Matrix Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI) Ionization Methods (Nobel, e-museum) Nobel Prize in Chemistry 2002 Electrospray Ionization John B. Fenn Matrix Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI) Koichi Tanaka

Classi di analizzatori di massa A settore magnetico A doppia focalizzazione A quadrupolo (lineare) Trappola ionica a quadrupolo A tempo di volo Trasformata di fourier

Magnetic Sector Analyzer

Analizzatore a settore magnetico Spettrometro di massa a focalizzazione semplice Di solito la sorgente è a EI o CI 60, 90 o 180° 1 2 B Schermo metallico + Lo spettro si registra facendo una scansione di V o di B. La scansione di V permette di usare magneti permanenti per la generazione del campo B. Normalmente gli strumenti commerciali sono a scansione di V. m, z V Ioni più pesanti 10-7 torr Ioni più leggeri Rivelatore R < 2000, perché gli ioni entrano nel settore magnetico con una distribuzione di energie cinetiche, e quindi di velocità.

Analizzatore elettrostatico Energia cinetica 1 2 Forza centripeta + + E m, z V r - Per potere attraversare la fenditura, gli ioni devono avere una determinata velocità. L’analizzatore elettrostatico non è un analizzatore di massa, ma un filtro di velocità, per cui viene utilizzato in combinazione con un analizzatore di massa per aumentarne la risoluzione.

Analizzatore di massa a quadrupolo Massimo valore m/z ~ 4 000 Risoluzione ~ 3 000 I quadrupoli sono strumenti a bassa risoluzione Si lavora normalmente alla risoluzione di una unità di massa. Leggero, di dimensioni contenute Facile da accoppiare alla cromatografia Efficiente trasmissione degli ioni Necessaria una elevata precisione nell’allineamento delle barre degli elettrodi

Quadrupoles have variable ion transmission modes mass scanning mode m1 m3 m4 m2 single mass transmission mode m2 m3 m1 m4

Ionization Method Typical Analytes Sample Introduction Mass Range Method Highlights Electron Impact (EI) Relatively small. Volatile. GC or liquid or solid probe To 1000 Daltons Hard method. Provides structural info Chemical Ionization (CI) Soft method. Molecular ion peak [M+H]+ Electrospray (ESI) Peptides/proteins. Non-volatile. Liquid Chromatography To 200,000 Soft method. Ions often multiply charged. Matrix Assisted Laser Desorption (MALDI) Sample mixed in solid matrix To 500,000 Soft method. Very high mass range. Fast Atom Bombardment (FAB) Carbs/peptides. viscous matrix To 6000 Soft method, but harder than ESI or MALDI

Analizzatore di massa a quadrupolo Potenziale nel quadrupolo

Lo spettro di massa Spettro di massa multicarica (ESI/qTOFMS) m/z Albumina del siero bovino: Mr = 64 000

The Ion Trap

Traiettorie ioniche nella trappola a quadrupolo Moto degli ioni in direzione z Moto degli ioni in direzione r tempo Gli ioni vengono intrappolati forzandoli su traiettorie chiuse stabili all’interno della trappola. Quando la traiettoria di uno ione diventa instabile, questo esce dalla trappola e viene rivelato.

Substituting the above equation in equation 6 and differentiating with respect to x, For description of the stability diagrams of the quadrupole ion trap, az and qz are frequently used.   Since u equals x,   As listed above, the equation for az has a negative sign. This explains the difference in a stability diagram for a quadrupole ion trap when compared to the stability diagram for a quadrupole.

Analizzatore a tempo di volo (TOF) Zona di accelerazione con campo elettrostatico E Ioni positivi Sorgente d V = 0 dE = V0 = 20 000 V V = V0 L

The m/z ratio is related to flying time Theory of TOF-MS v2 = 2 V z m Transit time (t) is L/v, where L is drift tube length and v is velocity t = L v t2 = L2 m 2 z V m/ z = 2 t2 V L2 The m/z ratio is related to flying time

Time-of-flight (TOF) Mass Analyzer Source Drift region (flight tube) + + detector + + V Ions are formed in pulses. The drift region is field free. Measures the time for ions to reach the detector. Small ions reach the detector before large ones.

How do we achieve superior mass resolution? Reflector TOF Mass Analyzer Delayed Extraction on a MALDI source

Voyager-DE STR MALDI TOF Sample Linear Extraction plate Reflector detector grids Timed ion detector selector Reflector Laser Camera Pumping Pumping

Reflectron TOF Reflectron TOF a stadio singolo Metodo per correggere la distribuzione di velocità, diminuendo Δt Sorgente Reflectron TOF a stadio singolo

Analizzatore di massa a tempo di volo Massimo valore m/z > 200 000 Risoluzione fino a 10 000 – 20 000. Il reflectron consente di: Ridurre le dimensioni Aumentare la risoluzione Ideale accoppiamento con sorgenti pulsate Efficiente trasmissione degli ioni

The mass spectrum shows the results MALDI TOF spectrum of IgG MH+ 10000 20000 30000 40000 Relative Abundance (M+2H)2+ (M+3H)3+ 50000 100000 150000 200000 Mass (m/z)

ESI Spectrum of Trypsinogen (MW 23983) M + 15 H+ 1599.8 M + 16 H+ M + 14 H+ 1499.9 1714.1 M + 13 H+ 1845.9 1411.9 1999.6 2181.6 m/z Mass-to-charge ratio

Rivelatori di ioni Lastre fotografiche Coppa di Faraday Ad AgBr. Sono state i primi rivelatori di ioni Coppa di Faraday Un semplice elettrodo collettore schermato Economico, poco sensibile Rivelatori a scintillazione A cristalli di materiale fosforescente Moltiplicatori di elettroni A dinodi separati A dinodo continuo

Moltiplicatori di elettroni Moltiplicatore a dinodi separati Fascio di ioni All’amplificatore Fenditura Elettroni – Cascata di elettroni + + – – + Superficie conduttrice a resistenza variabile 2kV Collegamento a terra attraverso l’amplificatore Moltiplicatore a dinodo continuo

Tandem MS 9/11/2018 Analytical Assays used in Pharmaceutical Industry Labs for New Chemical Entities Method 1990 1998 2000 2006 HPLC (UV &Fluorescence) 75% 50-60% 20% 2% GC/MS 12% 3% LC/MS/MS 40-50% 60-75% 98% Immunoassay (ELISA/FPIA etc.) 10% table Dr. Edward Randell