LABORATOŘ OBORU I ÚSTAV ORGANICKÉ TECHNOLOGIE (111) Použití GC-MS spektrometrie

Transkript

1 LABORATOŘ OBORU I ÚSTAV ORGANICKÉ TECHNOLOGIE (111) C Použití GC-MS spektrometrie Vedoucí práce: Doc. Ing. Petr Kačer, Ph.D., Ing. Kamila Syslová Umístění práce: laboratoř 79

2 Použití GC-MS spektrometrie Ověření možnosti stanovení diatereomerů substituovaných cyklohexanolů pomocí GC/MS/MS Hlavním cílem práce je seznámení se s analytickým systémem GC/MS/MS s analyzátorem na principu iontové pasti a jeho aplikačními možnostmi. Tohoto cíle by mělo být dosaženo řešením jednotlivých analytických úkolů, jejichž vyřešení by mělo vyústit v komplexní strukturní přiřazení jednotlivých složek příslušné matrice. Výsledky by měly být interpretovány s využitím teoretických výpočtů v rámci molekulárního modelování. Úvod Plynová chromatografie ve spojení s hmotnostní spektrometrií je v současnosti běžnou analytickou metodou, která kombinuje vysokou separační schopnost kapilární plynové chromatografie s detekcí vysoce specifickou pro daný analyt a zároveň umožňující získání informace o struktuře neznámých látek. Principiálně každý hmotnostní spektrometr pracuje ve třech v sérii zařazených etapách. První z nich lze chápat jako převedení studované látky do plynného stavu, druhá fáze je chápána jako ionizace vzniklé plynné fáze a závěrečnou etapou je její rozdělení podle hmotnosti iontů. V průběhu ionizace získají molekuly téměř vždy dostatečné množství vibrační energie k tomu, aby mohly alespoň do určité míry fragmentovat. Výsledek takového rozpadu je vznik jednodušších iontů vedle neutrálních molekul a radikálů. Strukturní informace je obsažena v čárovém spektru, kde je vynesena závislost efektivní hmotnosti ionizované (!) částice m/z na relativní intenzitě (abundance). Iontová past jako hmotnostně-spektrometrický detektor je zařízení, v kterém probíhá jak ionizace plynné fáze, tak dělení iontů podle jejich hmotnosti. Výsledkem těchto dvou operací je získání klasického hmotnostního spektra (tzv. EI spektrum). Mimo těchto dvou základních funkcí umožňuje iontová past i selektivní uchovávání jednotlivých iontů a další práci s nimi, stejně jako ionizaci dalšího média separátně přivedeného do prostoru iontové pasti a jeho následnou reakci s analytem. První z těchto možností je využito v technice označované jako MS n, která dovoluje selektivně izolovat libovolný fragment tzv. mateřský ion, vzniklý rozpadem původní molekuly a pracovat s ním jako s původní molekulou tj. předložit ho do další fragmentace (kolizněindukované disociace) a získat tak jeden, případně několik následných fragmentů tzv. dceřinných iontů. Výsledkem této techniky může například být sestavení kompletního fragmentačního mechanismu (tj. systému paralelně-následných konkurenčních reakcí, jimiž se daná molekula charakteristicky rozpadá v důsledku přebytku vibrační energie). Druhé možnosti je využito v ionizační

3 technice označované jako chemická ionizace, kdy je do iontové pasti přivedeno další médium, které je ionizováno nárazem elektronů a ionizované molekuly externího média jsou okamžitě využity k ionizaci analytu, který se opět fragmentuje (CI spektrum). Stupeň fragmentace je ovšem v tomto případě nižší, což vede ve velké většině případů k určení molekulové hmotnosti. Pracovní náplň Analytický systém GC/MS/MS - seznámení Teorie analyzátoru na principu iontové pasti Základy obsluhy analytického systému Nalezení optimálních analytických podmínek z hlediska separace jednotlivých složek Získání strukturních informací různými ionizačními technikami - náraz elektronů (EI), chemická ionizace (CI) s použitím různých ionizačních médií (plynných methan, kapalných methanol, acetonitril) Seznámení s technikou MS/MS a její praktická aplikace - určení fragmentačního mechanismu, rozlišení jednotlivých diastreomerů Seznámení s programem HYPERCHEM Získání strukturních parametrů látek studovaných systémem GC/MS teoretickými výpočty empirickými a semiempirickými metodami. Pracovní postup Úkol 1: Nalezení optimálních chromatografických podmínek a nastavení iontové pasti k získání EI a CI spekter, na jejichž základě s použitím knihovny NIST-98 a dalších materiálů by měly být určeny jednotlivé složky předaného vzorku. Úkol 2: Nalezení optimálních chromatografických podmínek a nastavení iontové pasti k provedení kolizně-indukované disociace tj. získání dceřinných spekter vybraných významných iontů metodou MS/MS. Tato metoda bude aplikována na distereomery jedné z komponent neznámeho vzorku s cílem určení fragmentačního mechanismu dané složky. Úkol 3:

4 Metodou MS/MS provést energetické rozlišení jednotlivých diastereomerů a zpracování závislosti energie kolizně-indukované disociace na výtěžku dceřinných iontů pro jednotlivé diastereomery. Úkol 4: Nalezení konformačního uspořádání s nejnižším obsahem vnitřní energie pro jednotlivé diasteromery metodou molekulárního modelování v prostředí softwaru Hyperchem 5.0. Porovnáním výsledků těchto teoretických výpočtů s experimentálně získanými výsledky metodou MS/MS. Provedení přiřazení konkrétních struktur jednotlivým chromatografickým pásům analyzovaných diastereomerů. Zpracování výsledků Zpracování výsledků by mělo být provedeno formou protokolu, který by měl obsahovat následující části: Cíl práce (zběžné nastínění řešené problematiky) Experimentální část (popis přístroje a použitých technik, chemikálie, nalezené analytické podmínky) Diskusi a výsledky (prezentace získaných výsledků na jejichž základě byly získány strukturní informace - molekulová hmotnost, přítomnost funkčních skupin, přiřazení strukturních jednotek nejdůležitějším fragmentům. Prezentace získaného fragmentačního mechanismu. Zpracování závislosti CID amplitudy na abundanci nejvýznamnějších fragmentů. Výsledky molekulárního modelování ve formě nejdůležitějších parametrů analyzovaných molekul délek štěpených vazeb, vazebných energií a vnitřních energií jednotlivých molekul. Interpretace získaných výsledků z molekulárního modelování a jejich porovnání s experimentálně získanými. Závěr stručné shrnutí dosažených výsledků a jejich zhodnocení

5