Hmotnostní spektrometrie (1) 12_Chudoba_HCVDGrigsby_1ACC 12 (0.677) 57 % 27 43 55 41 28 29 32 54 69 67 67 71 83 81 79 85 95 93 97 99 105 111 113 125 127 137 153155 165 183 197 211 225 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 0 Josef Chudoba 100
OBSAH Hmotnostní spektrometrie Hmotnostní spektrum základní pojmy, molekulová hmotnost, izotopy prvků Rozlišovací schopnost spektrometru způsoby měření spekter Ionizační techniky v hmotnostní spektrometrii Typy hmotnostních spektrometrů Součásti hmotnostního spektrometru iontový zdroj separátor iontů vakuový systém způsob dávkování vzorku
Hmotnostní spektrometrie (Mass Spectrometry MS) Analytická technika pro analýzu organických sloučenin Kvalitativní analýza identifikace sloučenin (především nízkomolekulární sloučeniny), pomoc při odvození resp. potvrzení struktury molekuly (výšemolekulární sloučeniny) Kvantitativní analýza sledování obsahu vybraných analytů v různých matricích Ale i sledování obsahu kovů (ICP MS) Speciální aplikace pak např. ISOTOPE RATIO MS Podstatou MS je detekce nabitých částic (iontů), které vznikají z molekul vzorku při IONIZACI jedná se o destruktivní metodu vzorek je při analýze znehodnocen VZORKY JAKÉHO SKUPENSTVÍ A S JAK VELKOU MOLEKULOU LZE POMOCÍ MS ANALYZOVAT?
VZORKY JAKÉHO SKUPENSTVÍ A S JAK VELKOU MOLEKULOU LZE POMOCÍ MS ANALYZOVAT V hmotnostní spektrometrii se používají různé ionizační techniky, ale v praxi lze ionty vytvořit i z vysokovroucích, vysokomolekulárních sloučenin Od vodíku (1 Da) po proteiny s molekulovou hmotností v řádech 10 000 Da, záleží na ionizační technice a hmotnostním spektrometru CO LZE ROZLUŠTIT Z HMOTNOSTNÍHO SPEKTRA 1) Hmotnost iontu (popř. molekulovou hmotnost sloučeniny) 2) Přítomnost prvků, které mají výrazné zastoupení izotopů (např. Cl, Br) 3) Při pokročilé fragmentaci molekuly informace o struktuře sloučeniny 4) Je-li hmotnost molekulového resp. pseudomolekulového iontu měřena s dostatečnou přesností tak i možné elementární složení sloučeniny
Hmotnostní spektrum Intenzita 1 ul, split 1:20 07_Blazek_PO5_1 (5.012) Cu (0.10); Is (1.00,1.00) C37H68NO13 100 [ M + H ] + 734.4691 Molekulový resp. pseudomolekulový ion Magnet EI+ 6.35e12 Izotopické příspěvky % 735.4691 0 731 732 733 734 735 736 737 738 739 736.4769 mass m/z Osa x: m/z hmotnost iontu dělena jeho nábojem Osa y: intenzita (četnost) fragmentů, které detekuje detektor je vždy normalizována na nejvyšší změřenou intezitu ve spektru nejvyšší pík má výšku 100 %
Hmotnostní spektrum Režim záznamu dat centrovaný (centroid) především u GC/MS instrumentace - intenzity m/z iontů tvar čáry kontinuální (continous) u LC/MS instrumentace intenzity m/z iontů tvar chromatografického píku 1 ul, split 1:20 07_Blazek_PO5_1 (5.012) Cu (0.10); Is (1.00,1.00) C37H68NO13 100 % 0 [ M + H ] + 734.4691 735.4691 736.4769 H 3 C H 3 C OH CH 3 O O H 3 C O H 3 C OH CH 3 O CH 3 OH O OH CH 3 HO N CH 3 O O O CH 3 CH 3 H 3 C CH 3 Magnet EI+ 6.35e12 Erythromycin 07_Blazek_PO5_1 (15.245) Is (1.00,1.00) C37H68NO13 100 734.4691 Magnet EI+ 6.35e12 % 735.4725 736.4753 737.4780 0 731 732 733 734 735 736 737 738 739 mass
MOLEKULOVÁ HMOTNOST Molekolová hmotnost - jednotka dalton (Da) 1 Da = 1 amu (atomic mass unit) = hmotnost 1/12 izotopu 12 C 1 Da = 1,660 338 782 x 10-27 kg Molekulová hmotnost hmotnost molekuly /prvků/ (jednotka amu) Molární hmotnost hmotnost 1 molu molekul (jednotka g/mol) číselně molární hmotnost a molekulová hmotnost shodné monoisotopická - v praxi počítána z hmotností nejstabilnějších (nejvíce zastoupených izotopů prvků), průměrná - zohledňuje hmotnosti všech izotopů prvků nominální zaokrouhlená (celočíselná) monoisotopická hmotnost
MOLEKULOVÁ HMOTNOST bromobenzene V MS spektrech vždy MONOISOTOPICKÁ hmotnost Br 100 77 Nominal Mass = 156 Da Monoisotopic Mass = 155.957455 Da Average Mass = 157.0079 Da Molecular Formula = C 6 H 5 Br benzene 50 51 12 27 38 60 104 113 128 143 0 10 30 50 70 90 110 130 150 170 (mainlib) Benzene, bromo- Br 156 100 78 Nominal Mass = 78 Da Monoisotopic Mass = 78.04695 Da Average Mass = 78.1118 Da 50 51 39 15 26 63 74 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 (ma inlib) Benzene Molecular Formula = C 6 H 6
Nutné doplňující informace k hmotnostnímu spektru 1) Jaká ionizační technika byla při měření použita tvrdé ionizační techniky vlivem přebytku dodané energie se vzniklý molekulový ion dále štěpí měkké ionizační techniky malá nebo skoro žádná fragmentace 2) S jakým rozlišením bylo spektrum měřeno hmotnost s přesností celého čísla (jednotkové rozlišení) v praxi nejvíce rozšířené u GC/MS přístrojů hmota s přesností na desetinná místa 3) Jaký experiment (MS vs MS/MS nebo IN SOURCE fragmentace MS)
Rozlišovací schopnost spektrometru (R) jak se rozdělí ionty s blízkou hmotností R = m/ m m m/z iontu, m... rozdíl m/z dvojice sledovaných iontů Různé definice rozlišení: valley definice vycházející s překryvu píků FWHM (Full Width at Half Maximum) definice vycházející ze šířky píku Převzato z materiálu Fischer Scientific
VYSOKÉ rozlišení (HIGH RESOLUTION) Jsou-li MS spektra měřena s vysokým rozlišením je možné rozdělit sloučeniny se stejnou nominální, ale odlišnou monoisotopickou hmotou [ M + H ] +
Je naměřená hmotnost iontu (m/z) správná? Před měřením se provádí kalibrace hmotnostní stupnice pomocí kalibračních standardů chyba naměřené m/z a skutečné m/z závisí na rozlišovací schopnosti resp. typu spektrometru a kvalitě kalibrace Chyba při měření hmoty ( m acc ) m acc = m MEASURED - m TRUE m acc (ppm) = 10 6 x m acc / m TRUE Kalibrace externí nebo interní - přidavek referenční (lockovací) látky přímo při měření vzorku
Hmotnostní spektrum sloučeniny je vždy závislé na použité IONIZAČNÍ TECHNICE IONIZACE tvrdá (vysoká energie stačí na vytvoření iontu z neutrální molekuly a na další štěpení vzniklých iontů) Elektronová ionizace (Electron Impact) s energií elektronů 70 ev / EI + 70 ev / - rutinně používaná při GC-MS analýzách, proměřeny statisíce látek databáze spekter (NIST, WILLEY) V praxi pouze kladný mód (tvorba kladně nabitých iontů) IONIZACE měkká (dodaná energie stačí většinou pouze na vytvoření iontu z neutrální molekuly) Příklad: ionizační techniky rutinně používané při LC-MS analýzách Elektrosprejová ionazace / ESI /. chemická ionizace za atmosferického tlaku / APCI / - kladný i záporný mód (tvorba kladně resp. záporně nabitých iontů) MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption) pro vysokomolekulární sloučeniny
Vliv použité ionizační techniky na MS spektrum GC/MS analýza efedrinu
Informace z MS spektra zastoupení izotopů prvků Relativní zastoupení izotopů prvků v přírodě Prvek Izotop % rel. Izotop % rel. Izotop % rel. Uhlík 12 C 100 13 C 1,11 Vodík 1 H 100 2 H 0,016 Dusík 14 N 100 15 N 0,38 Kyslík 16 O 100 17 O 0,04 18 O 0,20 Síra 32 S 100 33 S 0,78 34 S 4,40 Chlor 35 Cl 100 37 Cl 32,5 Brom 79 Br 100 81 Br 98,0 A+2 prvky A+1 prvky A prvky F, I, P, H(vzhledem k nízké intenzitě A+1)
1 ul, split 1:20 07_Blazek_PO5_1 (12.550) Is (1.00,1.00) Cl2 70 100 5.74e12 1 ul, split 1:20 07_Blazek_PO5_1 (5.012) Is (1.00,1.00) 160 100 5.00e12 1 ul, split 1:20 07_Blazek_PO5_1 (5.012) Is (1.00,1.00) Br 78.9183 100 5.07e12 80.9163 Br 2 1 ul, split 1:20 07_Blazek_PO5_1 (5.012) Is (1.00,1.00) Cl 34.9689 100 7.58e12 % Cl 2 72 % 158 162 1 ul, split 1:20 07_Blazek_PO5_1 (5.012) Is (1.00,1.00) Br3 239 100 241 3.80e12 74 0 66 68 70 72 74 76 78 80 mass % 0 mass 150 160 170 Br 3 % 1 ul, split 1:20 07_Blazek_PO5_1 (5.012) Is (1.00,1.0 100 105 4.35e12 107 % 36.9659 237 243 Cl 3 0 mass 70 75 80 85 90 Br I (m/z 79) : I (m/z 81) cca 1:1 0 230 235 240 245 250 mass Cl 0 mass 25 30 35 40 45 I (m/z 35) : I (m/z 37) cca 3:1 % 0 109 111 mass 100 110 120
100 50 25 32 38 51 43 56 61 74 84 97 0 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 (ma inlib) Benzene, chloro- 100 50 51 77 77 Cl 112 12 27 38 60 104 113 128 143 0 10 30 50 70 90 110 130 150 170 (mainlib) Benzene, bromo- 100 50 51 77 I 27 37 60 127 152 176 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 (mainlib) Benzene, iodo- Br 156 204 m/z 77 45,3 % m/z 112 100 % m/z 113 6,9 % m/z 114 32,9 % m/z 77 100 % m/z 156 61,8 % m/z 157 4,1 % m/z 158 59,8 % m/z 77 100 % m/z 204 74,5 % m/z 205 4,4 %
100 50 A:m/z 78 100 % A+1:m/z 79 6,5 % 39 15 26 49 63 74 40 53 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 (mainlib) Benzene 51 78 Přibližný počet atomů uhlíku ve sloučenině (Cn) Cn = I I ( A) ( A+ 1) *100 *1,1 100 154 A:m/z 154 100 % A+1:m/z 155 12,9 % 50 76 51 63 39 27 89 102 115 128 139 0 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 (mainlib) Biphenyl
Molekulový ion v hmotnostním spektru Rozpoznání molekulového iontu v MS spektru není vždy jednoduché EI+ 70 ev u některých látek chybí (vysoký stupeň fragmentace) nebo je jeho intenzita velmi nízká (možnost záměny s ionty pozadí MS spektra) ESI tvorba vícenásobně nabitých iontů, tvorba aduktů iontů s Na, K, tvorba dimerů APCI možné štěpení (vlivem vyšší teploty ve zdroji) Existují však pravidla a postupy, které určení molekulového iontu usnadní EI+ 70 ev: Počet kruhů a dvojných vazeb (RINGS + Double Bonds R+DB); zakázané ztráty iontů, pořadí eluce látek na GC koloně (obvykle vyšší molekulová hmotnost vyšší bod varu delší retenční čas) ESI: Známé adukty, výpočet molekulové hmotnosti ze série vícenásobně nabitých iontů
Chemická pravidla: Dusíkové pravidlo Dusík m= 14 Da, třívazný prvek žádný nebo sudý počet atomů dusíku v molekule -> molekulová hmotnost látky je SUDÉ číslo lichý počet atomů dusíku v molekule -> molekulová hmotnost látky je LICHÉ číslo EI+70 ev: 0 nebo sudý počet N: m/z molekulového iontu sudé číslo m/z fragmentů liché číslo lichý počet N: m/z molekulového iontu liché číslo m/z fragmentů sudé číslo ESI+: 0 nebo sudý počet N: m/z [M+H] + iontu liché číslo lichý počet N: m/z [M+H]+ iontu sudé číslo ESI-: 0 nebo sudý počet N: m/z [M-H] - iontu liché číslo lichý počet N: m/z [M-H]- iontu sudé číslo
Chemická pravidla: Počet kruhů a dvojných vazeb Rings + Double Bonds (R + DB) Vyjadřuje stupeň nenasycenosti molekuly R+DB = C ½ H + ½ N +1 C = počet čtyřvazných atomů C, Si H = počet jednovazných atomů - H, Cl, Br, F (halogeny) N = trojvazných atomů N, P, As Počet dvouvazných se neuvažuje (dvouvazebná S, O), ale třeba DMSO síra je čtyřvazná Příklad: fenol C 6 H 5 OH R+DB = 6 1/2*6+1/2*0+1 = 4 1 kruh Aromáty : R+DB = minimálně 4 3 dvojné vazby
Využití R+DB a dusíkového pravidla EI+ 70 ev: Celočíselná hodnota R+DB ion s lichým počtem elektronů může být molekulový ion Neceločíselná hodnota R+DB ion se sudým počtem elektronů nemůže být molekulový ion Využití při strukturní analýze Elementární analýza z High Res MS spektra Vždy nutné předpokládat jaké prvky a kolik kterého maximum org. látky C, H, N, O, popř. S, přítomnost halogenů lze zjistit z izotopického zastoupení, hrubý odhad max. počtu uhlíků (Cn) Cn (max) = Mw/14 (přesněji z izotop. zastoupení)
ELEMENTÁRNÍ ANALÝZA Z HMOTNOSTNÍHO SPEKTRA H 3 C OH H 3 C CH 3 O O OH H 3 C O CH 3 O H 3 C CH 3 OH O OH CH 3 HO N CH 3 O O O CH 3 CH 3 Přesnost měření hmoty: High-RES MS spektrometry 1 3 ppm H 3 C Erythromycin C37 H 67 NO 13 CH 3 Mw monoiso = 734,4691 Da Příklad vstupní parametry: C max = 52, H max = 106, N max = 15, O max = 15 Výsledek: navržené kombinace C x H y (N z,o z,s z ) Přesnost měření - chyba hmoty (ppm) 10 38 výsledků 5 17 výsledků 2 9 výsledků 1 4 výsledky Aplikace chemických pravidel (max. počet kruhů a dvoj.vazeb, dusíkové pravidlo, izotopické zastoupení prvků) snižuje počet nalezených kombinací!! řešeno softwarově
Jakou ionizační techniku vybrat pro jaké sloučeniny? GC/MS Elektronová ionizace (EI+ 70 ev) - v praxi hmotnost do cca 1000 Da, nutná teplotní stálost sloučeniny, ionizace probíhá po zplynění (zahřátí látky) z plynného stavu za vakua, není vyrazně omezena přítomností nějakých funkčních skupin ale např. problematické skupiny NH2-CO- (teplotně labilní) Chemická ionizace (CI) - v praxi hmotnost do cca 1000 Da, nutná teplotní stálost, ionizace probíhá po zplynění (zahřátí látky) z plynného stavu za vakua s přídavkem ionizačního plynu (methan, isobutan) většinou pouze na vybrané typy sloučenin LC/MS Elektrosprejová ionizace (ESI) pro teplotně nestálé i vysokomolekulární sloučeniny, ionizace probíhá z roztoku sloučeniny a rozpouštědla (mobilní fáze), sloučeniny musí ale vykazovat určitou polaritu (např. mají kyslík nebo dusík v molekule), vhodný pro iontové sloučeniny Atmosferická chemická ionizace (APCI) - pro teplotně nestálé i vysokomolekulární sloučeniny, ionizace probíhá z roztoku sloučeniny a rozpouštědla (mobilní fáze) ale při vyšší teplotě než ESI, sloučeniny musí ale vykazovat určitou polaritu MATRIX ASSISTED LASER DESORPTION (MALDI) ionizace vzorku v přítomnosti pevné matrice vzorku laserem vhodné pro vysokomolekulární, teplotně nestálé sloučeniny i nepolární (polymery, proteiny) Existuje celá řada dalších ionizačních technik cílem je vždy vytvořit nabitou částici, která je následně analyzována.
Jak velké molekuly lze analyzovat Zdroj: Agilent Technologies
Jak velké molekuly lze analyzovat GC/MS LC/MS Kvadrupol (Q) Iontová past (IT) GC/MS LC/MS TOF (Time of Flight) LC/MS ORBITRAP GC/MS Magnetický sektor V praxi většinou jednotkové rozlišení, maximální m/z cca 1000 2000, velmi vysoká frekvence sběru dat (spekter) Měří i s vysokým rozlišení (Rmax ~ 40000), maximální m/z až 500 kda, velmi vysoká frekvence sběru dat (spekter) měří i s vysokým rozlišení (Rmax ~100000), maximální m/z ~4 kda, pomalejší frekvence sběru dat (spekter) měří i s vysokým rozlišení (Rmax ~40000), maximální m/z ~2000, pomalejší frekvence sběru dat (spekter), Přístroje hybridní umožňují provedení tzv. MS/MS měření (více iontových separátorů) GC/MS LC/MS Tripple Quad (QQQ) Trojitý quadrupol LC/MS Q-TOF Quadrupol Time Of Flight LC/MS Ion Trap ORBITRAP iontová past - Orbitrap nebo IT-TOF
Jak velké molekuly lze analyzovat? MALDI 100-1000 kda TOF ESI až 100 kda ORBITRAP APCI až 2 kda ION TRAP QUADRUPOLE EI+ 70 ev / CI až 1-2 kda
Schéma hmotnostního spektrometru Inlet Plynový chromatograf Kapalinový chromatgraf Direct Insertion (Infussion) Probe MALDI destička Iontový zdroj Ionizační techniky: EI+, CI, APCI, ESI, MALDI Analyzátor Iontový separátor Detektor vakuum
Režimy snímání dat: MS experiment Intenzita m/z čas SIM (SIR) TIC Full SCAN (Total Ion Current TIC) cyklicky se snímá celé MS spektrum požadovaného rozsahu m/z Rekonstruovaný chromatogram (RIC) z TICu se vybere požadovaný ion a vykreslí se chromatografický záznam Selected Ion Monitoring (SIM) cyklicky se snímají jen vybrané ionty citlivější než TIC režim např. u kvadrupolu detegované absolutní množství analytu činí: TIC řádově ng (10 9 g) SIM řádově pg (10 12 g) až fg (10-15 g)
Režimy snímání dat: MS/MS experimenty Pouze hybridní MS spektrometry a tripple Quad Detektor Iontový zdroj Kolizní cela Product Ion Scan: Q1: izolace iontu (SIM) Q2: fragmentace iontu Q3: TIC detekce Instrumentace: Tripple Quad, Q-ToF (MS 2 ); Ion Trap (až MS 10 ) s vyšším MS n klesá citlivost! Precursor Ion Scan: Q1:TIC (m/z 1 m/z 2 ) Q2: fragmentace iontu Q3: SIM detekce Instrumentace: nelze na Ion Trap Constant Neutral Loss Scan: Q1:TIC (m/z 1 m/z 2 ) Q2: fragmentace iontu Q3: TIC ((m/z 1 - N) (m/z 2 - N)) detekce; N rozdíl hmotností iontů hmotnost odpadající neutrální částice z iontu Instrumentace: nelze na Q-ToF a Ion Trap Selective Reacrion Monitoring (SRM): Q1: izolace iontu (SIM) Q2: fragmentace iontu Q3: SIM detekce Fragmentace probíhá srážkou iontů s molekulami kolizního plynu (Argon)
Které vlastnosti MS spektrometru jsou v praxi důležité Cena, provozní náklady, účel využití!!! Napojení na separační techniku: GC/MS X LC/MS Technické parametry: Single (jeden iont. separátor) x hybridní (více separátorů) Rozsah scanování m/z (nejnižší a nejvyšší m/z) Rychlost scanování (počet scanů/s) Citlivost, dynamický rozsah (pro kvantitativní analýzu) Rozlišovací schopnost (vysokorozlišující X jednotkové rozlišení) Kompatibilita s ionizačními technikami (dostupné iontové zdroje) Vakuum (je-li třeba vyšší stupeň vakua vyšší cena) Požadavky na instalaci: Chlazení pump vakuového systému (vodní nebo vzdušné) Velikost systému - přenosné x stolní (BENCH-TOP) x velké (hmotnost > 500 kg) Plyny např. LC-MS průtok N 2 až 500 l/min nutný generátor N 2 nebo zdroj kapalného N 2
MS - iontový zdroj a ionizační technika Electron Impact (EI + 70 ev) elektronová ionizace nejpoužívanější u GC/MS, nejvíce prozkoumaná ionizační technika U většiny látek se hodnota energie pro tvorbu molekulového iontu pohybuje okolo 10 ev 70 ev přebytek energie dostatečný pro tvorbu molekulového iontu a také pro tvorbu fragmentů z molekulového iontu Dnes jsou k dispozici obsáhlé databáze (knihovny) spekter EI+ dnes běžně ve spojení s GC Látka je ionizována proudem elektronů ve vakuu z plynné fáze Ionizace probíhá ve vakuu Schéma EI+ ionizačního zdroje
MS - iontový zdroj a ionizační technika ESI (Electrospray) V proudu dusíku za zvýšené teploty dojde v elektrickém poli k tvorbě spreje. V kapičkách kapaliny dojde k povrchové lokalizaci náboje a následné tvorbě iontu. Při této ionizaci vznikají často i vícenásobně nabité ionty a adukty např. (M+Na) + - ionizace probíhá za atmosferického tlaku
MS - iontový zdroj a ionizační technika APCI (Chemická ionizace za atmosferického tlaku) V proudu dusíku za zvýšené teploty dojde k tvorbě spreje a vypařování látky i mobilní fáze. Na jehlu je vloženo vysoké napětí, výbojem vzniká plazma a v ní ionty zmlžovacího plynu (N 2 ), mobilní fáze a analytu. Ionty plynu reagují s molekulami mobilní fáze a vzniklé ionty předají náboj analytu.
MS - iontový zdroj a ionizační technika Zdroj pro APCI a ESI je prakticky konstrukčně shodný, liší se v přítomnosti jehly pro koronový výboj (APCI). Existují i kombinované zdroje ESI/APCI. U sprayových ionozací vždy záleží na povaze analytu nutno zvolit pozitivní nebo negativní mód APCI první komerční využití 1986 oproti ESI lze použít vyšší průtok mobilní fáze, vyšší teplota, vyšší stupeň fragmentace ESI první komerční využití 1988 2002 Nobelova cena za chemii: John Bennett Fenn Kompatibilní pouze s LC s reverzním uspořádáním fází (polární mobilní fáze), tvorba vícenásobně nabitých iontů, ionizace z roztoku, lze analyzovat i soli
MS - iontový zdroj a ionizační technika MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption) Roztok vzorku je smíchán s roztokem matrice (nízkomolekulární UV absorbující látka) na spotovací destičce. Ta je vložena do zdroje, kde dochází k tvorbě pevné směsi matrice a vzorku. Účinkem energie dodané laserovým pulzem dochází k ionizaci aduktu matrice-vzorek a následně odtržení matrice. Ionty analytu jsou měřeny obvykle TOF analyzátorem. Příklad matrice: 2,5-dihydroxybenzoová kyselina, laser 337 nm. Vzorek µm roztok, matrice 100 mm roztok Tvorba obvykle jednonásobně nabitých iontů (M+H) +, (M+K) +, (M+Na) + NELZE spojit s HPLC!!! Spotovací destička
Zdroj:Agilent Technologies
Zdroj:Agilent Technologies
MS - separátory iontů lineární kvadrupol konstrukčně se jedná o 4 kovové tyče hyperbolického nebo kruhového průřezu, které jsou připojeny ke zdrojům DC a AC napětí. Ionty, které vlétnou do prostoru mezi tyčemi, se dostanou do střídavého elektrického pole a začnou oscilovat. Při vhodném poměru DC a AC složky napětí a dané hodnotě těchto napětí projdou kvadrupolem pouze ionty o určitém poměru m/z. Zařízení se chová jako filtr nastavený na určitou hodnotu m/z. Změnou vkládaných napětí je možné nechat projít filtrem postupně ionty v celém rozsahu hodnot m/z
MS - separátory iontů Iontová past (ion trap) účinkem elektrického pole jsou ionty uzavřeny v ohraničeném prostoru. Iontová past se skládá ze vstupní a z výstupní elektrody kruhového průřezu a z prstencové středové elektrody. Krajní elektrody jsou uzemněny, na středovou elektrodu je vkládáno vysokofrekvenční napětí s proměnnou amplitudou. Ionty jsou nuceny pohybovat se uvnitř iontové pasti po uzavřených kruhových drahách s rostoucí amplitudou napětí se ionty s rostoucím m/z dostávají na nestabilní trajektorie a opouštějí prostor iontové pasti směrem do detektoru
MS - separátory iontů Průletový analyzátor (time of flight TOF) je tvořen prázdnou trubicí. K časovému rozdělení iontů podle m/z dochází na základě jejich odlišné doby letu z iontového zdroje do detektoru. Nutná konstatantní stabilní teplota - st Hmotnější ionty se pohybují nižší rychlostí než ionty lehčí a dorazí do detektoru později. Dosažené rozlišení závisí na délce dráhy, kterou ionty v průletovém analyzátoru urazí.
MS - separátory iontů Magnetický - sektorový hmotnostní analyzátor umožňuje prostorové rozdělení svazku iontů podle hodnoty m/z, konstrukčně se jedná o elektromagnet, mezi jehož pólovými nástavci prochází fokusovaný paprsek iontů z elektrického pole B r m/ z = B. r 2. V 2 V ionty o rozdílném poměru m/z opisují dráhy o různých poloměrech dochází k prostorové disperzi iontů podle jejich hmotnosti
ORBITRAP MS - separátory iontů Svazek iontů je v C-trapu zbržděn kolizí s molekulami dusíku, stlačen a vystřelen do Orbitrapu. Na jeho centrální elektrodě se postupně zvyšuje napětí a ionty se začínají spirálově pohybovat generují proudový signál, který je pomocí Fourierovy tranformace převeden na MS spektrum Octapole Osa z elektroda ω z ~ konst. m/ z
MS - detektor iontů detektor zařízení, které detekuje ionty separované hmotnostním separátorem Elektronový násobič konverzní dynóda umožňuje konvertovat ionty na sekundární elektrony a ty dále lavinovým jevem, v tzv. channeltronu tvaru rohu, emitují další elektrony. Měří se vzniklý proud. Elektronásobič je citlivý na přetížení. Fotonásobič konverzní dynóda umožňuje konvertovat ionty na sekundární elektrony. Tyto elektrony při interakci s fosforem emitují fotony. Fotonový signál je zesílen ve fotonásobiči. Fotonásobič je zataven ve skle a je tak velmi rezistentní vůči poškození.
MS - vakuum EI+ 70 ev, CI, MALDI vakuum i ve zdroji spektrometru, všechny spektrometry vakuum v analyzátoru: aby byla zachována dlouhá dráha letu nabitých částic (mohly být detekovány) Spektrometry mají vždy dvoustupňový systém vakua 1. Stupeň vakua rotační olejové vývěvy vakuum cca 10-2 mbar slouží pro provoz pump 2. stupně vakua
MS - vakuum 2. Stupeň vakua cca 10-5 až 10-8 mbar (1 mbar = cca 100 Pa) turbomolekulární pumpa difuzní olejová pumpa
MS - způsob vnosu vzorku EI+ 70 ev: GC/MS kapilární GC kolona (split, splitless, PTV inlet) evakuvatelný reservoar se septem kapilárou napojený do iontového zdroje sonda přímého vstupu (Direct insertion Probe - DIP) vzorek je v mikrovialce v držáku vyhřívané sondy zaveden přímo do iontového zdroje přes vacuum lock ESI, APCI: LC/MS mobilní fáze je pumpou čerpána přes LC kolonu a (popř. přes celu UV detektoru) kapilárou do zdroje (v případě potřeby se průtok před vstupem do MS splituje) Direct Infusion (DI) - přímý nástřik robotickou stříkačkou (mechanický posuv pístu) kapilárou do zdroje Flow Injection Analysis (FIA) nástřik přes vebtil do proudu mobilní fáze čerpané pumpou LC chromatografu kapilárou do zdroje
Hmotnostní spektrometr Přenosný GC-MS HAPSITE (firma Inficon, Inc. U.S.A) Nasazení v Afganistánu (britské jednotky)
Hmotnostní spektrometr Sektorový hmotnostní spektrometr
Hmotnostní spektrometr Kvadrupolový hmotnostní spektrometr s GC chromatografem
Hmotnostní spektrometr IT-ORBITRAP hybridní MS spektrometr