8 Massenspektrometrie
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Spektroskopie-Seminar SS 2016 8 Massenspektrometrie Massenspektrometrie Spektroskopie-Seminar SS 2016 8 Massenspektrometrie 8.1 Prinzip • • • • • Methode zur Bestimmung der Masse von Molekülen Analyt wird in die Gasphase überführt Moleküle werden ionisiert und durch elektrisches Feld beschleunigt Auftrennung erfolgt durch ein homogenes Magnetfeld Detektiert wird das Masse/Ladung-Verhältnis m/z • Bestimmung der relativen Masse mit sehr kleinen Substanzmengen möglich • Fragmentierungs- und Isotopenmuster ermöglichen Aussagen über die Struktur • Je größer und polarer die Moleküle, desto schwieriger ist es, sie in die Gasphase zu bringen. Spektroskopie-Seminar SS 2016 8 Massenspektrometrie 8.1 Prinzip Spektroskopie-Seminar SS 2016 8 Massenspektrometrie 8.1 Prinzip Ionenerzeugung: Elektronenstoßionisation (EI) • Gasförmige Probe trifft als „Molekülstrahl“ auf einen senkrechten Elektronenstrahl • Die Spannung zwischen Kathode und Anode unterscheidet sich je nach Methode • Es entstehen positiv geladene Ionen: 𝑀 + 𝑒− 𝑀+∗ + 2 𝑒 − Massentrennung: • Leichte Ionen werden von Magnetfeld leichter abgelenkt als schwere • Masseabhängige Ablenkradien rm 𝑚𝑣 𝑟𝑚 = 𝑧𝐵 Massenspektrometrische Grundgleichung: 𝑚 𝑟𝑚2 𝐵2 = 𝑧 2𝑈 z: Ionenladung m: Ionenmasse v: Ionengeschwindigkeit U: Beschleunigungsspannung B: Magnetfeldstärke Spektroskopie-Seminar SS 2016 8 Massenspektrometrie 8.2 Fragmentierung a-Spaltung: ähnlich Norrish-Typ-1-Rkt. • Homolytische Spaltung der a-Bindung zu einem Heteroatom wie N, O oder S • Ladung wird durch das Heteroatom stabilisiert Spektroskopie-Seminar SS 2016 8 Massenspektrometrie 8.2 Fragmentierung Spektroskopie-Seminar SS 2016 8 Massenspektrometrie 8.2 Fragmentierung Spektroskopie-Seminar SS 2016 8 Massenspektrometrie 8.2 Fragmentierung Benzyl- und Allyl-Spaltung • Homolytische Spaltung der benzylischen oder allylischen C-C-Bindung • Ladung wird durch das p-System stabilisiert Spektroskopie-Seminar SS 2016 8 Massenspektrometrie 8.2 Fragmentierung Benzyl- und Allyl-Spaltung Spektroskopie-Seminar SS 2016 8 Massenspektrometrie 8.2 Fragmentierung Spektroskopie-Seminar SS 2016 8 Massenspektrometrie 8.2 Fragmentierung Spaltung nichtaktivierter Bindungen • Spaltung innerhalb von Kohlenwasserstoff-Ketten • Können durch die C-C-Bindungsspaltung nur primäre Carbokationen und Radikale entstehen, ist die Spaltung jeder Bindung gleich wahrscheinlich • Es entsteht ein gleichförmiger Verlauf der Intensitäten der Fragmente 14 CH2 14 CH2 14 CH2 Spektroskopie-Seminar SS 2016 8 Massenspektrometrie 8.2 Fragmentierung Spaltung nichtaktivierter Bindungen • Sind Verzweigungen vorhanden, können sekundäre Kationen mit höherer Bildungstendenz entstehen • Die entsprechenden Signale weichen von dem gleichförmigen Verlauf der Intensitäten ab 14 CH2 14 CH2 14 CH2 Spektroskopie-Seminar SS 2016 8 Massenspektrometrie 8.3 Methoden der Ionenerzeugung Elektrospray-Ionisation (ESI): • Ionisation erfolgt durch Protonierung in einer Analytlösung • Kationen sammeln sich an der Spitze einer anodischen Metallkapillare • Und bilden ein Aerosol, welches durch ein Trägergas zerstäubt wird • Bei Beschleunigung der Tropfen verdampft das Lösungsmittel • Sanfte Methode, für empfindliche Moleküle geeignet • Detektiert werden „Quasimolekül-Ionen“ • z.b. [M+H]+ [M+Na]+ Masse um m/z = 1 erhöht Masse um m/z = 23 erhöht Spektroskopie-Seminar SS 2016 8 Massenspektrometrie 8.3 Methoden der Ionenerzeugung Felddesorption (FD): • Analyt wird zunächst auf der Oberfläche einer Anode (Wolframdraht mit feinen Nadeln aus Kohlenstoff) adsorbiert • Ionisation erfolgt durch ein elektrisches Feld sehr hoher Feldstärke • Sehr schonende Methode, geeignet für schwer flüchtige oder thermisch labile Substanzen Spektroskopie-Seminar SS 2016 8 Massenspektrometrie 8.3 Methoden der Ionenerzeugung Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization (MALDI) • Analyt ist in eine kristalline Matrix eingeschlossen • Matrix-Moleküle werden mittels Laser angeregt • Hohe Energie führt zu einer explosionsartigen Teilchenablösung aus dem Kristall • Analytmoleküle werden mitgerissen und ionisiert • Geeignet für die Untersuchung von Makromolekülen • Wie Polymere und Biopolymere Spektroskopie-Seminar SS 2016 8 Massenspektrometrie 8.3 Methoden der Ionenerzeugung Übersicht Methode Ionisierende Teilchen Ionen M-Bereich Vorteile Nachteile ElektronenstoßIonisation (EI) Elektronen M*+ und Fragmentionen Bis 3 500 Fragmentionensignale Polare oder hochmolekulare Substanzen nicht messbar ElektrosprayIonisation (ESI) keine [M+H]+ [M+nH]n+ [M+Na]+ Bis 100 000 Messung hochmolekularer Substanzen Nur in bestimmten Lösungsmitteln, selten Fragmentierung Feld-Desorption (FD) keine M*+ Bis 3 000 Messung empfindlicher Verbindungen Keine Fragmentierung MALDI Matrix (hn) [M+H]+ [M+nH]n+ Bis > 500 000 Messung sehr hoher Massen Aufwendige Probenpräparation Spektroskopie-Seminar SS 2016 8 Massenspektrometrie 8.4 Isotopenmuster • Da bestimmte Elemente mehrere Isotope haben, die relativ häufig sind, beobachtet man entsprechend mehrere MassePeaks für Spezies, die sich nur durch das Auftreten unterschiedlicher Isotope unterscheiden • Die Intensität der Signale korreliert mit der rel. Häufigkeit der Isotope • Aufschluss über die Zusammensetzung des Analyts und die Anwesenheit bestimmter Elemente (insb. Cl und Br) Spektroskopie-Seminar SS 2016 8 Massenspektrometrie 8.4 Isotopenmuster Spektroskopie-Seminar SS 2016 8 Massenspektrometrie 8.4 Isotopenmuster Spektroskopie-Seminar SS 2016 8 Massenspektrometrie 8.4 Isotopenmuster Spektroskopie-Seminar SS 2016 8 Massenspektrometrie 8.4 Isotopenmuster
