+ All Categories
Home > Documents > MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms...

MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms...

Date post: 29-May-2020
Category:
Upload: others
View: 1 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
29
3/7/2014 1 Hmotnostní spektrometrie (2) Josef Chudoba Plynová chromatografie – hmotnostní spektrometrie Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS) Obsah: Plynová chromatografie - GC kolony, nástřik vzorku, spojení s MS spektrometrem Electron Impact ionizace (EI + 70 eV) - podstata ionizační techniky, iontový zdroj, tvorba molekulového iontu, fragmentace molekulového iontu - EI+ 70eV MS spektra vybraných sloučenin Databáze MS EI+ 70eV spekter Vyhodnocení (interpretace ) EI + 70 eV MS spekter Kalibrace hmotností v EI+ 70eV spektru
Transcript
Page 1: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

1

Hmotnostní spektrometrie (2)

Josef Chudoba

Plynová chromatografie – hmotnostní spektrometrie

Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS)

Obsah:

Plynová chromatografie

- GC kolony, nástřik vzorku, spojení s MS spektrometrem

Electron Impact ionizace (EI + 70 eV)

- podstata ionizační techniky, iontový zdroj, tvorba molekulového iontu, fragmentace molekulového iontu

- EI+ 70eV MS spektra vybraných sloučenin

Databáze MS EI+ 70eV spekter

Vyhodnocení (interpretace ) EI + 70 eV MS spekter

Kalibrace hmotností v EI+ 70eV spektru

Page 2: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

2

Plynová chromatografie (GC)

analýzy dostatečně těkavých a teplotně stabilních organických látek , MS EI+ 70eV - univerzální detekce, v SIM režimu i selektivní detekce vybraných analytů

Nástřik (inlet) GC kolona

Pec (oven) GC chromatografuinterface

GCMS

Plynová chromatografie (GC) - princip

Mobilní fáze: plyn (pro GC/MS He, H2)

Stacionární fáze: pevná fáze zakotvená na vnitřním povrchu kapilární GC kolony

Separace probíhá v plynné fázi obvykle za teplotního gradientu (ohřev z počáteční teploty na konečnou dostatečně vysokou teplotu) v proudu nosného plynu

Mezi povrchem stacionární fáze a dělenými analyty v plynné fázi dochází k periodickému ustanovování rovnováhy, která je závislá na povaze analytu (bod varu, polarita, tvar molekuly) a použité stacionární fázi - následkem toho dochází k separaci (rozdílné eluci látek v závislosti na čase)

Nepolární kolony – vhodné pro nepolární sloučeniny, pořadí eluce odpovídá bodům varu dělených látek

Polární kolony – vhodné pro separaci polárních látek

Page 3: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

3

Nástřikový člen plynového chromatografu

Vyhřívaný válcový prostor se skleněnou vložkou (liner),- do nástřikového členu se nastřikuje obvykle injekční stříkačkou (objem typicky 1 nebo 10 µµµµl) přes septum - v prostoru lineru dochází ke zplynění (rychlému odpaření vzorku) v proudu nosného plynu (pro GC-MS typicky helium)- páry vzorku jsou pak nosným plynem přeneseny na GC kolonu

- split/splitless

- PTV (Programmed Temperature Vaporizer)

Nastřik přímo na GC kolonu, vhodný i pro sloučeniny s vysokým bodem varu, GC kolona má širší průměr typicky 0,53 mm, používají se speciální stříkačky s dlouhou a úzkou jehlou

- Cool on-column nástřik

Nástřikový člen plynového chromatografu

Split/splitless nástřik – split režim – split 1:100

Zdroj: Agilent Technologies

Množství vzorku nastřikovaného na kolonu se dělí v nastaveném poměru –omezuje se přesycení kolony i detektoru, nevýhodou je diskriminace těžších složek vzorku - na koloně jsou v menším množství než ve skutečnosti

Page 4: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

4

Nástřikový člen plynového chromatografu

Split/splitless nástřik – splitless režim

Zdroj: Agilent Technologies

Režim nástřiku –vše na kolonu

Režim proplachu nástřiku po přenesení vzorku na kolonu

Množství vzorku nastřikovaného na kolonu se nedělí, těžší složky směsi nejsou diskriminovány

Nástřikový člen plynového chromatografu

PTV nástřik

Zdroj: Agilent Technologies

Jedná se o nástřikový člen, který může být programově rychle ohříván a chlazen

Výhody: zamezení diskriminace, možnost teplotně oddělit a nadávkovat na kolonu jen některé složky směsi

Page 5: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

5

Kapilární plynově-chromatografické kolony

Stacionární fáze

Polyimidový film

Křemenná kapilára

Náplňové kolony -používaly se dříve v GC chromatografech

Kapilární kolona

Řez kapilární kolonou

Kapilární GC kolony – stacionární fáze

Nepolární fáze – 100% polydimethylsiloxanOznačení: DB-1, HP-1.

- 5% phenyl polydimethylsiloxanOznačení: DB-5, HP-5.

Středně polární fáze– 35% phenyl polydimethylsiloxan - Označení: DB-35, HP-35

– 50% phenyl polydimethylsiloxan - Označení: DB-17, HP-17

Polární fáze

– 50% cyanopropyl polydimethylsiloxan -Označení: DB-225, HP-225

– PEG fázeOznačení: HP-Wax, SupelcoWax

Page 6: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

6

Kapilární GC kolony – rozměry

Délka: typicky varianty 15, 20, 30, 60 metrůVnitřní průměr: typicky varianty 0,10; 0,15; 0,18; 0,25; 0,32 a 0,53 mmSíla filmu stac. fáze: typicky 0,1 až jednotky µµµµm (voleno s ohledem na

vnitřní průměr kolony)Rozsah teplotního použití: podle stacionární fáze typicky -60 až 350 oC

Označení kolony:

DB-5ms 60m x 0,25mm x 0,25µµµµm Temp. limit (operation range): -60 oC to 320 oC (isothermal) 350 oC (gradient)

síla filmu stacionární fázeOznačení fáze délka vnitřní průměr

Delší kolony: lepší separace, ale také delší čas analýzyUzší kolony: lepší separace, ale za cenu menší kapacity vzorku, vyšší tlak

nosného plynuŠirší vrstva stacionární fáze: lepší dělení těkavých složek, širší píky, vyšší

pozadí při vyšších teplotách

Kapilární GC kolony – pozadí v EI+ 70eV MS

2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6T: + c Full ms [10.00-400.00]

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400m/z

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Re

lativ

e A

bu

nd

an

ce

18

207

28

17

32

44

208281

209191

96 1337325 193 28217733 16397 14745 355267249210205103 11977 82 9564 189 34132528422160 233 297 358 387312 371

207

281

44

32

28

18

Nárůst intenzit iontů m/z 207 a 281 (siloxanů) za vysokých teplot– tzv. column bleedind (krvácení stacionární fáze)

Page 7: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

7

První GC-MS - náplňové kolony – velký průtok nosného plynu (10 – 40 ml/min) – MS spektrometr (vakuum) – nutný restriktor – tryskový (JET) separátor (dělí tok nosného plynu bez ztráty vzorku)

Dnes kapilární GC kolony (malý průtok nosného plynu – do 2 ml/min) není nutný restriktor - jedná se pouze o vyhřívanou kapiláru, do které se zasouvá kapilární GC kolona tak, aby konec kolony ústil v ionizačním prostoru iontového zdroje

GC-MS interface

MS vs FID detektor

MS detektor

+ identifikace sloučenin podle MS spektra

+ vysoká citlivost prakticky pro všechny typy sloučenin

+ prakticky univerzální detektor

+ TIC záznam blízky FID záznamu dat

- při aplikacích kvantitativní analýzy obvykle nutná technika vnitřního standardu (použití izotopicky zančeného (deuterovaného) standardu

- odlišná odezva pro různé uhlovodíky

- vyšší pořizovací náklady a náklady na údržbu

FID detektor

+ nižší pořizovací náklady, malý rozměr

+ vyšší dynamický rozsah

+ prakticky univerzální odezva pro uhlovodíky – využití při kvantitativní analýze

+ použití náplňových i PLOT kolon

+ jako nosný plyn lze i N2

- více provozních plynů (nosný plyn, H2, vzduch)

- detekce pouze sloučenin obsahující C-H vazbu

Page 8: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

8

Elektronová ionizace (Electron Ionization – EI)

• nejstarší ionizační technika v hmotnostní spektrometrii( 20. léta 20. století – Arthur Jeffer Dempster, Smyth )

• vakuová ionizační technika

• ionizace probíhá v plynné fázi resp. z plynné fáze

• v případě spojení GC/MS stále nejrozšířenější ionizační technika

• existence obsáhlých databází MS spekter v kombinaci s vyhledávacími algoritmy (platí pro vysokoenergetickou EI s energií ionizujících elektronů 70 eV - EI+ 70eV)

• starší označení pro EI – Electron Impact(ionizace nárazem elektronů) – dnes nesprávné

Výhody elektronové ionizace

• vysoká reprodukovatelnost hmotnostních spekter u EI+ 70eV

• fragmentace molekulového iontu v závislosti na struktuře

analyzované látky (EI představuje tzv. tvrdou ionizační techniku)

• existence obsáhlých knihoven MS spekter

Nevýhody elektronové ionizace

• nutná teplotní stabilita analyzované látky a její dostatečná

„těkavost“

• v praxi se převážně měří sloučeniny do hmotnosti molekuly

~1000 Da

• absence molekulového iontu v MS spektru u některých látek

• běžně využívaný pouze kladný mód (EI+)

Page 9: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

9

Princip elektronové ionizace (EI)

proud elektronů o definované energii interferuje ve vakuu s molekulou analytu v plynné fázi, ze které je odtržen elektron za vzniku molekulového iontu (radikálkationtu)

−•+−+→+ eMeM 2

energie potřebná k odtržení elektronu z neutrální molekuly (ionizační energie, ionizační potenciál - IE) se u většiny molekul pohybuje mezi 7 až 15 eV – hodnota souvisí se strukturou ionizované molekuly

dnes se využívá především vysokoenergetická EI – energie elektronů je uzančně nastavena na 70 eV

• v rozmezí 60 – 80 eV změna energie elektronů minimálně ovlivňuje vzhled MS spektra ( stabilní intenzita iontů –>reprodukovatelnost MS spekter )

• dochází spolehlivě k ionizaci všech molekul

IE

Vznik molekulového iontu

Tvorba fragmentů

Stabilní iontový proud

70 eV – uzančně zvolená hodnota energie elektronů při EI+

Page 10: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

10

IE roste v řadě: nevazebný elektronový pár < elektron ππππ vazby < elektron σσσσ vazby

( C-C < C-H )

místo odtržení elektronu z neutrální molekuly

K odtržení elektronu z molekuly dojde v nejvyšší míře v místech, kde je ke ztrátě elektronu spotřebována nejnižší energie - ztrátou elektronu vznikne molekulový ion (vždy má lichý počet elektronů) –tzv. radikálový kation

Molekulový ion – lichý počet počet elektronů

Stabilita (intenzita) molekulového iontu v EI+ 70 eV MS spektru roste v řadě:

Rozvětvené alkany < alkoholy < karboxylové kyseliny <aminy < estery < ethery < lineární alkany < karbonylové sloučeniny < alicyklické sloučeniny < alkeny < konjugované alkeny < aromatické sloučeniny

• radikálkation (ion s lichým počet elektronů - OE+•):• R+DB (počet kruhů a dvojných vazeb) musí být celé číslo

• při štěpení molekulového iontu nevznikají fragmenty s hmotností menší o 5-14 a 21 -25 Da než je hmotnost molekulového iontu – tzv. zakázané ztráty

• ion s nejvyšší m/z ve spektru (mimo izotopické příspěvky molekulového iontu a nečistoty v MS spektru)

Pravidla pro molekulový ion v EI+ 70 eV MS spektru

Page 11: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

11

Fragmentace EI+ 70 eV

120 – 91 = 29

Ztráta neutrální částice (molekuly nebo radikálu)

z rozdílů hmot píků se získají tzv. neutrální ztráty ���� vypovídají o struktuře molekuly

Elektronová ionizace (EI + 70 eV)

Molekulový ion M•+

Fragment

Odstupující částice bez náboje – radikál nebo neutrální molekula

(OE+•)(EE+)

(EE+) – ion se sudým počtem e-

(OE+•) – ion s lichým počtem e-

Běžné ztráty (radikálů, neutrálních částic) z molekulového iontu při EI+ (70 eV) ionizaci

při štěpení molekulového iontu nevznikají fragmenty s hmotností menší o 5-14 a 21 -25 Da než je hmotnost molekulového iontu – tzv. zakázané ztráty

Page 12: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

12

Série nízkých iontů (1) - EI+ (70 eV) ionizace

Série nízkých iontů (2) - EI+ (70 eV) ionizace

Page 13: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

13

Fragmentace molekulového iontu a dalších vzniklých iontů

Homolytické štěpení (radikálové) = αααα štěpení

Heterolytické štěpení

Přesmyky

Elektronová ionizace (EI + 70 eV)

σσσσ Štěpení (fragmentace σσσσ vazeb)

32233223CHCHCHCHCHCHCHCH

e+•→••

−−

+•+

2233CHCHCHCH

n-dekan

C3H7+

C4H9+

C5H11+

C6H13+

inkrement CH2

C7H15+

C8H17+

EI + 70 eV: MS spektra - alkanyUplatňují se mechanizmy σ štěpení vazeb

Page 14: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

14

EI+ 70 eV: MS spektra alkanů (2)

iso-C8

EI+ 70 eV: MS spektra alkanů (3)

Page 15: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

15

EI+ 70 eV: MS spektra alkenů a cykloalkanů

MS spektra alkenů jsou podobná cykloalkánům

alkenalkylcyklopentan

alkylcyklohexan

(mainlib) Benzene10 20 30 40 50 60 70 80 90

0

50

100

15 2639

51

63 74

78

EI+70 eV: MS spektra aromátůalkylsubstituované benzenychudší fragmentace ���� stabilní arom. kruh, fragmenty z alkylu

•••• nejintenzivnější píky ���� 91 / (92 pro alkyl >C3, OE ion z přesmyku)

butylbenzen

M+ 78

M+ 134

Page 16: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

16

m/z50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260

%

0

100

51_PAH_EPAstandMixk_2 1915 (19.343) Cm (1914:1918-(1918+1910)) Magnet EI+ 9.41e3252

250

126125

113112

100998784

6343 50 51 62 757468 77

88

124

123

248224127

222200198174150147

135 161158

173 187175 211207 225

237 239

253

254

m/z50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260

%

0

100

51_PAH_EPAstandMixk_2 1855 (18.737) Cm (1855:1856-(1856+1854)) Magnet EI+ 1.66e3252

250126

125113

1127343 55544457

65 69 100967493

81 87124

123

248224

223200198147127

130143

165151

155 177170 186 213206 225 235 237

253

254

Benzo(a)pyren

Time18.20 18.40 18.60 18.80 19.00 19.20 19.40 19.60 19.80 20.00 20.20 20.40

%

0

100

51_PAH_EPAstandMixk_2 Magnet EI+ TIC

4.77e4

benz

o(a)

antr

acen

benz

o(b)

fluor

ant

hen

ben

zo(k

)flu

oran

the

n

EI+ 70 eV: MS spektra polyaromátů

M+ = 252

M+/2 = 126

M+ = 252

Benzo(b)fluoranthen

geometrické izomery PAU prakticky nelze rozlišit pomocí MS

intenzivní molekulový iont M+ (m/z ; z=1) + 2x nabitý mol. iont (m/z ; z=2) POZOR !!! nejedná se o fragment!!!

homolytické štěpení (αααα štěpení)

• u sloučenin s heteroatomem (především N ,P, O, S) a/nebo sloučenin s ππππ vazbami• vznik nové vazby z nepárového elektronu z místa ionizace a elektronu ze sousední štěpené σσσσ vazby -> vznik EE+ a radikálu• náboj zůstává lokalizován na původním místě

• αααα-radikálové štěpení dominuje u sloučenin s těmito heteroatomyN > S, R, O, ππππ > Cl,Br > H

Page 17: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

17

heterolytické štěpení

• pohyb elektronového páru (přesun σσσσ vazby) k místu ionizace nebo kladnému náboji vlivem indukčního efektu např. elektronegativní skupiny (F, Cl, Br, I, NO2 ) nebo náboje•přesun náboje, odštěpení neutrální částice z EE+ iontu

heterolytické štěpení – převládá u sloučenin s heteroatomem (F, Cl, Br, NO2, I > O,S, ππππ > > N,C )

Přesmyky (Rearrangements)

• štěpení více vazeb – vznik OE+• iontů z molekulového iontu (OE+•), odštěpuje se neutrální molekula

McLaffertyho přesmyk – přesun vodíku v molekule z γ γ γ γ uhlíku a homolytické štěpení - odštěpení alkenu z molekulového iontu –vznik OE+• iontů

M+•(OE+•)(OE+•)

OE+• ionty (s lichým počtem elektronů) – produkty McLaffertyhopřesmyku – fragmenty ve spektru

Page 18: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

18

MC Laffertyho přesmyk – důležité ionty

EI+ 70 eV:MS spektra alkoholů

1-hexadecanol

1-hexadecen

Alkoholy – podobná spektra jako alkeny, lze je rozlišit podle iontu m/z 31 (alkeny nemají), mají navíc velmi malý molekulový ion, nebo úplně chybí

m/z 31

Page 19: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

19

benzylalkohol

fenyl+

inkrement OH

tropylium+

inkrement CH2OH

molekulový ion

m/z 109

M+1 ���� izotop 13C

EI+70 eV: MS spektrum - aromatický alkohol

(mainlib) Triethylamine10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

0

50

100

15 18

30

32

44

5256

58

72 84

86

101

N

EI+70 eV: MS spektrum – dusíkaté látky - amíny

Triethylamin

(mainlib) Aniline10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0

50

100

15 28 31

39

41 52 63

66

74 78 86

93

NH2

Anilin

Page 20: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

20

EI+70 eV: MS spektrum – dusíkaté látky -nitrosloučeniny

(mainlib) Benzene, 2-methyl-1,3,5-trinitro-10 30 50 70 90 110 130 150 170 190 210 230

0

50

100

15

30

39 51

6376

89

105 120

134 149164

180 193

210

227

O

NO

N

N

O

O

OO

2,4,6 - trinitrotoluen

(mainlib ) 1,3,5-Triazine, hexahydro-1,3,5-trinitro-30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230

0

50

100

30

42

46

56

71

75

83 102112

120128

133 148205

N

N

N

N

N

N

O

O O

O

OO

RDX plastická trhavina M = 222 Da

EI+ 70 eV: Knihovny MS spekter

National Institute of. NIST 05 190 825 spekter Standards and Techn (163 198 sloučenin)

John Wiley & Sons Wiley Registry 8th Ed. 399 383 spekter

Pallisade MS Pallisade Complete > 600 000 spekter

Oborové free-ware databáze

Univerzální komerční databáze

John Wiley & Sons Biomarkes 1110 spekter

John Wiley & Sons Steroids 2979 spekter

Oborové komerční databáze

American Academy of Forensic Science (AAFS) “Comprehensive drug LIbrary “(http://www.ualberta.ca/~gjones/mslib.htm)

The Int. Association of Forensic Toxicologosts (TIAFT) “Derivatives of Drugs “(http://www.tiaft.org/main/mslib.html)

Page 21: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

21

EI+70 eV: Identifikace podle databázových MS spekterVýsledkem porovnání měřeného MS spektra s databázovými je několik spekter (HITů) - o kvalitě knihovního nálezu vypovídá tzv. MATCH factor (0-999) – vyšší hodnota – lepší shoda

Vysoký MATCH faktor nemusí vždy znamenat správný výsledek !!!

Silanamine, N,1,1,1-tetramethyl-N-[1-methyl-2-phenyl-2-[(trimethylsilyl)oxy]ethyl]-, [S-(R*,R*)]-N-Methylphenylethanolamine, bis(trimethylsilyl)-

40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320

0

50

100

50

100

44

47 59

5965

73

73

91

91 102

105 114

116

130

132

147

147

163

163

179

179

188 204

206

220

280

294

O

N

Si

Si

O

N

Si

Si

Podobné látky mohou mít odlišná MS spektra, ale …

EI+70 eV: Identifikace podle databázových MS spekter

Page 22: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

22

Vysoký MATCH faktor nemusí vždy znamenat správný výsledek !!!

Ale odlišné látky mohou mít i podobná MS spektra

1-Tetradecene Cyclotetradecane

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210

0

50

100

50

100

15

27

27

29

29

32

41

4355

55

65

69

70 83

83

97

97

111

111

125

125139

140

153

154 168

168

196

196

EI+70 eV: Identifikace podle databázových MS spekter

GC/MS: pomoc při identifikaci

Time11.00 11.50 12.00 12.50 13.00 13.50 14.00 14.50 15.00

%

0

100

17_V14_1 Magnet EI+ TIC

7.25e5

n-C17

n-C18

n-C16

n-C15

n-C14

Kovatsův retenční index (RI)

RI = 100n + 100[log(tx) − log(tn)] / [log(tn+1) − log(tn)]

tx

tn tn+1

Hodnoty RI jsou dostupné pro celou řadu látek a podmínek – fáze GC kolony (nepolární vs polární), teplotní program separace atd.

http://webbook.nist.gov/chemistry/

NIST 05 MS knihovna

n … počet atomů uhlíku n-alkánu před sloučeninou X

tn … retenční čas n-alkánu před sloučeninou X

tn+1 U retenční čas n-alkánu za sloučeninou X

tx U retenční čas sloučeniny X

log .. přirozený logaritmus

Page 23: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

23

Derivatizace analytů

- zlepší tvar píků polárních látek - OH, -COOH, - NH2 atd.- zlepší těkavost málo těkavých analytů- pomoc při identifikaci, když látka neposkytuje molekulový ion

-ACYLACE

-ALKYLACE, ESTERIFIKACESILYLACE

http://www.sigmaaldrich.com/analytical-chromatography/analytical-reagents/derivatization-reagents.html

GC/MS: pomoc při identifikaci

Schéma Iontového zdroje pro elektronovou ionizaci

J pól

vlákno

repeller

trap

čočky

výstupní štěrbina

magnet

konec GC kolony

S pól

vstup iontů do separátoru

Page 24: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

24

Součásti iontového zdroje pro elektronovou ionizaci

Vlákno – většinou wolframový drát, který se ve vakuu při průchodu el. proudu ohřívá (až 1800 oC) a emituje elektrony

Trap – kladná elektroda, která zachytává vzniklé elektrony

Repeller - elektroda, která vytlačuje vzniklé kladné ionty ze zdroje směrem k analyzátoru

Magnet – S a J pól orientovaný proti sobě – tvoří magnetické pole v iontovém zdroji , elektrony se pohybují po „spirálové“ trajektorii –zvyšuje se účinnost ionizace

Lenses (čočky) – fokusují paprsek kladných iontů při výstupu z iontového zdroje

Topení – vyhřívá iontový zdroj - odporový drát izolovaný tepelně vodivou keramikou

Termočlánek – měření teploty

Dávkování vzorku do iontového zdroje pro EI+ 70 eV

• plynový chromatograf (GC/MS)

• sonda přímého vstupu (direct insertion probe - DIP)iontový zdroj musí být vybaben tzv. vacuum lockem

Page 25: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

25

Kalibrační sloučeniny pro EI+ 70 eV

heptacosa (perfluorotributylamin – PFTBA)

perfluorokerosin (PFK)

m/z Vzorec 31 CF

69 CF3219 C4F9755 C17F291017 C23F39

Pro kalibraci hmotností (m/z) popř. intenzit iontů

Pro kalibraci m/z do 1000 Da

Interpretace MS spekter – přístup k analýze MS spektra

1) Zkusit knihovnu spekter

2) Zjistit co nejvíce o vzorku, v případě GC-MS zohlednit retenční chování látky na koloně

3) Identifikace M+• (popř. zjistit jestli existuje)

4) Určit počet atomů dusíku (dusíkové pravidlo – sudý vs lichý M+• )

5) Analýza M+• - isotopy, R+DB, počet atomů uhlíku, kyslíku …

6) Vzhled MS spektra

7) Série iontů nízkých hmotností – existují nějaké?

8) Logické neutrální ztráty

9) Intenzivní ionty s lichým počtem elektronů (z přesmyků)

10) Sumarizace všech poznatků

Page 26: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

26

PŘÍKLAD Hmotnostní spektrum 1

Možné izomery:

n-pentan, 2-methylbutan nebo 2,2-dimetylpropan

n-pentan – vyšší intenzita molekulového iontu

2-methylbutan – intenzivní ion m/z 43 – ztráta C2H5 (72 – 29 = 43)

2,2-dimetylpropan

ŘEŠENÍ MS spektrum 1

Page 27: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

27

(mainlib) Pentane0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

0

50

100

2 12 14

15

1626

27

28

29

30

39

40

41

42

43

44 50 53 55

57

58 70

72

73

(mainlib) Butane, 2-methyl-0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

0

50

100

2 12 14

15

1626

27

28

29

30

39

40

42

43

44 51 5355

56

57

5872

(mainlib) Neopentane0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

0

50

100

1 2 1215

26

27

28

29

30 32 38

39

40

41

42 44 49 51 5356

57

5861 63 65 67 69 71

ŘEŠENÍ MS spektrum 1

PŘÍKLAD Hmotnostní spektrum 2

Page 28: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

28

Isopropyl nebo propyl

3-hexanon

ŘEŠENÍ MS spektrum 2

(mainlib ) 3-Hexanone20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110

0

50

100

2326

27

28

29

30 38

39

40

41

42

43

44 50 53 55

57

58 62 65 67 69

71

7283 85

100

O

(mainlib) 2-Butanone, 3,3-d imethyl-10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

0

50

100

1518

27

29

30 38

39

40

41

42

43

44 50 5356

57

5863 65 67

85

100

O

(ma

inlib

) 3-P

en

tan

on

e, 2

-me

thyl-

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0

50

100

14

18

262

7 282

9 30

37

39

41 4

243 4

450

52

555

657 5

863

65

67

707

1 72

74

79

82

85

100

O

(mainlib) 2-Hexanone10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

0

50

100

15 18 26

2728

29

30 32 3739

41

42

43

44 50 52 55

57

58

59 6771

8385

91

100

O

ŘEŠENÍ MS spektrum 2

Page 29: MS v 2014-2 MS v 2014-2.pdf · 2002_aceton_01 #5627 RT: 23.35 AV: 1 NL: 1.08E6 T: + c Full ms [10.00-400.00] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380

3/7/2014

29

Literatura:

J. Throck Watson, O. David Sparkman: Introduction to Mass Spectrometry: Instrumentation, Applications and Strategies for Data Interpretation, 4th ed.,John Wiley & Sons, 2007

Jürgen H. Gross: Mass Spectrometry: A Textbook, 2nd ed.,Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2004

Fred W. McLafferty, František Tureček: Interpretation of Mass Spectra, 4th ed., University Science Books, 1993

R. Martin Smith: Understanding Mass Spectra: A Basic Approach, 2nd ed.,John Wiley & Sons, 2004

Fulton G. Kitson, Barbara S. Larsen and Charles N. McEwen: Gas Chromatography and Mass Spectrometry: A Practical Guide,


Recommended