John B. Fenn

1
14. TÖMEGSPEKTROMETRIA
John B. Fenn
Koichi Tanaka
The Nobel Prize in Chemistry 2002 "for their
development of soft desorption ionisation methods
for mass spectrometric analyses of biological
macromolecules"
2
14.1. A tömegspektrometria alapjai
14.2. A tömegspektrometria muszerei
14.3. A tömegspektrometria alakalmazása
3
14.1. A tömegspektrometria alapjai

• Izolált, ionizált részecskék tömeg-töltés arányuk
  szerinti elválasztása
• Angolul Mass Spectrometry (MS)

4
Egyszeres fókuszálású készülék Az ionokat
eloször elektromos térben gyorsítják, majd
mágneses térben elválasztják.
A részecske tömege m,
elektromos töltése e.
U feszültséggel gyorsítjuk.
5
A kinetikus energia
6
Homogén mágneses térbe kerül. (A mágneses
indukció iránya meroleges a belépo töltés
mozgásának irányára)
Lorentz ero
e As az ion töltése (az elemi töltés
egyszerese, kétszerese, stb.)v m/s az ion
sebességeB Tesla N/Am Vs/m2 a mágneses
indukció
7
A mozgás irányára meroleges ero körmozgásra
készteti az ionokat (centripetális ero).
Jobb-kéz szabály hüvelykujj az áram irányába a
többi kinyújtott ujj a mágneses tér
irányába.Tenyerünk így az ero irányába mutat.
B meroleges a papír síkjára
8
(No Transcript)
9
Töltött részecskék szétválása mágneses térben
10
A tömegspektrométer fo részei
11
Az ionizáció módszerei
a) Elektronütközéses ionizáció
(pozitív gyökion)
(negatív gyökion)
A pozitív gyökionok stabilabbak.
A tömegspektrometria csaknem kizárólag pozitív
ionok szétválasztásával foglalkozik.
12
Fragmentáció
Az ionok tovább bomlanak párhuzamos és
konszekutív reakciókban
13
b) Kémiai ionizáció nagy feleslegu reagens gáz
(CH4, NH3, izobután).
Elsosorban a reagens gázok ionizálódnak,ezek
ütköznek a vizsgálandó molekulákkal.
Foleg MH ionok keletkeznek.
Spektrum egyszerubb.
14
c) Szekunder ion tömegspektrometria (SIMS,
Secondary Ion Mass Spectrometry)
Szilárd mintát Ar ionokkal vagy O2 ionokkal
bombáznak.
A felületrol atomok és ionok lépnek ki.
A felület vizsgálatára szolgáló módszer.
15
d) Bombázás gyors atomokkal (FAB, Fast Atomic
Bombardment)
Nem illékony mintákra alkalmas.
A mintát feloldják (pl. glicerinben).
Semleges atomokkal (Ar, Xe) bombázzák
Biológiai, gyógyszeripari minták vizsgálata
16
Detektor elektronsokszorozó
Katód az ionok detektálására érzékeny
Nincs ablaka (nagy vákuumban van)
17
Felbontás
M a vizsgálat ion móltömege, ?M az éppen még
felbontott két csúcs közötti tömegszámkülönbség
Pl. 500-as felbontás esetén az 1000-es és
az 1002-es tömegszámú csúcsot külön jelzi,
az 1000-es és az 1001-es tömegszámú csúcs
egybeolvad.
18
14.2. A tömegspektrometria muszerei

• Csoportosítás a tömeganalizátor szerint
• Egyszeres fókuszálású tömegspektrométer
• Kettos fókuszálású tömegspektrométer
• Kvadrupol tömegspektrométer
• Repülési ido tömegspektrométer

19
a) Egyszeres fókuszálású tömegspektrométer
14.1.
20
Spektrum mágneses tér változtatásával
vagy gyorsító feszültség változtatásával
Felbontás 100-tól néhány 1000-ig
21
b) Kettos fókuszálású tömegspektrométer
Az ionok elválasztása két lépésben, elektromos
térrel és mágneses térrel
Felbontás néhány tíz ezertol 100 ezerig
22
Kettos fókuszálású tömegspektrométer
14.2.
23
c) Kvadrupol tömegspektrométer
Négy elektród (párhuzamos fémrudak)Közöttük
halad az ionsugár.
Két-két szemben lévo elektród mindig azonos
potenciálon van.
A potenciálnak váltóáramú és egyenáramú
komponense is van.
24
Kvadrupol tömegspektrométer
14.3.
25
Az elektródok feszültsége az ido függvényében
14.4.
26
Adott feszültség-amplitúdók esetén egy bizonyos
tömegtartományba eso ionok oszcillálnak.
Még mielott belezuhannának az egyik elektródba,
megfordul a polaritás. Így az ionok végigjutnak a
rudak közötti üregen és elérik a kilépo rést.
Az eltéro m/e-vel rendelkezo ionok egyre nagyobb
amplitúdóval oszcillálnak, és belezuhannak
valamelyik elektródba.
27
Elonyök gyors (nem a mágneses teret
változtatjuk) m/e lineárisan
változik a térerosséggel
Felbontás max 3000
28
d) Repülési ido tömegspektrométer (TOF
Time Of Flight)
Az iongyorsítóban a különbözo tömegu (de azonos
töltésu) ionok azonos energiára tesznek szert
A nagyobb tömeguek kisebb sebességuek,a kisebb
tömeguek nagyobb sebességuek lesznek.
29
Repülési ido tömegspektrométer
Felbontás néhány száztól néhány ezerig
14.5.
30
14.3. A tömegspektrometria alkalmazása

• a) Analitikai alkalmazás
• Szerves molekulák szerkezetvizsgálata
• Fizikai kémiai alkalmazás

31
a) Analitikai alkalmazás
Móltömegek meghatározása
Gázkeverékek kvantitatív analízise
Nyomelemzés
Izotóp-arány mérés
Elemanalízis
Gázkromatográfiával kombinált tömegspektrometria
(GC-MS)
32
b) Szerves molekulák szerkezetvizsgálata
A csúcsok típusai
Molekulacsúcs
Fragmens csúcsok
M?AB
Többszörös töltésu csúcsok
Metastabil csúcsok (rövid élettartamú ionok)
33
Tiofén
14.6.
34
N-bután
14.7.
35
N-bután 1) molekulacsúcs m/e 58-nál viszonylag
kis intenzitású
2) m/e 43-nál van a legvalószínubb csúcs
58-43 15, tehát egy metil-csoport hasadt le,
C3H7 ionból származik
3) m/e 59-nél kis csúcs, 13C illetve 2H
természetes jelenléte miatt (szatelit csúcs)
4) m/e 29 C2H5 de C4H102 is.
5) m/e 25,5 51-es, 2-szeres töltésu ion.
36
c) Fizikai kémiai felhasználás
Ionizációs energia (potenciál) meghatározása
Ionizációs potenciál az a minimális energia,
amely az ion képzodéséhez szükséges.
Az ionizáló elektronok energiájának függvényében
mérjük az intenzitást.
37
Ionizációs hatásfok görbe
14.8.
38
További fizikai-kémiai alkalmazási területek
- Ionok, gyökök képzodéshoje - Kötési
energiák - Reakciókinetikai vizsgálatok