geológiai kormeghatározás, fossziliák kora).
3. szervetlen környezetszennyezok elemzése ICP-MS.
4. szerves szerkezetvizsgálat (pontos tömegmérés,
   elemösszetétel, szerkezet meghatározása
   céljá-ból).
5. szerves rendszerek minoségi és mennyiségi
   összetételének meghatározása (GC-MS, LC-MS).

36
A mintaelokészítés muveletei

• 1, Fizikai muveletek
• - mintavétel (homogén, heterogén, statisztikus,
  vagy random kiválasztás),
• - aprítás, orlés, homogenizálás,
• - oldat készítés,
• - szitálás, szurés, dialízis,
• - centrifugálás és ultracentrifugálás,
• - betöményítés és szárítás (vakum bepárlás és
  fagyasztva szárítás - liofilizálás),
• - kivonás (extrakció).
• 2, Kémiai muveletek
• - hígítás, pH beállítása,
• - komplexképzo adalékok.
• - származékkészítés.

37
Szilárd-folyadék extrakció

• 1, Soxhlet extrakció
• Szilárd minták szerves anyag tartalmának
  klasszikus extrakciós módszere .
• Nem, vagy félig illékony összetevok
  meghatá-rozására.
• A mintát porózus cellulóz csobe helyezik.
• Jól oldó oldószert áramoltatnak a mintán
  keresztül.
• A cirkuláció melegítés hatására történik.
• Ido és oldószerigénye igen nagy (16-24 óra).

38

• SOXHLET Franz 1848-1926
• Lipidek kivonása tejbol

39
http//www.instrumentalchemistry.com/sampleprep/pa
ges/soxhlet.htm
40

• 2, Automata Soxhlet extrakció
• Az oldószer és a minta folyamatos és közvetlen
  érintkezésének köszönhetoen jelentosen csökken az
  ido és az oldószer szükséglet.
• Az extrakciót az oldószer forráspontján végzik.
• Lépések (2 óra)
• - minta és az oldószer érintkeztetése
• - minta és az oldószer elválasztása
• az extraktum betöményítése 1-2 ml-re.
• Hátránya, hogy az alacsony forráspontú
  összete-vok egy része a bepárlásnál elvész.

41
Gyorsított oldószeres extrakció Accelerated
Solvent Extraction (ASE)
42

• Alkalmazása
• Vízoldhatatlan, vagy vízben kevéssé oldódó
  szerves anyagok extrakciója szilárd mintákból
  (föld, agyag, üledék, iszap, stb.)
• Foszfor- és klórtartalmú peszticidek és
  herbicidek
• Poliklorozott bifenilek (PCB)
• Poliklorozott dibenzodioxidok és dibenzofuránok.
• Homérséklet 100180 C
• Nyomás 15002000 psi
• Elonyei
• Kismennyiségu oldószer (pár ml)
• Rövid ido (10-20 perc)

43
Technika Felhasznált oldószer mennyisége
Soxhlet 200-500 ml
Automata soxhlet 50-100 ml
Szonikálás 150-200 ml
Mikrohullámú feltárás 25-50 ml
ASE 15-45 ml
44
Szuperkritikus folyadék extrakció - 1990

• Extraháló oldószer szuperkritikus állapotú
  széndioxid ( 70 bar, 30ºC).
• A CO2 apoláris jellegu
• ( toluol, etil-acetát), ezért ha például PCB-ket
  akarunk kinyerni, akkor segédoldószert kell
  alkalmazni.
• Segédoldószerek
• - a klórozott szénhidrogének (CH2Cl2, CHCl3),
  tetrahidrofurán, izopropanol.

CO2 fázisdiagramja
45
Szuperkritikus közeg egyszerre viselkedik gázként
és folyadékként.
A gáz, a folyadék, illetve a szuperkritikus állapot jellemzoi A gáz, a folyadék, illetve a szuperkritikus állapot jellemzoi A gáz, a folyadék, illetve a szuperkritikus állapot jellemzoi A gáz, a folyadék, illetve a szuperkritikus állapot jellemzoi A gáz, a folyadék, illetve a szuperkritikus állapot jellemzoi
Tulajdonság Mérték egység Gáz Folyadék Szuperkriti-kus fluid
Suruség (?) g/cm3 10-3 1 0,3
Diffúziós állandó (Dm) cm-2/s 10-1 5?10-6 10-3
Viszkozitás (?) g/(cm?s) 10-4 10-2 10-4
46

• A folyamatot befolyásoló elsodleges paramé-terek
  
• - a széndioxid és a segédoldószer aránya
• T
• p
• Elonye a módszernek, hogy az oldószer
  eltávolítása a nyomás megszüntetésével egyszeruen
  megoldható és csak az extraktum marad vissza.
  Környezetbarát oldószer.
• Nehéz standardizálni és költséges a berendezés.

47
(No Transcript)
48
Klasszikus folyadék-folyadék extrakció
49

• A folyadék-folyadék extrakciót vizes közegu
  mintáknál alkalmazzuk. Az eljárás
  választó-tölcsérben való kirázást jelent, a
  meghatározni kívánt összetevonek megfelelo,
  vízzel nem elegyedo oldószerrel. (K - megoszlási
  hányados).
• Apoláris oldószerek hexán, heptán
• Halogéntartalmú oldószerek diklórmetán,
  szén-tetraklorid (toxicitás!).
• Poláris oldószer etil-acetát
• Savak alacsony pH-n
• Bázikus vegyületek magas pH-n

50
Szilárd fázisú extrakció Solide Phase
Extraction (SPE)
51
Lépések
52
SPE töltetek

• Fordított fázisú
• C18, C8, C6, C4, C2
• Normál fázisú
• Szilikagél, aluminium-oxid, diol, amino, ciano,
  fenil
• Ioncserés
• SAX, SCX
• Polimer gyanták
• Sztirol-divinil-benzol kopolimer
• Oasis HLB
• Vegyes
• Fordított fázis ioncserés, Oasis MCX, Oasis MAX

53
Oasis HLB (hydrophilic-lipophilic-balance)
Pore Size (nominal) 80 Å Particle Size 30 µm
or 60 µm for LP grade Surface Functionality
m-Divinylbenzene N-vinylpyrrolidone copolymer
                                                  
                                                  
                                                  
                                           
54

• 1, Töltet tömeg (bed mass)
• Szilika töltet tömeg 5-a a kapacítása
• (100 mg 5 mg anyagot köt).
• Polimer töltetek nagyobb felület ? nagyobb
  kapacitás (2-3x) ? 10-15
• 2, Töltet térfogat pórusok közötti tér
  pórustérfogat
• Kondicionálás, mosás és eluálás térfogata 4-8 X
  töltet térfogatnak
• Szilika 150 µl/100mg 1,2 ml
• Polimer 250 µl/100mg 2 ml

55
Molecularly imprinted polymers
56
(No Transcript)
57
Micro Extraction by Packed Sorbent (MEPS)  
58
(No Transcript)
59
Szilárd fázisú mikroextrakció - Solide Phase
Microextraction (SPME)
60
(No Transcript)
61
Az olvasztott kvarcszálat (fiber), a vízmintába
meríttetik állandó keverés mellett, ekkor a
szerves mikroszennyezok abszorbeálódnak az adott
komponensre jellemzo megosz-lási hányados
értékének megfeleloen. Idotartama 2 - 30 perc. A
fiberen szerves folyadékfilm van.
62
A mintát tartalmazó kvarcszálat a gázkromatográf
futött injektorába juttatva (200-300?C) a szerves
komponensek deszorbeálódnak.
63
Alkalmazott folyadékfilmek

• 1, Polidimetil-sziloxán (PDMS)
• 2, Polidimetil-sziloxán /Divinil-benzol
  (PDMS/DVB)
• 3, Carbowax/ Divinil-benzol (CW/DVB)
• 4, Poliakrilát (PA)

64

• lt TARGET"display"gt

65
Goztér analízis (Head Space)
66
Homérséklet hatása a megoszlásra
67
http//www.entechinst.com/Website20Update202008/
JPEG20Files/7100-7500Weblink.jpg
68
Purge and Trap

• Illékony apoláris szerves komponensek
  vízmintá-ból történo extrakciójára használják.
• 5-20 ml vízmintán nagytisztaságú gáz (pl. He)
  buborékol keresztül. Az illékony szerves
  komponensek a gázbuborékokkal eltávoznak és egy
  alkalmas adszorbensen szobahomérsékleten
  adszorbeálódnak.
• A futheto adszorbens oszlopról a minta néhány
  cm-es hutött kapillárisba kerül, ahol lecsapódik.
  Ez a kriofókuszálás.
• Deszorpció néhány másodperc alatt 200 - 300?C
  -ra felfutik a kapillárist és a minta GC-be
  kerül.

69
(No Transcript)
70
(No Transcript)
71
(No Transcript)
72
(No Transcript)
73
(No Transcript)
74
N 15
Mérési eredmény valódi érték rendszeres hiba
véletlen hiba Valódi érték???????
75
A mérési adatok eloszlási diagramja és az
elméleti Gauss-féle elosztást reprezentáló görbe
76
A mérési adatok szóródását az átlag érték körül a
standard deviáció (s) és négyzete a variancia
(s2) írja le.Véges számú mérést tudunk végezni ?
becslést alkalmazunk
RSD
77
(No Transcript)