Hmotnostní spektrometrie

Transkript

1 Hmotnostní spektrometrie Princip: 1. Ze vzorku jsou tvořeny ionty na úrovni molekul, nebo jejich zlomků (fragmentů), nebo až volných atomů dodáváním energie, např. uvolnění atomů ze vzorku nebo přímo rozštěpení vzorku na atomy uvolnění/rozštěpení na molekulu rozštěpení molekul na skupiny atomů podle struktury molekuly (vzorce) částice jsou ionizovány dodáním energie současně se štěpením nebo dodatečně (z částice je uvolněn elektron a zbytek tak získá kladný náboj) částice mají obvykle jen jednotkové kladné náboje (odštěpí se z nich jen 1 elektron), Pokud částice získají, případně snad i více jednotkových nábojů (odštěpení více elektronů z částice), komplikují vyhodnocení spektra považujeme za interferenci.. Vzniklé ionty se průchodem přes magnetické nebo elektrické pole, často přes obě rozdělí (separují) podle poměru hmotnosti iontu a jeho náboje, tj. M/z (M - relativní molekulová hmotnost; z- náboj) 3. Detektorem měříme intenzitu proudu iontů (počet dopadlých iontů za 1 sekundu) Vznik iontů ionizace: - ionizace jiskrou (pouze u pevných a netěkavých látek pevný vzorek) - ionizace nárazem elektronů na částice vzorku v plynné fázi

2 Probíhá řada reakcí, např.: M + e - M + + e - ionizace atomu XY + e - XY + + e - ionizace molekuly XY + e - X + + Y + e - XY + e - Y + + X + e - štěpení molekuly na fragmenty a jejich ionizace a další - chemická ionizace Využívá iontově molekulových reakcí v plynné fázi, např. M + X + M + + X činidlem bývá methan ionizace plynu a ty při srážkách ionizují částice vzorku např. ionizace v plazmatu (ICP-MS) Uspořádání (rozdělení) iontů podle poměru M/z klasické uspořádání - pohybem v magnetickém poli: Nejprve průchodem elektrickým polem (napětí U) získají ionty kinetickou energii (E): E zu 1 M v Pokud mají všechny stejný - jednotkový náboj, získají při daném napětí všechny stejnou kinetickou energii. Rychlost iontů pak tedy závisí jen na jejich hmotnosti: v zu M Pak jsou vedeny do magnetického pole, která má určitou magnetickou indukci B. Na ionty pohybující se v magnetickém poli (pohyb kolmo k jeho magnetickým indukčním čarám) působí Lorenzova síla (F L ), a to kolmo ke

3 směru pohybu a zároveň i kolmo k indukčním čarám (třetí kolmý směr v trojrozměrném prostoru): Bzv F L Tato síla zakřivuje dráhu letících nabitých částic - vytváří dostředivou sílu, kruhové dráhy částic mají takový poloměr zakřivení, aby Lorenzova síla byla vyrovnána silou odstředivou Z rovnosti rovnic vyplývá B zv M v r Mv r F O Po dosazení z první rovnice dostaneme M z B r U Pro poloměr dráhy iontu pak platí: U B r M z Ionty s různým poměrem M/z se pohybují po různých poloměrech (drahách) a dopadají na různá místa. lze uvést na dráhu odpovídající geometrickému uspořádání analyzátoru měněním U nebo B.

4 a urychlovací komora s elektrickým polem detektor (na něj dopadají ionty jen při vhodném poloměru jejich dráhy. Měníme-li postupně U, nebo B, na detektor postupně dopadají ionty (1+) jen s určitými odpovídajícím způsobem se měnícími hmotnostmi měříme jejich intenzitu proudu pro každou hmotnost (resp. poměr M/z) Další principy separace a) přístroje s dvojí fokusací b) kvadrupólový analyzátor (často jako detektor u plynové chromatografie v GC-MS pro ICP-MS) Je tvořen 4 tyčemi, na něž je vloženo stejnosměrné a vysokofrekvenční napětí. Ionty se pohybují ve směru osy tyčí a v důsledku měnícího se elektrického pole začnou oscilovat. Do detektoru dorazí pouze ionty o určitém poměru hmotnosti a náboje. c) analyzátory založené na době letu (TOF, time-of-fly) Ionty jsou vytvořeny najednou v období krátkého časového pulsu (např s) a najednou urychleny stejnou energií. Ionty s různým poměrem hmotnosti a náboje tedy získají různou rychlost a dorazí do detektoru v různém čase.

5 MALDI-TOF: kombinace - vytvoření iontů laserovým pulsem a dělení na analyzátoru TOF (Matrix-Assisted-Laser- Desorption-Ionisation TOF) Využití hmotnostní spektrometrie o Měření fyzikálních a fyzikálně-chemických charakteristik, měření zastoupení izotopů, stanovení molekulových hmotností, elementárního složení a struktury organických sloučenin. o Kvalitativní a kvantitativní analýza složitých směsí o ICP-MS - spojení atomizace a tvorby iontů v indukovaně vázané plazmě (ICP) a detekce iontů MS (kvadrupól) slouží k elementární (prvkové) analýze - stanovení prvků obdobně jako u ICP-OES, měří se současně mnoho prvků najednou (rychlá analýza), vzorky musí být převedeny do roztoku, ale nižší meze detekce, než při ICP-OES (meze detekce srovnatelné nebo než AAS) o Spojení hmotnostní spektrometrie se separačními metodami: - GC-MS (spojení s plynovou chromatografií) - HPLC-MS (spojení s vysoko účinnou kapalinovou chromatografií) - CE-MS (s kapilární elektroforézou)

6 Literatura: 1. Analytická příručka (J. Zýka a kol.) (novější vydání). A. Horna: Hmotnostní spektrometrie s chemickou ionizací a její využití pro analýzu organických látek. V knize: Nové trendy v teorii a instrumentaci vybraných analytických metod. Academia, Praha 1993,