biotechnologia


 
 

Spektroskopia masowa: wstęp

Wydział Farmaceutyczny UJ PRZEDRUK, oryginał dostępny pod adresem www
Fragment skryptu: Spektroskopia Masowa
Autor skryptu: dr Barbara Drożdż

Uniwersytet Jagielloński (www)
Wydział Farmaceutyczny Collegium Medicum (www)
Katedra Chemii Organicznej (www)
Kierownik: Prof. UJ, dr hab. Marek Cegła

Adres:
ul. Medyczna 9
30-688 Kraków
Kontakt: tel. 012 620 55 00



spektroskopia masowa Wstęp
Spektroskopię masową zalicza się do metod spektroskopowych tylko dlatego, że jej wyniki przedstawiane są w postaci widm (spektrum). W spektroskopii tej nie wykorzystuje się zjawiska absorpcji ani emisji promieniowania elektromagnetycznego jak to ma miejsce w spektroskopiach UV, IR czy NMR.
Widmo masowe obrazuje rozpad cząstek analizowanej substancji na mniejsze, naładowane dodatnio fragmenty powstające pod wpływem różnych czynników jonizujących. Mieszanina powstałych jonów jest rozdzielana w polu magnetycznym wg stosunku ich masy do ładunku (m/z). Jony docierając do detektora wywołują przepływ prądu o natężeniu proporcjonalnym do ich ilości. Zmiany te przedstawiane są graficznie w postaci wykresu, na którym na osi rzędnych zaznaczana jest intensywność sygnałów, a na osi odciętych wartość stosunku masy jonów do ich ładunku, z dokładnością odpowiadającą rozdzielczości aparatu, nie większą niż jedną jednostkę masy (unit 1u = 1.66·10-27 kg). Spektroskopia masowa jest metodą pozwalającą wyznaczyć masę cząsteczkową badanego związku oraz masy fragmentów na jakie ten związek rozpada się w trakcie jonizacji w spektrometrze masowym.

Budowa spektrometru masowego
Istnieje wiele modeli spektrometrów masowych, ich budowa zależy od rodzaju zastosowań i wymaganej dokładności prowadzonych pomiarów. We wszystkich spektrometrach można jednak wyróżnić te same główne elementy konstrukcji: układ wprowadzania próbki, komorę jonizacyjną, analizator, detektor jonów oraz rejestrator ( rys.1).


Rys.1 Schemat budowy spektrometru masowego z jonizacją elektronową.

Układ wprowadzenia próbki
Istnieje kilka sposobów wprowadzania badanej próbki do spektrometru masowego. Wybór metody dla danego związku zależy od jego lotności i trwałości w wysokiej temperaturze (nawet do 300oC). Zwykle badana substancja jest przeprowadzana w parę o bardzo niskim ciśnieniu panującym w całym aparacie (rzędu 10-4 Pa). Wysoka próżnia pozwala na uniknięcie zderzeń między powstającymi jonami i cząsteczkami. Przeprowadzona w stan gazowy próbka jest kierowana do komory, w której ulega jonizacji.

Jonizacja związku
Ponieważ działanie spektrometru masowego opiera się na odchylaniu strumienia jonów badanej substancji w polu magnetycznym, analizowane cząsteczki muszą mieć ładunek elektryczny. W pierwszym etapie analizy badane cząsteczki przeprowadza się w jony. Jonizację próbki można wywołać wieloma sposobami między innymi działaniem strumienia elektronów (EI), jonizacją chemiczną (CI), rozpylaniem w polu elektrycznym (ES).
Jedną ze stosowanych metod jest jonizacja wiązką elektronów (EI). Elektrony używane do jonizacji mają energię rzędu 15-100eV (standardowe widma masowe związków organicznych otrzymuje się przy wartościach 70eV). Taka energia znacznie przewyższa pierwszy potencjał jonizacji (wynoszący np. dla atomu wodoru 13.6eV, dla atomu węgla 11.3eV) i dostarcza powstałym jonom dużo wyższej energii niż posiadają substraty w zwykłych reakcjach chemicznych. Wysoka energia dostarczona cząsteczce może powodować rozerwanie każdego wiązania i powstanie jonów, których nie spotyka się w innych warunkach np. w reakcjach chemicznych. W spektrometrze masowym oprócz procesów rozerwania wiązań w badanym związku, zachodzą również reakcje wewnątrzcząsteczkowych przegrupowań. W wyniku jonizacji strumieniem elektronów w komorze jonizacyjnej powstaje mieszanina różnych jonów i cząsteczek obojętnych. Cząsteczki, które są obdarzone ładunkiem dodatnim są wypychane z komory jonizacyjnej przez przyłożenie niewielkiego potencjału dodatniego, dzięki czemu jony ujemne i cząstki obojętne nie przedostają się do analizatora jonów.

Analizator jonów
Wydostające się z komory jonizacyjnej jony dodatnie są przyspieszane działaniem silnego pola elektrostatycznego (U rzędu 2-8 kV) i kierowane do analizatora, w którym jony są poddawane rozdziałowi zgodnie z wartością stosunku ich masy do ładunku. Często stosowanym analizatorem jest analizator magnetyczny. Naładowane dodatnio jony o dużej energii kinetycznej w polu magnetycznym pod wpływem siły Lorentza (F=Bqv) zaczynają poruszać się po torach o różnych promieniach krzywizny r (Bqv = mv2/r), dzięki czemu trafiają do detektora w różnych punktach (rys.1 - punkty p1, p2, p3).

Zdolność rozdzielcza spektrometrów masowych, czyli zdolność do rozróżnienia sygnałów pochodzących od jonów o minimalnie różniących się masach (określanych w MS wartością m/z) jest bardzo duża.

Najczęściej używane przyrządy o małej zdolności rozdzielczej odróżniają jony o masach różniących się o jedną jednostkę masy atomowej (unit). Przykładowo w spektrometrze odróżniany jest jon C5H5+ o m/z = 65 od jonu C5H4+ o m/z = 64.
Spektrometry MS o średniej i dużej rozdzielczości potrafią rozdzielić jony o masach różniących się nawet o 0.0001 co zdecydowanie ułatwia interpretację widma, niestety jednak znacznie podnosi cenę jego wykonania. Piki pochodzące od jonów C2H4+ i N2+ w widmie o niskiej rozdzielczości pojawiają się przy tej samej wartości m/z = 28, natomiast w widmie o dużej rozdzielczości pojawiają się dla tych jonów odpowiednio przy wartościach m/z = 28.0312 i m/z = 28.0062 (patrz tabela 1).

Detekcja i rejestracja jonów
Każdy z docierających do detektora jonów wzbudza impuls elektryczny (tzw. prąd jonowy), który jest następnie przetwarzany w postać cyfrową, która może być opracowana w dowolny sposób.
Dane otrzymane przez spektrometr masowy są najczęściej przedstawiane w postaci tabeli lub widma (spektrum) jak to pokazano na rys.2. Wyniki zawierają informację o intensywnościach względnych pojawiających się w detektorze jonów o określonym stosunku masy do ładunku. Intensywność względna jest liczona w stosunku do jonu o największym natężeniu, który przyjmuje się za jon główny i przypisuje mu intensywność 100%. Intensywność pozostałych pików jest przedstawiana w procentach względem piku głównego. Wartości m/z podawane są bezwymiarowo, dotyczą jednak wielkości masy wyrażonej w jednostkach masy atomowej (unitach) i ładunku podawanego jako wielokrotność ładunku elementarnego (1.6022·10-19C). Przykładowo jon fragmentacyjny C3H6+ pojawi się na widmie przy wartości m/z = 42 ( m = 42u, z = 1 ).



Rys 2. Przykładowe formy przedstawiania widma masowego.

Komentarze

Widok Uszereguj
Tylko zarejestrowani mogą dodawać komentarze. Zarejestruj się/Zaloguj

Podręcznik biotechnologii

Kto jest online

217 gości oraz 0 użytkowników online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem.


 

Facebook

Gadżety

Sklep e-biotechnologia.pl
Tematyczne kubki, koszulki, bluzy etc.


Zapraszamy do sklepu

Na skróty

Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego Narodowe Centrum Nauki Narodowe Centrum Badań i Rozwoju Ośrodek Przetwarzania Informacji PAP - Nauka w Polsce Forum Akademickie Fundacja na rzecz Nauki Polskiej Wirtualna Biblioteka Nauki Scopus NCBI PubMed Nature Science Cell

 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły. VitaInSilica Portal popularnonaukowy

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2016 e-biotechnologia.pl
stat4u