Hmotnostní detekce v separačních metodách

Podobné dokumenty
Hmotnostní detekce v separačních metodách

Klinická a farmaceutická analýza. Petr Kozlík Katedra analytické chemie

Hmotnostní detekce v separačních metodách

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE

Historie hmotnostní spektrometrie

INTERPRETACE HMOTNOSTNÍCH SPEKTER

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE

Hmotnostní spektrometrie - Mass Spectrometry (MS)

Hmotnostní spektrometrie. Historie MS. Schéma MS

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

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE - kvalitativní i kvantitativní detekce v GC a LC - pyrolýzní hmotnostní spektrometrie - analýza polutantů v životním

No. 1- určete MW, vysvětlení izotopů

Základy hmotnostní spektrometrie

Analytická technika HPLC-MS/MS a možnosti jejího využití v hygieně

Laboratoř ze speciální analýzy potravin II. Úloha 3 - Plynová chromatografie (GC-MS)

Hmotnostní spektrometrie v organické analýze

Hmotnostní spektrometrie Mass spectrometry - MS

Hmotnostní spektrometrie

Moderní nástroje v analýze biomolekul

Iontové zdroje II. Iontový zdroj. Data. Vzorek. Hmotnostní analyzátor. Zdroj vakua. Iontové zdroje pracující za sníženého tlaku

Hmotnostní spektrometrie ve spojení se separačními metodami

Zdroje iont používané v hmotnostní spektrometrii. Miloslav Šanda

Stručná historie hmotnostní spektrometrie. Analytická chemie II: Úvod do hmotnostní spektrometrie. Stručná historie hmotnostní spektrometrie.

Ionizace, iontové zdroje

Indentifikace molekul a kvantitativní analýza pomocí MS

Úvod do strukturní analýzy farmaceutických látek

Pondělí 10. září 2007

Hmotnostní spektrometrie

Iontové zdroje I. Iontový zdroj. Data. Vzorek. Hmotnostní analyzátor. Zdroj vakua. Ionizace, vlastnosti iontových zdrojů, iontová optika

Vysokoúčinná kapalinová chromatografie Kvalitativní analýza

Spojení hmotové spektrometrie se separačními metodami

Program 14. ročníku Školy hmotnostní spektrometrie

Mass Spectrometry (MS) Lenka Veverková 2012

Autoři: Pavel Zachař, David Sýkora Ukázky spekter k procvičování na semináři: Tento soubor je pouze prvním ilustrativním seznámením se základními prin

10. Tandemová hmotnostní spektrometrie. Princip tandemové hmotnostní spektrometrie

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE

Detekce a detektory část 2

Chromatografie. Petr Breinek

Základní principy interpretace spekter

Metody spektrální. Metody hmotnostní spektrometrie. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Iontové zdroje II. Iontový zdroj. Data. Vzorek. Hmotnostní analyzátor. Zdroj vakua. Iontové zdroje pracující za sníženého tlaku

Hmotnostní spektrometrie.

Iontové zdroje. Příprava předmětu byla podpořena projektem OPPA č. CZ.2.17/3.1.00/33253

ANORGANICKÁ HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE

Základní principy interpretace spekter

HPLC/MS tělních tekutin nový rozměr v medicinální diagnostice

Hmotnostní analyzátory a detektory iont

Metody povrchové analýzy založené na detekci iontů. Pavel Matějka

ÚSTAV CHEMIE A ANALÝZY POTRAVIN

Hmotnostní spektrometrie (1)

Kapalinová chromatografie ve spojení s hmotnostní detekcí ( LC-MS )

Experimentální metody strukturálního výzkumu. Hmotnostní spektrometrie

Hmotnostně spektrometrické zobrazování malých molekul

Hmotnostní analyzátory II

Molekulární modelování a bioinformatika. Hmotnostní spektrometrie I

jako markeru oxidativního

MENÍ A INTERPRETACE SPEKTER BIOMOLEKUL. Miloslav Šanda

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE

Úvod do strukturní analýzy farmaceutických látek

Hmotnostní spektrometrie

Separační metody v analytické chemii. Plynová chromatografie (GC) - princip

Předběžný program 15. ročníku Školy hmotnostní spektrometrie. pořádané Spektroskopickou společností Jana Marka Marci. Frymburk

Hmotnostní spektrometrie

DETEKTORY pro kapalinovou chromatografii. Izolační a separační metody, 2018

Přímá analýza reálných vzorků hmotnostní spektrometrií s využitím nanodesorpčního elektrospreje (nano-desi-ms)

Analyzátory iontové pohyblivosti (iontová mobilita)

Hmotnostní spektrometrie

Úvod do hmotnostní spektrometrie

Vybranné interpretace měkkých MS a MS/MS spekter

Základy hmotnostní spektrometrie

Hmotnostní spektrometrie

Sobota Neděle

Jednotné pracovní postupy zkoušení krmiv STANOVENÍ OBSAHU NEPOVOLENÝCH DOPLŇKOVÝCH LÁTEK METODOU LC-MS

ODŮVODNĚNÍ VEŘEJNÉ ZAKÁZKY

Diagnostika bronchiálního. ho astmatu HPLC/MS analýzou. Kamila Syslová Ústav organické technologie

Jádro se skládá z kladně nabitých protonů a neutrálních neutronů -> nukleony

Náboj a hmotnost elektronu

OBECNÁ CHEMIE. Kurz chemie pro fyziky MFF-UK přednášející: Jaroslav Burda, KChFO.

Základy interpretace MS spekter získaných měkkými ionizačními technikami. Příprava předmětu byla podpořena projektem OPPA č. CZ.2.17/3.1.

UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI

Pondělí :40-16:10 Přestávka, firemní výstava

Hmotnostní spektrometrie. Hmotnostní spektrometrie 1

Náboj a hmotnost elektronu

Kombinované techniky

INTERAKCE IONTŮ S POVRCHY II.

Separační metody Historie: Rozvoj separačních metod od minulého století Postavení separačních metod v rámci analytické chemie Význam chromatografie a

Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic

Kapilární elektroforéza ve spojení s MS

Hmotnostní spektrometrie zdroj analytických informací

Jednotné pracovní postupy zkoušení krmiv Vydání 1 STANOVENÍ OBSAHU KOKCIDIOSTATIK METODOU LC-MS

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

VIBRAČNÍ SPEKTROMETRIE

Hmotnostní detekce v separačních metodách IV.

DUSÍK NITROGENIUM 14,0067 3,1. Doplňte:

Přímá analýza reálných vzorků hmotnostní spektrometrií s využitím nanodesorpčního elektrospreje (nano-desi-ms)

Odůvodnění veřejné zakázky

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE

Porovnání metod atomové spektrometrie

Transkript:

Hmotnostní detekce v separačních metodách MC230P83 2/1 Z+Zk 4 kredity doc. RNDr. Josef Cvačka, Ph.D. Mgr. Martin Hubálek, Ph.D. Ústav organické chemie a biochemie AVČR, v.v.i. Flemingovo nám. 2, 166 10 Praha 6 tel. 220 183 303 e-mail: cvacka@uochb.cas.cz http://www.muj-web.cz/vyuka/ Plán přednášek 1. Úvod do hmotnostní spektrometrie, základní pojmy a historie. [19.2., JC] 2. Principy tvorby iontů. Ionizace elektrosprejem a nanoelektrosprejem. Chemická ionizace a fotoionizace za atmosférického tlaku. Elektronová a chemická ionizace. [26.2., JC] 3. Laserová ionizace za spoluúčasti matrice. Ambientní ionizační techniky. Pohyb iontů v elektrických a magnetických polích. Sektorové analyzátory. Analyzátor doby letu. [5.3., JC] 4. Kvadrupólový analyzátor. Iontová past. Orbitální past. Iontová cyklotronová resonance. Tandemové a hybridní přístroje. Techniky fragmentace iontů. [12.3., JC] 5. Cvičení: Exkurze na externí pracoviště ÚOCHB AV ČR. [19.3. JC + MH] 6. Separace iontů podle jejich pohyblivosti. Iontová mobilita v oblasti iontového zdroje a hmotnostního analyzátoru. Detektory, Vakuová technika. Přehled současné instrumentace. [26.3., JC]

Plán přednášek 7. Cvičení: Interpretace hmotnostních spekter malých molekul. [2.4., JC] 8. Volba podmínek pro experimenty a praxe GC/MS, LC/MS a CE/MS. Analytické strategie - cílená a necílená analýza. Aplikace MS detekce, využití v omikách. Přenosná (mobilní) MS a GC/MS zařízení. [9.4., JC] 9. LC/MS biomolekul: Proteiny, protilátky, nukleové kyseliny a jiné. [16.4., MH] 10. Cvičení: Praktická ukázka měření s hmotnostními spektrometry - ÚOCHB. [23.4., JC + MH] 11. Kvantifikace malých molekul pomocí GC/MS, LC/MS a CE/MS. [30.4., MH] 12. Kvantifikace proteinů. [7.5., MH] 13. Cvičení: Zpracování a interpretace dat v proteomice. [14.5., MH] Hmotnostní detekce v separačních metodách I. - Úvod do hmotnostní spektrometrie - Historie hmotnostní spektrometrie - Základní pojmy MS - Spojení MS a chromatografických technik

Hmotnostní detekce MS je (téměř) ideální detektor pro GC, HPLC, UHPLC, CE... vysoká citlivost vysoká selektivita a zároveň univerzálnost umožňuje kvantitativní analýzu (odezva závislá na koncentraci) umožňuje kvalitativní analýzu (informace o chemickém složení) výrazně nepřispívá k rozšiřování chromatografické zóny Nevýhody: cena, vyšší provozní náklady, vyšší nároky na čištění někdy se uplatňují matriční efekty, odezvové faktory se mohou velmi výrazně lišit Hmotnostní detekce - citlivost Typická citlivost detektorů (hmotnost/ml) refraktometrický (LC)... g UV/VIS (LC)... ng fluorescenční (LC)... pg plamenově ionizační (GC)... pg hmotnostně-spektrometrický (LC, GC)... pg QqQ: 70 attogramů verapamilu v nástřiku (~ 92 000 molekul), plasma

Hmotnostní detekce kvalitativní analýza Na základě spekter lze charakterizovat (identifikovat) analyt. Hmotnostní detekce selektivita, univerzálnost Celkový iontový proud všechny látky obsažené ve směsi Vybraný ion m/z 416 jen vybraná sloučenina ( -tokoferol) sekret pohlavní žlázy ploštice P. apterus, GC/MS

MS & multidimensionální separace Vysoce účinných separací je dosaženo kombinací MS a multidimenzionální GC (LC) MS & multidimensionální separace Kombinace účinných separací a vysokých citlivostí MS umožňuje detekovat ultrastopová množství látek. Kalinová et al., Talanta 69, 2006, 542 547

Hmotnostní detekce kvantitativní analýza Thymosin 1 MS (resp. MS/MS) je velmi vhodný způsob detekce pro kvantifikaci. HPLC vs. GC vs. CE vs. SFC LC/MS pro většinu polárních i nepolárních látek většina aplikací CZE GC/MS pro látky nízkomolekulární nepolární nebo málopolární množství aplikací CE/MS pro velmi a středně polární látky omezené využití SFC/MS pro látky nepolární i polární rozpustné v solventech pro SFC zatím nepříliš rozšířené

Historie hmotnostní spektrometrie Historie hmotnostní spektrometrie VYUŽITÍ MS: - historické kořeny ve fyzikálních a chem. studiích o povaze hmoty - polovina 19. století - studium výbojů v plynech vedlo k objevení elektronu a iontů (v plynné fázi) - počátek 20. století konstrukce prvních hmotn. spektrometrů - první polovina 20. století vývoj různých typů analyzátorů - druhá polovina 20. století vývoj různých typů iontových zdrojů - od 50. let 20. století rozvoj GC/MS - od 70. let 20. století rozvoj LC/MS - od 80. let 20. století rozvoj SFC/MS a CE/MS - od 21. století rozvoj ambientních a zobrazovacích technik ve fyzice v chemii

1886: Anodové záření - německý fyzik Eugen Goldstein (1850-1930) - studoval výboje v plynech - objevil kanálové záření - proud kladně nabitých iontů Katodové záření: emise elektronů z katody ve vakuové trubici (jako v klasické TV) Anodové (kanálové) záření: emise kladně nabitých částic, které vznikají elektronovou ionizací zbytkového plynu (pokud H 2, pak proud protonů) Joseph John Thomson 1906, za fyziku - britský experimentální fyzik (1856-1940) - při studiu katodového záření objevil elektron (1897) - prokázal existenci izotopů u stabilních prvků (1913) - vynálezce hmotnostního spektrometru Fotografická deska se stopami izotopů neonu Thomsonova ilustrace zařízení, ve kterém studoval ohyb katodového záření elektrickým polem

1917: Popis elektrospreje - česko americký fyzik John Zeleny (1872 1951) - studoval vliv elektrického pole na meniskus kapaliny - popsal elektrosprej John Zeleny, Instability of electrified liquid surfaces, Physical Review 10 (1917) 1-6 Zařízení pro studium výboje a el. pole na menisku kapaliny (1914) Fotografie elektrospreje (1917) 1947: Iontový zdroj EI - Kanadsko-americký fyzik Arthur J. Dempster (1886-1950) - první moderní hmotnostní spektrometr obsahující EI zdroj - objevil izotop uranu 235 U - Americký fyzik Alfred O.C. Nier (1911-1994) - konstrukce EI zdroje, která je dodnes používaná A.O. Nier, A mass spectrometer for isotope and gas analyses, Rev. Sci. Instr. 18 (1947) 398-411

1957: GC/MS Gohlke, R.S. The use of time-of-flight mass spectrometry and vapor-phase chromatography in the identification of unknown mixtures. in Joint Symposium on Progress in Gas Chromatography;1957. Gohlke, R.S., Time-of-flight mass spectrometry and gas-liquid partition chromatography. Anal. Chem. 31 (1959 ) 535-541. Holmes, J.C. and F.A. Morrell, Oscillographic mass-spectrometric monitoring of gas chromatography, Appl. Spectroscopy 11 (1957) 86-87. FRED MCLAFFERTY A ROLAND GOHLKE Fotografie spektra acetonu z obrazovky osciloskopu GC z roku 1955 1968: Iontový zdroj Elektrosprej - americký chemik Malcolm Dole (1903-1990) - první použití elektrospreje jako iontového zdroje pro MS M. Dole, L. L. Mack, R. L. Hines, R. C. Mobley, L. D. Ferguson and M. B. Alice, Molecular Beams of Macroions, J. Chem. Phys. 49 (1968) 2240.

1973: LC/MS - americký chemik Fred McLafferty (narozen 1923) - přímé zavádění kapaliny do EI zdroje (Direct Liquid Introduction) M.A. Baldwin, F.W. McLafferty, Org Mass Spectrom 7 (1973) 1111-1112 P. Arpino, M.A. Baldwin, F.W. McLafferty, Biol Mass Spectrom 1 (1974) 80-82 Nákres sondy pro kontinuální zavádění kapaliny do iontového EI zdroje Původní schéma (1974) 1982: Iontový zdroj APCI - 70. léta první práce o APCI v GC i LC (americký chemik Evan Horning) - plně funkční LC/APCI s vyhřívaným zmlžovačem (americký chemik Jack Henion, 1982) EVAN C. HORNING JACK D. HENION Schéma zdroje: (1) LC inlet to probe; (2) outlet; (4) zero air carrier gas; (7) vaporization section; (9) corona discharge needle; (10) orifice into vacuum; (11) atmospheric pressure chamber Jack D. Henion, Bruce A. Thomson, Peter H. Dawson, Determination of sulfa drugs in biological fluids by liquid chromatography/mass spectrometry/mass spectrometry, Anal. Chem. 54 (1982), 451-456

1987: CE/MS - americký chemik Richard D. Smith - spojení SFC/MS (1982) - demonstroval spojení CZE/MS (1987) - vynalezl iontovou nálevku (ion funnel; 2000) Schéma CZE/MS: (A) electrically insulated box; (B) anode and reservoir; (C) fused silica capillary: (D) cathode and electrospray needle; (E) electrospray; (F) focusing ring; (G) nozzle; (H) skimmer; (I) RF only quadrupole; (J) aperture; (K) quadrupole spectrometer; (L) channeltron. J. A. Olivares, N. T. Nguyen, C. R. Yonker, R. D. Smith, On-Line Mass Spectrometric Detection for CZE, Anal. Chem. 59 (1987) 1230-1232. 1989: Elektrosprej biomakromolekul 2002, za chemii - Americký analytický chemik John B. Fenn (1917-2010) - spojení LC/ESI-MS pro biomolekuly The trick was to get the proteins to fly, or as John Fenn himself said, to give "wings to molecular elephants". Fenn JB, Mann M, Meng CK, Wong SF, Whitehouse CM., Electrospray ionization for mass spectrometry of large biomolecules. Science 246 (1989) 64-71.

MS ve spojení se separacemi LC/MS Počet publikací ve Web of Science GC/MS CZE/MS SFC/MS rok Hmotnostní spektrometrie v Česku VLADIMÍR HANUŠ (1923-2009) 1953: první hmotnostní spektrometr V. Čermák, V. Hanuš, Č. Jech, J. Cabicar V. Čermák, V. Hanuš, M. Pacák, Hmotový spektrometr Ústavu fysikální chemie ČSAV, Slaboproudý Obzor 20 (1959) 603-608 počátek 60-let první 2 komerční MS instrumenty MCH-1303 Ústav fyzikální chemie ČSAV Ústav organické chemie a biochemie AVČR 1969 MS902 (AEI) - ÚOCHB

Hmotnostní spektrometrie v Česku České muzeum hmotnostní spektrometrie http://www.ms-museum.org/ ÚOCHB AV ČR Kniha Pól, Volný, Počátky a historie československé hmotnostní spektrometrie. Praha, 2012 Základní pojmy

Hmotnostní spektrometrie (Mass Spectrometry, MS) 1/ Studium hmoty prostřednictvím tvorby iontů v plynné fázi, které jsou charakterizovány jejich hmotností, nábojem, strukturou anebo fyzikálněchemickými vlastnostmi pomocí hmotnostních spektrometrů. (definice IUPAC) 2/ Fyzikálně-chemická metoda určování hmotností atomů a molekul po jejich převedení na kladně nebo záporně nabité ionty. Hmotnostní spektrometr Přístroj, který ze vzorku vytváří ionty v plynné fázi a zaznamenává jejich hmotnosti (m/z) a intenzity. - univerzální a vysoce selektivní, citlivý detektor umožňující identifikovat analyty na základě jejich hmotnostních spekter. Vzorek Data Iontový zdroj Hmotnostní analyzátor Detektor Zdroj vakua

Hmotnostní spektrum - grafické znázornění závislosti intenzinty iontů na jejich poměru hmotnosti ku náboji (m/z). spektrum kontinuální histogram Kontinuální spektrum (profilové): spektrum, jak je zaznamenáno detektorem (umožňuje odečíst šířku píku); A Centroidové spektrum (histogram): spektrum je převedeno na sloupcový graf, poloha (m/z) signálu je odečtena v těžišti píku, intenzita odpovídá ploše nebo výšce píku (přehlednější); B Spektra jsou většinou normalizována, intenzity (osa y) jsou 0-100%. Ionty, neutrály, radikály Atom uhlíku: skupina IV A 6 protonů 4 valenční elektrony methan CH 4 neutrální molekula (10 p +, 10 e - ) OE + CH 4 + radikál-kation (10 p +, 9 e - ) methylový radikál CH 3 radikál (nenese náboj) (9 p +, 9 e - ) EE + methylový kation CH 3 + kation (9 p +, 8 e - )

Izotopy Izotopy: atomy chemického prvku, které mají stejný počet protonů, ale rozdílný počet neutronů, tedy stejné atomové číslo a rozdílnou atomovou hmotnost. Přírodní směsi izotopů - zastoupení izotopů jednotlivých prvků je (téměř) konstantní. prvky X (monoizotopické): 19 F, 23 Na, 31 P, 127 I X+1: vodík ( 1 H, 2 H), uhlík ( 12 C, 13 C), dusík ( 14 N, 15 N) X+2: chlor ( 35 Cl, 37 Cl), brom ( 79 Br, 81 Br) kyslík ( 16 O, 18 O) Izotopové klastry víceatomových částic - u víceatomových částic jsou izotopové klastry lineární superpozicí izotopových klastrů všech prvků, které daná částice obsahuje. Ve spektrech pozorujeme tzv. izotopové klastry. Příklad: Cl 2 100 % 35 Cl 35 Cl (70 Da), P = 1.00 x 1.00 = 1.00 64 % 35 Cl 37 Cl (72 Da), P = 1.00 x 0.32 = 0.32 37 Cl 35 Cl (72 Da), P = 0.32 x 1.00 = 0.32 0.64 37 Cl 37 Cl (74 Da), P = 0.32 x 0.32 = 0.10 10 %

Izotopové klastry víceatomových částic trichlorcyklohexan C 6 H 9 Cl 3 alkoholdehydrogenáza C 1764 H 2859 N 469 O 516 S 26 Izotopická izomerie a homologie Izotopology: - izotopické homology ionty, které se liší v izotopu jednoho nebo více atomů tvořících daný iont; ionty v izotopovém klastru (izotopology mají jinou hmotnost) Isotopology Příklad: Ionty CH 4 + (m/z 16) a 13 CH 4 + (m/z 17) v EI spektru methanu (izotopologový ion je také málo abundantní CH 3 D + (m/z 17)) Izotopomery: - izotopické izomery ionty se stejnými celkovými počty všech izotopů všech atomů, avšak lišící se jejich polohou (izotopomery mají stejnou hmotnost) Příklad: Ionty CH 3 CH 2 CH 2 D + (m/z 45) a CH 3 CHDCH 3 + (m/z 45)

Jednotky hmotnosti v MS hlavní jednotka SI: kilogram kg Kilogram je hmotnost mezinárodního prototypu kilogramu, který je uložen u Mezinárodního úřadu pro váhy a míry v Sévres. vedlejší jednotka SI: atomová hmotnostní jednotka u Atomová hmotnostní jednotka (unitární jednotka) je 1/12 hmotnosti izotopu uhlíku o protonovém čísle Z=6 a nukleonovém čísle A=12. u = 1,660 57.10-27 kg jednotka: dalton Da Obdoba atomové hmotnostní jednotky. Není jednotkou SI. veličina: m/z m/z je bezrozměrná veličina používaná pro popis iontů ve spektru. jednotka: thomson Th Jednotka pro veličinu m/z navržená v roce 1991. 1Th=1u/e=1Da/e. Hmotnost iontu v MS nominální hmotnost: hmotnost vypočítaná z celočíselných hmotností prvků (př. CO 2 : 12u + 2 x 16u = 44u) monoizotopická hmotnost: hmotnost vypočítaná z přesných hmotnostní prvků (nejvíce zastoupené izotopy). (př. CO 2 : 12.0000u + 2 x 15.9949u = 43.9898u) průměrná hmotnost: vážený průměr hmotností jednotlivých izotopů podle jejich zastoupení (př. CO 2 : 12.01u + 2 x 16.00u = 44.01u) Příklad: inzulín C 257 H 383 N 65 O 77 S 6

Hmotnost iontu v MS bor Příklad: karboran C 2 B 10 H 12, [M-H] - Rozlišení v MS 10% údolí FWHM Rozlišovací schopnost: - schopnost přístroje oddělit sousední píky. Číselně se vyjadřuje pomocí rozlišení R. Dvě definice rozlišení: Rozlišení 10% údolí: nejmenší rozdíl hmotností mezi stejně vysokými píky u nichž je výška údolí rovna definovanému zlomku výšky píků (např. 10% údolí). Používá se pro sektorové přístroje (konstantní rozlišení pro celý hmotnostní rozsah). Rozlišení FWHM (Full Width at Half Maximum): poměr hmotnosti iontu a šířky jeho píku v polovině výšky FWHM. Používá se pro kvadrupóly, iontové pasti, průletové analyzátory (konstantní šířka píku). Číselně jsou hodnoty rozlišení FWHM zhruba 2x vyšší než u 10% údolí.

Rozlišovací schopnost analyzátoru Př.: paclitaxel C 47 H 51 NO 14 (Mw 853.3) nízké rozlišení vysoké rozlišení Rozlišovací schopnost analyzátoru Maximální rozlišovací schopnost různých typů analyzátorů Průletový analyzátor (oa TOF): R = 60 000 FWHM (Maxis 4G, Bruker) Sektorový analyzátor s dvojí fokusací: R = 80 000 10% údolí (AutoSpec Premier, Waters) High-Field Orbitrap R = 1 000 000 FWHM (m/z 200, Orbitrap Fusion, Thermo) Iontová cyklotronová rezonance (FT-ICR) R = 20 mil. (spec. podmínky); 800 000 FWHM (m/z 400, Solarix XR 7T, full broad band Bruker)]

Spektra s velmi vysokým rozlišením Separace izotopů v rámci nominální hmotnosti 855,3319 C 46 13 C H 51 O 14 15 N 855,3357 C 47 H 51 O 13 18 O N 855,3382 C 45 13 C 2 H 51 O 14 N 855,3412 C 46 13 C H 50 2 H O 14 N R = 60 000 R = 600 000 Výpočet elementárního složení ze změřené m/z Každému elementárnímu složení odpovídá jedna unikátní hmotnost ze změřené hodnoty m/z iontu lze dopočítat elementární složení - při nekonečně vysoké přesnosti měření bychom výpočtem získali jediné správné složení - v praxi je třeba počítat s chybou měření Nižší přesnost určení hmotnosti = více možných sumárních vzorců Vyšší hmotnost při stejné přesnosti = více možných sumárních vzorců Porovnávání izotopických klastrů s teoretickým modelem - zvýšení spolehlivosti určení elementárního složení.

Výpočet elementárního složení ze změřené m/z tolerance 5 ppm (3 možnosti) tolerance 20 ppm (13 možností) Fragmentace iontů Ionty vytvořené v iontovém zdroji můžeme podrobit štěpení (fragmentaci), nejčastěji v prostoru hmotnostního analyzátoru. - získání strukturní informace - zlepšení selektivity detekce prekursorový ion produkty (fragmenty)

Spektra vyšších stupňů (fragmentační spektra) MS 301 MS/MS 257 283 301 m/z m/z Spektrum MS (MS 1 ) Spektrum iontů vzniklých při ionizaci vzorku v iontovém zdroji (není aplikována žádná fragmentace) Př. MS spektrum (ESI) sloučeniny s hmotností 300 Da - protonovaná molekula, m/z 301 Spektrum MS/MS (MS 2 ) Ionty vzniklé fragmentací iontu prekurzoru. Př. MS/MS spektrum (ESI) sloučeniny s hmotností 300 Da, - fragmentace iontu m/z 301 (rozpadá se na ionty m/z 283 a m/z 257 Tandemová hmotnostní spektrometrie MS/MS, MS n Souhrnný název pro techniky, které umožňují dvou nebo vícestupňovou analýzu iontů. Ion (prekurzor) je nejprve vybrán, podroben fragmentaci a je zaznamenáno produktové spektrum (MS 2 ). Z něj může být vybrán další ion, který je fragmentován a spektrum produktů je opět za znamenáno (MS 3 ), atd. Využití určování struktury, specifiká detekce. tandemová MS v prostoru (dva analyzátory) v čase (jeden analyzátor) Tandemová MS v prostoru ve trojitém kvadrupólu (analyzátor kolizní cela analyzátor)

Hmotnostní spektrometr jako detektor CE SFC GCVzorek HPLC Data Iontový zdroj Hmotnostní analyzátor Detektor Zdroj vakua GC, HPLC, CE a TLC s hmotnostním detektorem Funkce rozhraní-iontového zdroje Ionizuje analyty v plynné fázi (GC/MS, elektronová ionizace) Převede analyty do plynné fáze a zároveň je ionizuje (LC/MS, SFC/MS a CZE/MS, ionizace elektrosprejem, chemická ionizace a fotoionizace za atmosferického tlaku) Desorbuje analyty z pevné fáze a ionizuje je (TLC/MS)

Spojení GC s hmotnostním detektorem 1957 první spojení GC/MS (Gohlke, Holmes) [první komerční GC/MS 1967] data EI/CI D GC analyzátor Technicky nejjednodušší interface, plynná mobilní fáze se zavádí přímo do iontového zdroje ve vakuu (EI/CI zdroj). Vakuový systém snadno odstraní přebytečnou mobilní fázi. Mezistupeň mezi GC a MS je převodní spojení transferline (vyhřívaná trubice, kudy vede konec GC kolony). Vyšší teplota zabraňuje kondenzaci výševroucích analytů. Spojení HPLC s hmotnostním detektorem 1973 první spojení HPLC/MS (Baldwin, McLafferty) [první komerční LC/MS 1977] data HPLC API MS D analyzátor Kapalná mobilní fáze se nejčastěji sprejuje do části iontového zdroje, která je při atmosférickém tlaku (tzv. API zdroje, elektrosprej, APCI, APPI). Vakuový systém v další části zdroje odstraní přebytečný plyn vytvořený sprejováním kapalné mobilní fáze.

Spojení SFC s hmotnostním detektorem 1982 první spojení SFC/MS (Smith) data SFC API MS D analyzátor regulátor tlaku Kapalná mobilní fáze se po rozdělení toku sprejuje do části iontového zdroje, která je při atmosférickém tlaku (APCI, elektrosprej). Tlak v systému je regulován pro udržení superkritického stavu fáze. Snížením tlaku v API zdroji dojde k tvorbě aerosolu a tím zmlžení mobilní fáze. Zdroj je většinou nutno vyhřívat na vyšší teploty než při spojení s LC. Spojení CZE s hmotnostním detektorem 1987 první spojení CZE/MS (Smith) data kv CZE API MS D analyzátor kv Kapalná mobilní fáze (velmi nízký průtok) se sprejuje do části iontového zdroje, která je při atmosférickém tlaku (pouze elektrosprej nebo nanoelektrosprej). Problematické je řešení vkládání sprejovacího napětí pro MS tak, aby nedocházelo k vzájemnému ovlivňování se separačním napětím pro CZE.

Spojení planárních separačních technik s MS 1995 první spojení TLC/MALDI-MS (Gusev) atmosférický tlak nebo vakuum data proud fotonů, neutrálních částic, iontů, kapaliny + + + + + MS D analyzátor TLC deska TLC deska je po separaci analytů a vysušení rozpouštědla umístěna do iontového zdroje, který může pracovat ve vakuu nebo při ambientním tlaku. Pomocí různých technik jsou analyty desorbovány z povrchu, ionizovány a analyzovány v MS. Jiné techniky jsou založené na extrakci vzorku do kapky rozpouštědla a následné MS analýze, např. pomocí ESI. Doporučená literatura Učebnice v češtině: J.Vřešťál: Hmotnostní spektrometrie (Masarykova univerzita, Přírodovědecká fakulta, 2000) K.Ubik: Fyzikálně-chemické metody. Hmotnostní spektrometrie (AVČR, 2000) V.Stužka: Instrumentální metody chemické analýzy II : hmotnostní spektrometrie organických molekul (Palackého univerzita, 1996) M. Holčapek (editor), skripta Spojení vysokoúčinné kapalinové chromatografie a hmotnostní spektrometrie (HPLC/MS), Univerzita Pardubice, 2005 Sborníky škol MS a HPLC/MS (Spektroskopická společnost JMM) J. Pól a M. Volný: Počátky a historie československé hmotnostní spektrometrie (Česká společnost pro hmotnostní spektrometrii, 2012)

Doporučená literatura učebnice v angličtině J. H. Gross: Mass Spectrometry: A Textbook (Springer, 2017) R.E. Ardrey: Liquid Chromatography Mass Spectrometry: An Introduction (Wiley, 2003) J.T. Watson, O.D. Sparkman: Introduction to Mass Spectrometry: Instrumentation, Applications, and Strategies for Data Interpretation (Wiley, 2007) W. M.A. Niessen: Liquid Chromatography - Mass Spectrometry (2006) R.Willoughby: A Global View of LC/MS: How to Solve Your Most Challenging Analytical Problems (2002) M. McMaster: LC/MS: A Practical User's Guide (2005) O.D.Sparkman: Gas Chromatography and Mass Spectrometry: A Practical Guide (2011) M. McMaster: GC/MS: A Practical User's Guide (2008) a mnoho dalších... ČESKÉ NÁZVOSLOVÍ MS: http://terminologie-ms.sci.muni.cz/ Doporučená literatura internet, kurzy spectroscopynow http://www.spectroscopynow.com MSLINKS http://www.sisweb.com/mslinks.htm IonSource http://www.ionsource.com/ CHROMEDIA http://www.chromedia.org/ (placený přístup) Kurzy a školení: Škola MS pořádaná SSJMM 20. ročník Školy MS: 8. - 13. září 2019, Špindlerův Mlýn; http://www.spektroskopie.cz/