Plik 13

SPEKTROMETRIA MASOWA ( MS )
(J.J. Thompson – 1911r. )
To komplementarna w stosunku do NMR i IR
metoda analizy związków organicznych.
Spektrometria masowa pozwala określić:
a). skład pierwiastkowy związku
b). skład izotopowy analizowanych substancji
c). masę cząsteczkową i wzór sumaryczny
związku
d). strukturę związku na podstawie identyfikacji
jonów na jaki rozpadł się związek w czasie
procesu fragmentacji
MS pozwala identyfikować związki chemiczne i ich
mieszaniny.
Metoda ta stosowana jest w chemii organicznej, chemii
analitycznej, biochemii, farmacji, diagnostyce medycznej.
Pozwala badać próbki nawet rzędu mikrogramów.
Aparatem do otrzymywania widm masowych jest
spektrometr masowy.
Widmo jest
zbiorem pików przedstawiających zależność
jonowego od stosunku m / z.
prądu
(m – masa jonu, z – ładunek jonu)
pp
Widmo zawiera
informacje na jakie fragmenty rozpadł się związek
w czasie fragmentacji i jaka jest względna wydajność
dla poszczególnych fragmentów.
SPOSÓB OTRZYMYWANIA WIDMA
a). badany związek doprowadza się do jonizacji
i rozpadu na jony (fragmenty)
b). naładowane fragmenty przyśpiesza się w polu
elektrycznym
c). strumień jonów rozdziela się wg. stosunku ich
masy do ładunku
d). mierzy się natężenie prądu jonowego
odpowiadającego poszczególnym jonom
APARATURA MS
2
Podstawowy wzór spektrometrii mas
2
m B rm e

z
2U
APARATURA składa się z:
a). układu wprowadzania próbki
b). komory jonizacyjnej i układu przyśpieszania jonów ( próbka musi być przeprowadzona w stan pary,
prężność par nie może być mniejsza niż 10 -7 Tr ),
to jest ograniczeniem tej metody )
c). analizatora – najpierw analizator elektrostatyczny,
później magnetyczny, to tzw. Układ Niera – Johnsona
(dwusektorowy)
d). detektora
METODY JONIZACJI:
a). metoda EI ( Electron Impact Ionization ) – tu
jonizacja za pomocą elektronów o energii 10 - 70 eV.
MeM
M
←

 2e
to tzw. rodniko - kation ( jon molekularny)
Ma odpowiednio dużą energię i rozpada się na
jony – to tzw. fragmentacja związku.
b).
metoda FAB ( Fast Atom Bombardment ) –
tu jonizacja następuje przez bombardowanie dodatnimi jonami
argonu i ksenonu. Stosuje się do badania substancji trudno
lotnych np. peptydów rozpuszczonych w cieczach o dużej
lepkości.
Plazma wzbudzona indukcyjnie (ICP) – jonizowana substancja
jest wprowadzana do plazmy płomienia palnika znajdującego się w
kwarcowej rurce. Rurka otoczona jest cewką, w której płynie prąd
zmienny o wysokiej częstotliwości. Plazma ogrzewa się do
temperatury ok.10 000 K ( wzbudzenie zmiennym polem
magnetycznym wytworzonym przez prąd płynący w cewce).
Metodę nadaje stosuje się do analizy pierwiastków metalicznych.
c).
Podstawowe reguły
reguły procesu
procesu fragmentacji:
fragmentacji:
Podstawowe
• w czasie fragmentacji łańcucha węglowodorowego
faworyzowane jest rozrywanie wiązań C-C
• najłatwiej następuje rozrywanie wiązań C-C w miejscach
rozgałęzienia łańcucha
• łatwo rozerwaniu ulegają wiązania C-C odległe o dwa
wiązania od wiązania podwójnego
• w pochodnych węglowodorów elektron jest odrywany
zwykle od heteroatomu co sprzyja rozrywaniu
sąsiadującego z nim wiązania
RODZAJE PIKÓW W MS
a). pik molekularny – odpowiada jonowi molekularnemu
b). pik główny – najsilniejszy pik w widmie
c). piki izotopowe – odpowiadają izotopom
OKREŚLANIE MASY MOLOWEJ ZWIĄZKU
Polega na ustaleniu w widmie piku molekularnego M+·.
Z reguły jest to pik o największej wartości m / z, jeżeli nie
brać pod uwagę pików izotopowych.
Uwaga:
– w widmie może nie być piku molekularnego jeżeli
fragmentacja prowadzona jest zbyt intensywnie, dlatego
w metodzie EI robi się drugi pomiar przy mniejszej
energii elektronów np. 15 eV
WIDMO MS NITROBENZENU (Mm=123)
•
M = 123
M - 46 = 77,
NO2 = 46
NO = 30
Widmo MS kwasu benzoesowego (Mm=122)
•
Widmo masowe mieszaniny peptydów - przykład
•
•
Sample Analysis at Mars
Misja marsjańska (Curiosity) - spektrometr
masowy na pokładzie