Hmotnostní spektrometrie

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Hmotnostní spektrometrie"

Mária Zemanová
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 Hmotnostní spektrometrie Miroslav Polášek Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského Akademie věd v České republiky Dolejškova 3, Praha 8

2 Co je hmotnostní spektrometrie? Fyzikálně chemická metoda pro: identifikaci neznámých sloučenin, kvantifikaci známých sloučenin, objasňování struktury iontů v plynné fázi, stanovení fyzikálních a chemických vlastností iontů a molekul prostřednictvím měření hmotnosti a četnosti (eventuálně také rychlosti vzniku) iontů v plyné fázi, obvykle s vysokou citlivostí, specificitou citou a rychlostí, často i ve velmi složiých směsích.

3 Hlavní procesy v hmotnostní spektrometrii Příprava vzorku Převod vzorku do plynné fáze Ionizace vzorku Analýza iontů Detekce iontů Zpracování dat Interpretace spekter někdy probíhá současně nebo v opačném pořadí Hmotnostní spektrometr

4 Co je hmotnostní spektrometr? Přístroj pro přípravu, analýzu a detekci iontů v plynné fázi Základní součásti: vstupní systém iontový zdroj iontová optika analyzátor(y) detektor(y) vakuový systém výkonová elektronika řídící elektronika (data systém)

5 Iontový zdroj je zařízení pro přípravu iontů, zpravidla zde také dochází k převodu vzorku do plynné fáze. Existuje mnoho způsobů přípravy iontů v MS: Elektrický výboj, elektronová ionizace, Penningova ionizace, ionizace izace přenosem náboje, electron attachment, chemická ionizace (pozitivní i negativní), FAB (fast atom bombardment), FIB (fast ion bombardment), MCI (massive cluster impact), PD (plasma desorption), ionizace polem, fotoionizace, REMPI (resonance-enhanced enhanced multiphoton ionization), termosprej, elektrosprej, APCI (atmospheric pressure chemical ionization) a její varianty (APPI, a pod.), MALDI (matrix-assisted assisted laser desorption ionization) a její varianty (SELDI, tj. surface-enhanced enhanced laser desorption and ionization, a pod.), ICP (inductively coupled plasma), atd...

6 Analyzátory jsou zařízení schopná rozlišovat ionty v plynné fázi na základě měření jejich fyzikálních vlastností m v ½ m v 2 m/q (magnet) (elektrostatický analyzátor) (kvadrupól) f (iontová cyklotronová rezonance, ICR) t ( time of flight, TOF)

7 Co je hmotnostní spektrum? graf závislosti iontového proudu dopadajícího na detektor na hmotnosti iontů; m/z (Th) Není fyzikální konstantou, závisí na způsobu ionizace a konstrukci hmotnostního spektrometru Hmotnostní í spektrum je obrazem chemické reaktivity iontů v plynné fázi (tj. mechanizmů a kinetiky monomolekulárních i bimolekulárních reakcí), případně také transportních a elektrochemických procesů v kondenzované fázi

8 C H 3 - O N O e - C H 3 m/z 61 N O O MH. CH 5 C H 3 N O H m/z 62 O CH 5 H 3 C H 3 N O H m/z 62 O 30 NO CH 3 NO NO 2 CH 3 M. NO relative intensity 15 NO CH 3 MH m/z

9 Malá exkurze do historie I. Joseph J. Thomson ( ) On the Masses of the Ions in Gases at Low Pressures Philosophical Magazine, 1899, 48:295, p Rays of Positive Electricity and their Application to Chemical Analysis, Longmans, Green and Co. Ltd., London, 1913

10 Malá exkurze do historie II. Francis W. Aston ( , Nobelova cena 1922) Isotopes and Atomic Weights. Nature, 1920, 105, p. 617 The Mass-Spectra of Chemical Elements. Phil. Mag., 1920, 39, p. 611

11 Organická hmotnostní spektrometrie benzen ethylen R.Conrad, 1930 H. R. Steward, A. R Olson, léta 20. století intenzivní studium vztahu struktury organických sloučenin a jejich hmotnostních spekter teorie monomolekulárních reakcí (kvazirovnovážná teorie, RRKM) aktivace iontů, tandemová hmotnostní spektrometrie, vysoké rozlišení chemická ionizace, studium reakcí iontů s molekulami vývoj instrumentace (analyzátory: kvadrupól, ICR, TOF) spojení plynové chromatografie a hmotnostní spektrometrie (GCMS) omezení: tenze par alespoň 10-3 Pa, malý hmotnostní rozsah analyzátorů

12 Organická hmotnostní spektrometrie Klasický příklad: vznik tropyliových iontů z toluenu P.N. Rylander, S. Meyerson H.M. Grubb, J. Am. Chem. Soc.79 (1957) 842 H relative intensity CH m/z (Th) 95 H 2 C relative intensity CD 3 H 33 H 2 C H H m/z (Th) CH 3 H H 17 H H relative intensity 92 Hyperplocha potenciální energie C 7 H 8. energie v kcal/mol m/z (Th)

13 Malá exkurze do historie III. V. Čermák, V. Hanuš, Č. Jech, J. Cabicar,, 1953

14 Ionizace netěkavých sloučenin FAB (fast atom bombardment) Barber M., Bordoli R.S., Sedgwick R.D., Tyler, A.N.Nature, 1981, 293, p FIB (fast ion bombardment) Liquid SIMS (secondary ion mass spectrometry) Pevná látka (polární) rozpuštěná v kapalné matrici je bombardována rychlými (10-30keV) atomy nebo ionty (Xe, Cs ). Při tom dochází k rozprašování (sputtering) iontů do plynné fáze. V. Havlíček, A. Jegorov, P. Sedmera, M. Ryska, Org. Mass Spectrom., 28 (1993) 1440 Cyklosporin A

15 MALDI Matrix Assisted Laser Desorption and Ionization M. Karas, F. Hillenkamp Anal. Chem., 1988, 60, p Tanaka K., Waki H., Ido Y., Akita S., Yoshida Y., Yoshida T. Rapid Commun. Mass Spectrom., 1988, 2, p.151 K. Tanaka, (*1959) Nobelova cena 2002 F. Hillenkamp (*1936)

16 Elektrosprej (ESI) J.B.Fenn (*1917) Nobelova cena 2002 Yamashita, M.; Fenn, J.B.; Journal of Physical Chemistry, 88, 1984, p , Fenn, J.B.; Mann, M.; Meng, C.K.; Wong, S.F.; Whitehouse, G.M.; Science, 246, 1989, p Hemoglobin Vícenásobně nabité ionty: m 1 = (M n 1 M(H )/n 1 m 2 = (M n 2 M(H )/n 2 n 2 = n 1 1 (2,3, ) M(α-chain) = Da M(β-chain) = Da

17 a n b n c n Sekvenování proteinů N H 2 R NH O NH R OH nh O R n O Enzymatické stěpení např. Trypsinem (C-konec argininu a lysinu) LC MS analýza zpracování dat J.R. Yates, III, J. Mass Spectrom., 33 (1998) 1-19 Aminokyselina x n y n z n monoizotopická hmotnost Glycine Gly G Alanine Ala A Serine Ser S Proline Pro P Valine Val V Threonine Thr T Cysteine Cys C Isoleucine Ile I Leucine Leu L Asparagine Asn N Aspartic acid Asp D Glutamine Gln Q Lysine Lys K Glutamic acid Glu E Methionine Met M Histidine His H Phenylalanine Phe F Arginine Arg R Tyrosine Tyr Y Tryptophan Trp W

18 Neomezený hmotnostní rozsah TOF analyzátoru MALDI MS imaging Mikroskopie poskytující ionformace o chemickém složení povrchu zobrazovaného vzorku

19 Soft-landing phenomena Preparativní hmotnostní spektrometrie Modifikace povrchů

Podobné dokumenty

Hmotnostní spektrometrie. Historie MS. Schéma MS

Hmotnostní spektrometrie. Historie MS. Schéma MS Hmotnostní spektrometrie MS mass spectrometry MS je analytická technika, která se používá k měření poměru hmotnosti ku náboji (m/z) u iontů původně studium izotopového složení dnes dynamicky se vyvíjející