SPETTROMETRIA DI MASSA L.S. in Scienze e tecnologie alimentari Anno Accademico 2008/2009 Corso integrato: Controllo delle modificazioni chimiche negli alimenti (7 CFU) Modulo di: Chimica analitica strumentale (4 CFU) Giorgio Bonaga SPETTROMETRIA DI MASSA SORGENTI IONICHE (CAS-7b) Giorgio Bonaga

SORGENTI IONICHE ”ION SOURCES” Giorgio Bonaga

IONIZZAZIONE METODO DI IONIZZAZINE ACRONIMO VANTAGGI E SVANTAGGI emissione di elettroni (ioni positivi) EI fornisce lo ione molecolare e gli ioni frammenti eccesso di frammentazione cattura di elettroni (ioni negativi) protonazione CI, ESI, APCI, MALDI, FAB molte sostanze non si protonano (idrocarburi) o sono instabili nella forma protonata (glucidi) deprotonazione ESI, APCI, MALDI, FAB limitata a sostanze a carattere acido cationizzazione (Na+ o K+) carenza o assenza di frammentazione trasferimento di molecole cariche in fase gassosa (ioni positivi e negativi) limitata a ioni già prodotti Giorgio Bonaga

EMISSIONE DI ELETTRONI [MH] +. 178,1 M [M] +. - e m/z CATTURA DI ELETTRONI [M] - M [M] - + e 283,8 m/z PROTONAZIONE [MH] + 702,4 M + H + [MH] + MH2++ 351,7 m/z Giorgio Bonaga

TRASFERIMENTO DI MOLECOLE CARICHE IN FASE GASSOSA DEPROTONAZIONE [M-H] + 308,1 M - H + [M-H] + m/z CATIONIZZAZIONE [MNa] + M + Na + [MNa] + 203,1 m/z TRASFERIMENTO DI MOLECOLE CARICHE IN FASE GASSOSA [Mgas] + M + [M ] + sol gas 339,1 M - [M ] - sol gas m/z Giorgio Bonaga

SORGENTI IONICHE SORGENTE IONICA ACRONIMO EVENTO Electron Impact EI impatto elettronico/trasferimento di elettroni Chemical Ionization CI trasferimento di protoni Atmospheric Pressure Chemical Ionization APCI corona di scarica /trasferimento di protoni Electrospray Ionizaion Nanoelectrospray Ionization ESI nano ESI evaporazione di goccioline cariche (+ o -) Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization MALDI assorbimento di fotoni/trasferimentio di protoni Fast Atom Bombardment FAB desorbimento di ioni/trasferimento di protoni Giorgio Bonaga

IMPATTO ELETTRONICO Electron Impact (EI) . M + 5-6 eV 70 eV 50 eV Giorgio Bonaga

SORGENTE A IMPATTO ELETTRONICO Electron Impact Source = EI collettore (+) (collector) estrattore (-) (extractor) repulsore (+) (repeller) fenditura (slit) campione (sample) M+ M+ lente di collimazione (+) (collimating lens) lente di focalizzazione (+) (focusing lens) filamento (filament) Giorgio Bonaga

EI SOURCE Giorgio Bonaga

Chemical Ionization (CI) Giorgio Bonaga IONIZZAZIONE CHIMICA Chemical Ionization (CI) G 10 eV (M+H) + G G + . 1-2 eV G (G+H) + M . (G-H)

SORGENTE A IONIZZAZIONE CHIMICA Chemical Ionization Source = CI campione M M [M-H]+ [G-H]+ [M-H]+ G G gas chimico Giorgio Bonaga 11

Utilizzando come gas chimico il metano, le reazioni sono: CH4 + e CH4+. + 2e 2a. CH4+. + CH4 CH3. + CH5+  46% 2b. CH3+ + CH4 H2 + C2H5+  40% 2c. (CH2+ + CH4 H2 + C2H3+) C2H3+ + CH4 H2 + C3H5+  5% Giorgio Bonaga

EI/CI SOURCE Giorgio Bonaga

SORGENTE A IONIZZAZIONE DI CAMPO Field Ionization Source = FI FL S + CL - + Giorgio Bonaga

FI Giorgio Bonaga

SORGENTE A DESORBIMENTO DI CAMPO Field Desorbtion Source = FD catodo R FL S + CL - + Giorgio Bonaga

FD Giorgio Bonaga

EI/CI: prolina (mol wt 115) (M + H) + % % 70 116 100 100 115 NO PEAK ! . 70 + 50 50 M 45 98 m/z 0 50 100 150 m/z 0 50 100 150 Giorgio Bonaga

EI/CI: prolina Giorgio Bonaga

EI/CI/FI/FD: creatina (mol wt 131) Gli spettri di massa registrati impiegando sorgenti EI, CI, FI e FD, rivelano che nei primi tre casi non è possibile ottenere il segnale corrispondente allo ione molecolare, mentre con caso la sorgente FD lo ione quasi-molecolare è il picco-base dello spettro. Giorgio Bonaga

EI CI % % 42 100 100 114 43 28 113 50 50 112 86 m/z 0 20 40 60 80 100 120 m/z 0 20 40 60 80 100 120 Giorgio Bonaga

EI/CI: creatina Giorgio Bonaga

FI FD % % 114 132 100 100 113 86 114 50 50 113 m/z 0 20 40 60 80 100 120 m/z 0 20 40 60 80 100 120 Giorgio Bonaga

FI/FD: creatina Giorgio Bonaga

ELECTROSPRAY (ESI) SORGENTE ELECTROSPRAY Electrospray Source = ESI counter skimmer electrode electrodes MS analyzer Taylor cone LC electrospray capillary atmospheric pressure high vacuum Giorgio Bonaga

CONO DI TAYLOR ( 0,7-5,0 kV) [M + nH] n+ evaporazione del solvente Giorgio Bonaga CONO DI TAYLOR ( 0,7-5,0 kV) + + - + + [M + nH] n+ + + + evaporazione del solvente fissione della gocciolina formazione di ioni per ulteriore fissione e/o evaporazione ionica

ESI: resveratrolo (mol wt 228) 227,0 228,1 186,8 121,0 89,0 87,0 100 % m/z [M – H] - Giorgio Bonaga

ELECTROSPRAY (ESI) ESI Giorgio Bonaga

(ATMOSPHERIC PRESSURE) SORGENTE APCI Atmospheric Pressure Chemical Ionizatio = APCI IONIZATION REGION (ATMOSPHERIC PRESSURE) INTERMEDIATE PRESSURE REGION ANALYZER (HIGH VACUUM) bath gas source heater counter electrode transfer optics skimmer sheath gas Q-rods + nebulizer gas corona discharge electrode rotary punp probe heater turbo/diffusive pumps exhaust Giorgio Bonaga

APCI Giorgio Bonaga

N2 + e-  N2+. + 2e- N2+. + N2  N4+. N4+. + C6H6  2N2+ C6H6+. Giorgio Bonaga N2 + e-  N2+. + 2e-   N2+. + N2  N4+.   N4+. + C6H6  2N2+ C6H6+.   C6H6+. + M  C6H5. + [M + H]+ % 186 100 124 156 50 108 279 m/z 100 150 200 250 300 Spettro di massa APCI della sulfametazina (mol wt 278)

APCI: sulfametazina Giorgio Bonaga

Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization = MALDI trap (sample target) laser pulsato (UV = 337 nm) [M-H]+ + + [M-H]+ [M-H]+ time-of-flight + [M-H]+ + + + - 30.000 V Giorgio Bonaga

LASER mirror electrode electrode mirror UV radiations Giorgio Bonaga

SORGENTE MALDI pulsed laser focusing lens sample target ion acceleration time-of-flight (TOF) detector Giorgio Bonaga

a-lattalbumina (a-LA) MALDI: a-lattoalbumina a-lattalbumina (a-LA) 14177,5 100 a- LA + 1 LAT 14503,3 % a- LA + 2 LAT 14826,2 m/z 14000 14500 15000 Giorgio Bonaga

MALDI Giorgio Bonaga

IONIZZAZIONE CON ATOMI VELOCI Fast Atom Bombardment = FAB FAB GUN (Xe o Ar) + deflector probe fast atoms plasma slow atoms slow ions fast ions 10-5 torr 2-10 kV - Giorgio Bonaga

FAB: organometallico C27H28P2Pt (con 194Pt ) (M - CH 3 ) + 593 P t C H 3 mol wt 608 Giorgio Bonaga

FAB: vitamina B12 (spettro parziale) H 2 O P Co + C 1300 1320 1350 m / z 1329 1355 mol wt 1354 Giorgio Bonaga

FAB Giorgio Bonaga

CONFRONTO TRA SORGENTI IONICHE SOURCE MASS RANGE (Da) ACCOPPIAMENTO SENSIBILITA’ EI 500 GC/MS > 10-12 CI ESI 70.000 LC/MS > 10-13 nano ESI > 10-15 APCI 1200 MALDI 300.000 FAB 7.000 no 10-9 < > Giorgio Bonaga 42

MASS RANGE E SENSIBILITA’ 10-15 10-14 10-13 10-12 nanoESI sensibilità (moli) ESI APCI MALDI EI/CI EI/CI 102 103 104 105 106 mass range (Dalton) Giorgio Bonaga