Appunti di Spettrometria di Massa

Spettrometria di massa MALDI API IonSpray APCI EI CI Inlet Ion source Mass Filter Detector Data System High Vacuum System Turbo pumps Diffusion Pumps Rough pumps Rotary pumps Sample plate HPLC GC Solids probe Quadrupole TOF Ion Trap Magnetic Sector Electron Multiplier PC & Windows NT

Spettrometria di massa Sorgente La sorgente serve a volatilizzare e ionizzare il campione Analizzatore L'analizzatore serve a misurare il rapporto m/z degli ioni prodotti Detector Il detector serve a rivelare gli ioni che arrivano dall'analizzatore

Spettrometria di massa

Interfaccia Capillare diretto

Interfaccia HPLC/MS Campione in soluzione (infusione o HPLC) Ionizzazione API (Atmospheric Pressure Ionization) Ion Spray (Elettrospray) APCI (Atmospheric Pressure Chemical Ionization) Analizzatore: Singolo, Triplo Quadrupolo TOF Trappola ionica

Interfaccia API Ion Spray (spray aiutato da un getto d’aria) Elettrospray (senza aiuto dell’aria) Gli Ioni preesistono in soluzione Acidità dell’analita pH del mezzo Tensione Applicata Formazione di addotti Gli ioni passano in fase vapore a Temp. ambiente. Nel TurboIonSpray si fornisce calore al solvente per favorire l’evaporazione. APCI Athmospheric Pressure Chemical Ionization L’analita passa in fase vapore per riscaldamento Volatilità Stabilità termica L’analita viene ionizzato per reazione chimica in fase vapore Capacità di assumere o perdere un protone

La generazione degli ioni: IonSpray Interfaccia IonSpray inlet gocciolina carica Alto Voltaggio 3-6 KV + – Campione + + All’ analizzatore + – + + + Ioni solvatati Spray Gas del nebulizzatore goccioline secondarie Senza gas di nebulizzazione = Elettrospray

La generazione degli ioni: APCI Atmospheric Pressure Chemical Ionization Interfaccia Pressione = 760 torr Solvente ionizzato dagli ioni primari Analita e solvente in fase vapore Gas di nebulizzazione MH+ Campione MH+ MH+ MH+ MH+ Analita ionizzato dal solvente Tubo riscaldato Ago carico con “effetto corona”

Sorgenti di Ionizzazione Sorgente EI (impatto elettronico) Sorgente CI (ionizzazione chimica) Sorgente electrospray Sorgente MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption and Ionization).

Ionizzazione in GC/MS Ionizzazione a Impatto elettronico ( EI) Un elettrone ( 70 eV) colpisce una molecola neutra, facendo uscire un elettrone e producendo lo Ione Molecolare che mantiene una addizionale energia residua. Questa energia residua, attraverso vibrazioni, rotazioni e riarrangiamenti molecolari, produce la Frammentazione della molecola

Sorgente EI

Ionizzazione EI

Ionizzazione EI La camera di ionizzazione EI usa normalmente elettroni a 70 eV A minore energia vengono prodotti solo un piccolo numero di ioni. A energie maggiori la frammentazione è troppo grande e si ottengono poche informazioni.

Sorgente EI Filamento tipicamente di Rutenio, espelle elettroni a 70 eV. Target è un anodo usato in associazione col filamento per produrre elettroni. Repeller è un elettrodo caricato positivamente usato per spingere gli ioni positivi fuori dalla sorgente di ionizzazione. La serie delle lenti è una serie di elettrodi molto più negativi usati per accelerare gli ioni a energia cinetica costante.

Sorgente EI Quando una molecola neutra esce dalla colonna ed entra nella sorgente EI, passa attraverso il fascio di elettroni e viene ionizzata. Il Repeller spinge rapidamente lo ione positivo fuori dalla sorgente attraverso la serie di lenti. Tutti gli ioni negativi sono spinti sul repeller

Sorgente CI Ione Reagente + Molecola = Ione Molecolare + ione reagente EI è un metodo di ionizzazione Hard. La frammentazione dà informazioni strutturali, ma a volte su molecole molto grandi, la frammentazione è troppo intensa e non è possibile vedere lo Ione Molecolare. Se riusciamo a trasferire la carica tramite una molecola reagente riusciamo ad ottenere una frammentazione ridotta e ad aumentare la produzione di Ione Molecolare. Lo schema diventa : Ione Reagente + Molecola = Ione Molecolare + ione reagente

Sorgente CI

CI vs EI Data Confrontando i due spettri di Massa si nota che quello EI ha una grande frammentazione e poco Ione Molecolare, mentre quello CI ha un grande picco M+1 e una frammentazione ridotta. Questo dà anche una ridotta quantità di informazioni sulla struttura.

CI vs EI Data Mentre CI può produrre un grande ione rappresentativo dello Ione Molecolare, il metodo ha grosse limitazioni. La produzione degli ioni è dipendente dal campione , dal gas reagente e dalla sua pressione in sorgente. Gli spettri Ci non sono così estensivi come gli spettri EI Si perdono le informazioni che possono essere ottenute dalla frammentazione

Analizzatori di Massa L’analizzatore di Massa è una porzione dello spettrometro di di Massa che risolve differenti frammenti di massa. Vi sono diversi tipi di analizzatori di Massa: Magnetico Quadrupolo Trappola ionica (Ion Trap)

Analizzatore magnetico Un campo magnetico è in grado di far deviare particelle cariche in movimento, per cui gli ioni provenienti dalla sorgente possono seguire la curvatura del tubo. L’entità della deviazione dipende dall’intensità del campo magnetico, dall’energia fornita dal potenziale elettrostatico e dal rapporto m/z dello ione. In particolare per ogni valore di potenziale elettrostatico e campo magnetico, solo ioni con un ben preciso rapporto m/z riusciranno ad attraversare la fenditura posta alla fine dell’analizzatore, ed arrivare quindi al collettore di ioni, che genera un segnale elettrico dipendente dall’intensità della corrente ionica che lo colpisce. Gli ioni sono accelerati da un intenso potenziale elettrostatico verso l’analizzatore.

Analizzatore a quadrupolo L'analizzatore a quadrupolo consiste in un tubo rettilineo in cui è fatto il vuoto ed in cui sono presenti quattro barre parallele, disposte simmetricamente intorno all'asse del tubo, di sezione circolare oppure iperbolica. Le barre diametralmente opposte sono in contatto elettrico tra di loro, mentre tra barre adiacenti è applicata un voltaggio formato da due componenti: una differenza di potenziale continua e una oscillante ad alta frequenza. Lo ione entra nell'analizzatore parallelamente all'asse z, ed è spinto dai campi elettrici continuo e oscillante a seguire una traiettoria a spirale .

Analizzatore a trappola ionica La trappola ionica è un analizzatore a quadrupolo con barre iperboliche piegato su se stesso in modo da formare un' anello. L'elettrodo centrale (il "buco della ciambella") è eliminato, ed il voltaggio continuo ed alternato sono applicati tra l'elettrodo esterno e gli elettrodi inferiore e superiore, che diventano due superfici convesse. Due piccoli buchi sugli elettrodi inferiore e superiore permettono la introduzione e l'uscita degli ioni. E’ possibile intrappolare per un tempo lungo a piacere gli ioni e farli frammentare grazie alla presenza di un gas.

Trappola ionica

Rivelazione degli ioni Una volta separati gli ioni bisogna ottenere una risposta che possa essere usata. L’elettromoltiplicatore è il tipo più comune di Detector di ioni. La superficie interna è di materiale elettroemissivo, cioè rigetta gli ioni quando collidono sulla parete. Aumentando il potenziale, gli ioni sono accelerati e quando si imbattono su un’altra superficie , vengono emessi ulteriormente e il segnale viene amplificato.

Data System Il Data System è il cuore del sistema GC/MS: Controlla le operazioni di GC e MS Permette di calibrare la MS Riceve e immagazzina tutti i dati Permette di processare i dati GC Permette di processare tutti gli spettri di MS e le ricerche in libreria Processa i dati in modo diverso da quanto è possibile fare con i dati GC

Spettro di massa

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Grazie per l’attenzione