Mass Spectrometer (MS)

Transcription

Mass Spectrometer (MS)
(484.1.4024 :‫המעבדה לקביעה כמותית של תרופות (מספר קורס‬
Quantitative analysis of drugs- student's laboratory
‫גז כרומטוגרף – ספקטרומטרייאת מסות‬
Gas Chromatography - Mass Spectrometry (GC-MS)
‫ ניתן לראות באתר האינטרנט‬Power Point -‫מצגת ב‬
(www.bgu.ac.il/HL) .High Learn ‫בתוכנית‬
.)‫ (משרד‬08-647-9354 '‫להתקשר לשמעון טל‬
e-mail: [email protected] ‫או‬
: ‫ בעיות‬-
‫‪Gas Chromatography - Mass Spectrometry‬‬
‫)‪(GC-MS‬‬
‫• ‪ ,GC-MS‬הנה הטכניקה האנליטית האולטימטיבית לגילוי‪,‬‬
‫זיהוי וכימות של חומרים נדיפים או הניתנים לנידוף‪.‬‬
‫• ‪ GC-MS‬משמש במגוון רחב ביותר של תעשיות כימיות‪,‬‬
‫פטרוכימיות‪ ,‬מזון‪ ,‬בדיקות סביבתיות‪ ,‬אנליזה פורנסית‪,‬‬
‫אנליזה של תרופות‪ ,‬בדיקות רפואיות‪ ,‬בקרת תהליכים‬
‫כימיים ומחקר‪.‬‬
‫• בדיקת ‪ GC-MS‬מהווה הוכחה קבילה משפטית‪.‬‬
‫‪Gas Chromatography‬‬
‫• משמש להפרדת חומרים מתערובת‪.‬‬
‫• התערובת מוזרקת עוברת נידוף וכל חומר יוצא ומובל‬
‫בקולונה ע"י גז‪.‬‬
‫פאזה נחה = קולונה המכילה שיכבה מיקרוסקופית של נוזל או פולימר‬
‫פאזה נעה = גז אינרטי דוגמת הליום ‪ ,‬חנקן או מימן‬
‫• החומרים מופרדים ע"פ תגובה עם הקולונה בזמנים‬
‫שונים‪ .‬נתונים נוספים המשפיעים על ההפרדה‪ :‬קצב זרימת הגז והטמפרטורה‪.‬‬
‫• זמן השהייה בקולונה תלוי בפולריות של החומר בהשוואה‬
‫לזו של הקולונה‪ .‬ספיחה של החומר לקירות הקולונה או לחלקיקים‬
‫המשמשים מארז בקולונה‪.‬‬
‫פקטורים המשפיעים על הפרדת החומרים ב‪GC -‬‬
‫• נדיפות החומר‪ :‬חומרים בעלי נקודת רתיחה (נידוף) נמוכה יעברו מהר יותר דרך קולונת‬
‫ה‪ GC -‬מאשר חומרים בעלי נקודת רתיחה גבוהה‪.‬‬
‫• פולאריות החומרים‪ :‬חומרים פולאריים ינועו יותר באיטיות‪ ,‬במיוחד אם קולונת ה‪GC -‬‬
‫אף היא פולארית‪.‬‬
‫• טמפרטורת הקולונה‪ :‬הגדלת טמפרטורת הקולונה מאיצה את יציאת החומרים בתערובת‪.‬‬
‫• פולאריות החומר הארוז בקולונה‪ :‬בדרך כלל כל החומרים ינועו באיטיות על קולונה‬
‫פולארית‪,‬עם זאת חומרים פולאריים ינועו אף יותר לאט מהאחרים‪.‬‬
‫• קצב זרימת הגז דרך הקולונה‪ :‬הגברת מהירות הזרימה של הגז המוביל מגבירה‬
‫את מהירות תנועת החומרים העוברת דרך הקולונה‪( .‬גזים בשימוש‪.) N2; He; H2 :‬‬
‫• אורך הקולונה‪ :‬ככל שהקולונה ארוכה יותר כך יעוכבו החומרים המצויים בה וזמן רב יותר‬
‫יידרש לשם מעבר דרך הקולונה‪ .‬קולונות ארוכות הינן טובות יותר להפרדה יעילה‪.‬‬
‫באופן כללי הפקטור העיקרי הנלקח בחשבון בהפרדת חומרים ב‪ GC -‬הוא נקודת הרתיחה‬
‫של החומרים השונים‪ .‬הפקטור השני הנלקח בחשבון הוא פולאריות החומרים השונים‪.‬‬
Diagram of a gas chromatograph
Flame Ionization (FID)
Thermal Conductivity Detector (TCD)
Mass Spectrometry (MS)
‫השפעת העלאת הטמפרטורה בקולונה על הפרדת חומרים‬
‫)‪Mass Spectrometer (MS‬‬
‫• ספקטרומטריית מסות הינה שיטה המשמשת לאנליזה כימית‪ ,‬חקר‬
‫תגובות בפאזה גזית‪ ,‬קביעת מסות אטומיות וכן לקביעת שכיחויות‬
‫של איזוטופים‪.‬‬
‫• במכשיר זה מולקולות החומר הנבדק עוברות יינון וחלקן מתפרק‬
‫לשברים (פרגמנטים)‪ ,‬הן טעונים והן לא טעונים‪ .‬היונים מאופיינים‬
‫ע"י יחס מסה‪-‬למטען )‪ (m/z‬ויציבות יחסית‪.‬‬
‫• ההתפרקות מתרחשת תוך שבירת קשרים כימיים ולעיתים תוך‬
‫יצירת קשרים כימיים חדשים‪.‬‬
‫השיטה הנפוצה ביותר ליינון מולקולות החומר (‪ )M‬היא פגיעה בעזרת‬
‫אלומת אלקטרונים בעלי אנרגיה של כ‪:7000 kJ/mol -‬‬
‫‪M+. + 2e‬‬‫כאשר ‪ M+‬הוא היון המולקולרי‪.‬‬
‫‪M + e-‬‬
‫)‪Mass Spectrometer (MS‬‬
‫• מס‪-‬ספקטרומטריה הינה חקר השפעת אנרגית היוניזציה על‬
‫המולקולה‪.‬‬
‫• היונים החיוביים המתקבלים מואצים לאזור בו נוכח שדה מגנטי או‬
‫שדה חשמלי‪.‬‬
‫• ליונים בעלי יחס מסה למטען )‪ (m/z‬שונה מסלולים שונים בשדות‬
‫הללו ולכן ניתן להפרידם ולקבוע את יחס ה‪ (m/z)-‬עבור כל אחד‬
‫ואחד מהם וכן לקבוע את מספריהם (שכיחויותיהם) היחסיים‪.‬‬
‫‪The Mass Spectrum of Methane‬‬
‫דוגמא‪:‬ספקטרום המסות של מתאן‬
‫‪100 Base peak‬‬
‫‪M+ = 16‬‬
‫‪Molecular ion‬‬
‫‪[C12H4]+.‬‬
‫ הפיק הגבוהה ביותר בספקטרום מכונה‬‫‪ base peak‬וכל שאר הפיקים מצוינים‬
‫יחסית אליו‪.‬‬
‫ הפיקים מצוינים כקווים אנכיים‪.‬‬‫ תהליך יצירת הפרגמנטים נוצר ע"פ‬‫חוקיות כימית פשוטה הניתנת לחיזוי‪.‬‬
‫ היונים הנוצרים ישקפו את הקטיונים‬‫או הרדיקלים הקטיונים היציבים ביותר‪.‬‬
‫ הפיק בעל המשקל המולקולארי הגבוהה ביותר‬‫בדרך כלל מיצג את "מולקולת האם"‬
‫)‪,(parent molecule‬פחות אלקטרון‪M +1 = 17 ,‬‬
‫והוא מכונה היון המולקולארי‬
‫‪[C13H4]+.‬‬
‫)‪.molecular ion (M+‬‬
‫‪m/z‬‬
‫‪C‬‬
‫‪86‬‬
‫‪H‬‬
‫‪M+‬‬
‫‪= 15‬‬
‫‪C12H3+‬‬
‫‪[C12H2]+.‬‬
‫‪C12H+‬‬
‫‪16‬‬
‫‪8‬‬
‫‪1.11‬‬
‫‪H‬‬
‫‪3‬‬
‫‪12 13 14 15 16 17‬‬
‫‪H‬‬
‫‪Relative ion intensity‬‬
‫ספקטרום מסות הוא דיאגרמה (תרשים)‬
‫אשר על ציר ה‪ X-‬שלה נמצא היחס‬
‫)‪ (m/z‬של כל יון ויון ואילו השכיחויות‬
‫היחסיות של היונים נמצאות‬
‫על ציר ה‪ Y-‬של הדיאגרמה‪.‬‬
‫‪H‬‬
‫‪[C12]+.‬‬
‫)‪Mass Spectrometer (MS‬‬
‫למרות תהליך יצירת היונים בדוגמא ואיבוד חלק גדול מהחומר‪,‬‬
‫עדיין טכניקת ה‪ MS-‬נחשבת רגישה מאוד ורק כמויות זעומות של‬
‫חומר משמשות לבסוף לאנליזה‪.‬‬
‫• במקרה של דוגמא מוצקה החומר מונח על חוד של פין מתכת בתוך‬
‫אזור תחת וואקום גבוהה‪ .‬במקרה זה הדוגמא עוברת נידוף או‬
‫המראה למצב הגזי‪ ,‬בדרך כלל בעזרת חימום‪.‬‬
‫• גזים ונוזלים מוחדרים דרך צינורית מעבר )‪ (inlet‬עם בקרת זרימה‬
‫והמולקולה במצב הגזי עוברת יינון על ידי מקור יוניזציה (בהתאם‬
‫למכשיר) ולאחר מכן ממשיכה לקראת אפיון באנליזאר (בהתאם‬
‫למכשיר) ‪.‬‬
Mass Spectrometer (MS)
:‫ספקטרומטר כולל שלושה חלקים‬-‫כל מס‬
1) Ionizer
2) Ion (or mass) Analyzer
3) Detector
Mass Spectrometer (MS)
– Ionization techniques - ‫מקור ינון‬
1. Electron Impact (EI)
2. Chemical Ionization (CI)
3. Atmospheric Pressure Chemical
Ionization (APCI)
4. Electrospray Ionization (ESI)
5. Fast Atom Bombardment (FAB)
6. Matrix Assisted Laser Desorption
Ionization (MALDI)
‫‪MS- Ionization techniques - EI‬‬
‫ייצור יונים מולקולריים ע"י יינון אלקטרוני )‪1) Electron Impact (EI‬‬
‫• כמות האנרגיה המושקעת זהה לאנרגית היוניזציה‪ ,‬המסופקת ע"י יינון אלקטרוני ומובילה‬
‫ליצירת הצורה הרדיקלית (מתקבל הצורון ‪. (M +.‬‬
‫• האלקטרונים נוצרים ע"י חוט להט של טונגסטאן ומואצים בשדה אלקטרוני של ‪70 eV‬‬
‫דרך תא יוניזציה מהחוט הדק (פילמנט) ללוכד‪ ,‬תחת שליטה של שדה מגנטי‪.‬‬
‫האלקטרונים מגיבים עם מולקולות החומר המנודף‪.‬‬
‫• האינטריאקציה בין האלקטרונים לחומר גורמת לסילוק אלקטרון (לעיתים שניים)‬
‫מהרמה הערכית )‪( .(valence orbitals‬לעיתים נדירות נילכד אלקטרון במולקולה)‪.‬‬
‫•‪M + e- → M-‬‬
‫‪M + e- → M+• + 2e-‬‬
‫‪electron capture‬‬
‫‪Electron pair formation‬‬
‫‪1000 times less likely‬‬
‫‪Energy transfered to‬‬
‫‪ion radical‬‬
EI
‫יינון אלקטרוני אידיאלי‬
‫•‬
‫•‬
‫אנרגית היוניזציה הנדרשת למרבית המולקולות היא‪.8 - 12 eV :‬‬
‫עודף אנרגיה עשוי להוביל לפירוק קשרים במולקולה המיוננת‪.‬‬
‫אספקת אנרגיית היינון ב‪ EI -‬היא ‪.70 eV‬‬
‫ניצולת היונים תלוייה באנרגיה המושקעת‪.‬‬
‫בהשקעה של ‪ 70 eV‬באזור המישורי הרבה יותר קל ליצר ספטרא של יונים‬
‫יציבים באופן רציף‪.‬‬
‫‪MS- Ionization techniques - CI‬‬
‫ייצור יונים מולקולריים ע"י יינון כימי )‪2) Chemical Ionization (CI‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫במקום שהינון יווצר ע"י שדה חשמלי חזק העשוי לפרק את המולקולה לפרגמנטים‬
‫שונים‪ ,‬משלבים את הדוגמא עם יונים של גז )‪ (electron-poor species‬הנוצרים‬
‫לאחר הפגזה עם אלקטרונים‪.‬‬
‫היון של הגז תורם יון מימן לדוגמא וזאת ע"מ לייצב עצמו‪.‬‬
‫הדוגמא המיוננת (בתוספת יון מימן – ‪ )H+‬עוברת לזיהוי דרך הספקטרומטר‪.‬‬
‫התנאים הדרושים‪:‬‬
‫עודף גדול )‪ (104:1‬של הגז )‪ (R‬ביחס לדוגמא )‪( .(M‬דוגמא לגז‪.)R = methane(CH4) :‬‬‫‪-‬שימוש באנרגיה אלקטרונית גבוהה )‪(500 eV‬ובתנאי לחץ בתחום ‪.10-150 Pascal‬‬
‫‪.‬‬
‫•‬
‫היון הראשוני שנוצר בגז הצפוף הוא‪R+ :‬‬
‫•‬
‫יונים ראשוניים מגיבים בתהליך התנגשות עם מולקולות גז נוספות ליצירת קטיונים‬
‫‪.‬‬
‫‪R+ + R‬‬
‫‪RH+ + (R - H).‬‬
‫שניוניים ע"י העברת מימן‪.‬‬
‫‪R + e-‬‬
‫• יון מתאן )‪ ,(CH5+‬בעל מימן נוסף‪ ,‬משמש כחומצת לואיס‪ ,‬ומגיב באופן חזק עם‬
‫מולקולות אורגניות בסביבתו וזאת בלחץ של ‪ 20 pascal‬בלבד‪.‬‬
‫ריאקציות אפשריות של גז עם דוגמא בשיטת ה‪CI -‬‬
‫‪MS- Ionization techniques - ESI‬‬
‫)‪4) Electrospray Ionization (ESI‬‬
‫ זרם נוזלי של הדוגמא נכנס כתרסיס‬‫מה‪ HPLC -‬דרך צינור נימי קטן‬
‫(פלדת אל‪-‬חלד) המצוי במתח קבוע‬
‫של ‪.4 kV‬‬
‫ בתווך נוצרות טיפות נוזל טעונות‪.‬‬‫ היונים נוצרים ע"י מנגנון נידוף כך‬‫שהחלקיקים המיוננים עוברים‬
‫הלאה לתוך ה‪ MS -‬לזיהוי‪.‬‬
‫היתרון של השיטות ‪ APCI‬ו‪ESI -‬‬
‫הינה בכך שהם אפשרו קבלת‬
‫מס‪-‬ספקטרא לחומרים פולאריים‬
‫שאינם נדיפים‪.‬‬
‫בשיטת ה‪ ESI -‬ניתן לבצע אנליזה גם למקרו‪-‬מולקולות (חלבונים‪ ,‬פולימרים‪ ,‬אוליגונוקלאוטידים וכו')‬
‫מאחר וישנה אפשרות לטעינה מרובה‪.‬‬
‫פירוט טכניקת היינון של ה‪ESI -‬‬
‫• מקור היינון של ‪ ESI‬כולל מחט מפלדת אל‪-‬חלד (קפילארית) דקה‬
‫ועדינה וסידרה של חריצים המצויים תחת זרם חנקן ותחת וואקום‬
‫ומוליכים למאבחן היונים (מס‪-‬אנלייזר)‪.‬‬
‫• נוזל הדוגמא עובר בצורת תרסיס ממכשיר ה‪ HPLC -‬לכיוון תא‬
‫היינון (‪ .)MS‬מאחר והמחט הקפילארית מצויה תחת מתח (‪)4kV‬‬
‫יוצאות הטיפות כך שהן נושאות מטען חיובי‪ .‬עקב תהליך הוואקום‬
‫מתרחש נידוף של טיפות הנוזל ובו בזמן מתקיימת דחייה בין יוני‬
‫החומרים הטעונים חיובי‪ .‬בסוף התהליך מתקבלות מולקולות‬
‫טעונות הנמשכות אל תוך יחידת "מאבחן היונים" (המס‪-‬אנלייזר)‪.‬‬
‫• ‪ ESI‬יעיל במיוחד עבור ביו‪-‬מקרומולקולות (חלבונים ‪,‬‬
‫אוליגונוקלאוטידים ‪,‬רב‪-‬סוכרים וכו') שיש קושי לנדף או ליינן אותם‪.‬‬
‫מאחר וב‪ ESI -‬ישנה אפשרות לטעינה מרובה באזורים שונים‬
‫במקרומולקולה הרי שניתן להתגבר על משקלן הרב וע"פ ערך ה‪-‬‬
‫‪ m/z‬ניתן לאמוד את משקלן גם בטווח מסות קטן של המכשיר‪.‬‬
‫)‪Mass Spectrometer (MS‬‬
‫טכניקת הפרדת יונים‬
‫•‬
‫כיצד נוכל להבחין בין יחסים שונים של מסה‪-‬למטען )‪(m/z‬בצורה ניסיונית?‬
‫•‬
‫מאבחן‪-‬יונים )‪ (mass-analyzer‬הינו רכיב במס‪-‬ספקטרומטר המאפשר לבצע‬
‫סלקציה לפי ערכי ‪ m/z‬מסוימים‪.‬‬
‫לאחר יצירת היונים במקור היינון‪ ,‬הם מואצים לתוך המס‪-‬אנלייזר ע"י שדה‬
‫אלקטרוני‪.‬‬
‫•‬
‫בחירת מאבחן‪-‬היונים תלוי ב‪:‬‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫הרזולוציה הנדרשת‬
‫טווח המסות‬
‫קצב סריקה‬
‫מגבלות החשיפה‬
‫היישום נקבע ע"פ אופי הכימיקל או החומר הביו‪-‬כימי‪.‬‬
‫לכל סוג אנלייזר ישנו מאפיין הפעלה שונה‪ ,‬בחירת האנלייזר המתאים לעיתים‬
‫מצריכה למידה של החומר‬
‫)‪Mass Spectrometer (MS‬‬
‫‪Types of mass/charge analyzers‬‬
‫אנלייזר רציף‬
‫דומה לפילטר או מונוכרומטור המשמש לספקטרוסקופיה אופטית‪.‬‬
‫אנלייזר רציף מעביר ‪ m/z‬בודד לגלאי והמס‪-‬ספקטרא מתקבלת‬
‫ע"י סריקת האנלייזר דרך ערכי ‪ m/z‬שונים‪.‬‬
‫כאשר נבחר ‪ m/z‬בודד‪ ,‬כל שאר היונים בערכי ‪ m/z‬שונים נעלמים‪,‬‬
‫מה שמוריד את ערך ה‪( S/N -‬יחס סיגנל לרעש) ומאפשר המשכיות‬
‫אנליזה ברגישות גבוהה‪.‬‬
‫סוגים‪:‬‬
‫‪Sector‬‬
‫‪quadrupole‬‬
‫אנלייזר פעימות‬
‫אוסף מס‪-‬ספקטרום מלא המתקבל מפעימה בודדת של יונים‪ ,‬בעת ובעונה אחת‪.‬‬
‫מה שמביא לידי עלייה גדולה בערך ‪.S/N‬‬
‫סוגים‪:‬‬
‫)‪Time of flight (TOF‬‬
‫‪Ion cyclotron resonance‬‬
‫‪quadrupole ion trap‬‬
‫ישנם שני סוגי מאבחני יונים )‪ (mass-analyzers‬המקובלים בשימוש במכשיר ה‪GC-MS -‬‬
‫‪quadrupole ; ion trap‬‬
‫)‪Mass Spectrometer (MS‬‬
‫‪Magnetic sectors analyzer‬‬
‫•‬
‫•‬
‫העיקרון הוא מעבר היונים דרך עקומת מגנט המפריד יונים ע"פ התנע והמטען‪.‬‬
‫מכשירי ה‪ magnetic sector -‬הינם בעלי רזולוציה גבוהה ובעלי טווח מסות‬
‫גבוהה יותר מאנליזרים אחרים דוגמת ‪ ,quadrupole‬עם זאת הם דורשים‬
‫משאבות וואקום חזקות ולעיתים קצב הסריקה הוא איטי יותר‪.‬‬
‫טווח המסות המקובל‬
‫ב‪ magnetic sector -‬הוא‬
‫‪ , 5000 m/z‬אך יכול להיות‬
‫מורחב עד ל‪.30,000 m/z -‬‬
Ion selection
The Mass Spectrometer
Magnetic field
B
Focusing
slits
Accelerating
voltage
m/z = B2r2e/2V
Where m = mass,
e = electron charge,
z = # of charges/ion
r = radius of curvature
V (1-10keV)
Increase B
Focused ion M+
Ion M+
Ionizing
voltage
Radius r
Sample
inlet
Low
vacuum
Detector
‫‪Electric sectors / double focusing Mass Specs‬‬
‫•‬
‫מכשירי ה‪ magnetic sector -‬משולבים לעיתים בסדרה עם ‪ electric sector‬לקבלת‬
‫רזולוציה גבוהה ‪.‬‬
‫•‬
‫ה‪ electric sector -‬כולל שתי עקומות דרכן מוזרם מתח חשמלי ידוע המכוון את היון‬
‫במעבר באנלייזר‪ .‬המתח הנקבע קובע את מסלול היון בעקומת האנלייז‪.‬‬
‫‪ -‬רדיום מסלול היון נקבע ע"פ‪:‬‬
‫• ה‪ electric sector -‬לא יפריד יונים להם אנרגיה קינטית זהה‪.‬‬
‫• במכשיר המשולב )‪(electric sector + magnetic sector‬ישנה שונות‬
‫באנרגיות הקינטיות של היונים הנוצרים במקומות שונים ומשום כך ישנו יתרון‬
‫בשילוב של השניים ע"מ להגדיל את הרזולוציה‪.‬‬
‫• למעשה ה‪ electric sector -‬משפר את הרזולוציה של ה‪magnetic sector -‬‬
‫ע"י הפחתת הפיזור של האנרגיה הקינטית של היונים השונים‪.‬‬
‫• בדרך כלל במכשיר משולב יופיע ה‪ electric sector -‬לפני ה‪. magnetic sector -‬‬
‫)‪Mass Spectrometer (MS‬‬
‫‪quadrupole analyzer‬‬
‫ זהו האנלייזר הנפוץ ביותר בשימוש‪.‬‬‫היתרונות הן‪:‬‬
‫• קומפקטי‪.‬‬
‫• קצב סריקה מהיר‪.‬‬
‫• יעילות שידור גבוהה‪.‬‬
‫• עוצמת וואקום נמוכה או בינונית‪.‬‬
‫• מכשיר זול‪ ,‬אחזקה פשוטה‪.‬‬
‫רזולוציה של‪.1 m/z units :‬‬
‫טווח מסות‪ :‬ניתן למצוא מ‪ 1000m/z-‬ועד ‪. 4000m/z‬‬
‫• האנלייזר כולל ארבעה מוטות (‪ )quadrupole‬של אלקטרודות המסודרים מסביב אחד מעל השני‪.‬‬
‫• כאשר הינים נעים דרך ה‪ ,quadrupole -‬הם מסוננים לפי ערך ה‪ m/z -‬שלהם כך שרק‬
‫ערך בודד של ‪ m/z‬יוכל לעבור לגלאי ביציאה מהאנלייזר‪.‬‬
‫• הערך ‪ m/z‬העובר דרך האנלייזר )‪ (resonant ion‬נקבע ע"י‬
‫זרם החילופין‪ AC voltage -‬והזרם הישיר‪ DC voltage -‬שהועברו לאלקטרודות‪.‬‬
‫עקרון פעולה של ‪quadrupole‬‬
‫‪ AC/DC voltage‬מייצר שדה‬
‫של תנודות במרחב הפועל כמסנן‬
‫להעברת ערך ה‪ m/z -‬הנבחר‪.‬‬
‫ארבע אלקטרודות המחוברים בזוגות‪,‬‬
‫פוטנציאל ‪ RF‬מסופק בין זוגות האלקטרודות‬
‫מערכת מורכבת של‬
‫תנועות יוצרת גל‬
‫תלת ממדי )‪(3D‬‬
‫מחזור שני‪ :‬היונים‬
‫החיוביים נדחקים‬
‫בצורה מאונכת‬
‫מחזור ראשון‪ :‬היונים‬
‫החיוביים נדחקים‬
‫בצורה מאוזנת‬
‫שדה קוודרופולי מעביר יונים נבחרים דרך אמפליטודות של גלים תלת ממדיים‬
‫פירוט טכניקת מפריד היונים בקוודרופול‬
‫• מאבחן המסות "קוודרופול" כולל בתחילתו מקור יוני‬
‫ויחידה אופטית המאיצה את יוני החומר וממקדת את‬
‫היונים לכיוון חריץ קטן דרכו עוברים היונים לתוך פילטר‬
‫ה"קוודרופול"‪.‬‬
‫• פילטר הקוודרופול מצוי תחת בקרת מתח כאשר שני‬
‫מוטות (אלקטרודות) מקבילים טעונים חיוב ושניים שלילי‪.‬‬
‫• ערך היון )‪(m/z‬העובר באנלייזר נקבע ע"פ המתח‬
‫המשודר במוטות‪ ,‬כך שכל פעם עובר ערך בודד של ‪.m/z‬‬
‫• בסוף האנלייזר ישנו חריץ יציאה וגלאי יונים שלאחר‬
‫הגברת הסיגנל מאפשר את ציון היון בספקטרום‪.‬‬
‫בחינה במס‪-‬ספקטרא במקביל לקבלת ‪MS1, MS2, MS3‬‬
‫אנליזת ‪ MS‬במקביל )‪ (Tandem MS or MS/MS‬משמשת בעיקר לקבלת אינפורמציה‬
‫מבנית על החומר הנבדק‪.‬‬
‫ תחילה מקבלים ספקטרא המהווה ‪ ,MS1‬ממנו בוחרים יונים ראשונים‪,‬‬‫המהווים את "יוני האם" )‪.(parent ions‬‬
‫ "יון אם"‪ ,‬בעל ערך ‪ m/z‬מסויים ‪ ,‬עובר הלאה לפרגמנטציה נוספת במס‪-‬ספקטרא‬‫ומתקבל ספקטרום המהווה ‪ MS2‬ומכונה "יוני הבת" )‪. (daughter ions‬‬
‫‪ -‬למעשה ניתן להתייחס ל‪ MS1 -‬כאל מקור יוני עבור ‪.MS2‬‬
‫‪MS1‬‬
‫‪MS2‬‬
‫דוגמאות מס‪-‬ספקטרא )‪ (EI‬לחומרים שונים‪-‬‬
‫סיווג ע"פ קבוצות פונקציונליות‬
‫אלכוהול‪:‬‬
‫יון מולקולת האלכוהול הינו קטן או כלל לא ניראה‪ .‬בדרך כלל מתרחש ביקוע הקשר ‪C-C‬‬
‫הסמוך לחמצן‪ .‬באלכוהול מתבצע איבוד של מולקולת מים‪.‬‬
‫דרך יצירת היון באלכוהול‪:‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪O‬‬
‫‪O‬‬
‫אלדהיד‪:‬‬
‫ביקוע של הקשרים בסמוך לקבוצת הקרבוניל גורמת לאיבוד מימן (משקל מולקולארי פחות ‪)1‬‬
‫או לאיבוד של ‪( CHO‬יון מולקולארי פחות ‪.)29‬‬
‫דרך יצירת היון באלדהיד‪:‬‬
‫‪O‬‬
‫‪O‬‬
‫‪H‬‬
‫‪131‬‬
‫‪103‬‬
‫אלקאנים‪:‬‬
‫באלקאנים היון המולקולארי מופיע‪ ,‬אך בעוצמה נמוכה‪ .‬הפרגמנטציה כוללת קבוצה של פיקים‪,‬‬
‫בהפרש של ‪ 14‬יחידות‪ ,‬המיצגים איבוד של מתילן )‪ (CH2‬בכל פעם ולבסוף קבוצת מתיל‪.‬‬
‫דרך יצירת היון באלקאנים‪:‬‬
‫אמידים‪:‬‬
‫אמידים ראשוניים מראים ‪ base peak‬לפי תהליך של שיחלוף ‪ , McLafferty‬כמתואר מטה‪.‬‬
‫אמינים‪:‬‬
‫הפיק של היון המולקולארי באמין הראשוני הינו מספר אי‪-‬זוגי‪.‬‬
‫ביקוע‪-‬אלפא לחנקן הינו ביקוע מקובל באמינים‪.‬‬
‫דרך יצירת היון באמין ראשוני‪:‬‬
‫‪NH2‬‬
‫‪NH2‬‬
‫‪30‬‬
‫ באמין שניוני הפיק של היון המולקולארי אף הוא מספר אי‪-‬זוגי‪.‬‬‫פיק הבסיס )‪ (base peak‬נוצר לאחר ביקוע של הקשר ‪ C-C‬הסמוך לקשר ‪.C-N‬‬
‫דרך יצירת היון באמין שניוני‪:‬‬
‫‪N‬‬
‫‪H‬‬
‫‪N‬‬
‫‪H‬‬
‫ארומטים‪:‬‬
‫הפיקים של היון המולקולארי בארומטים הוא חזק ובולט עקב המבנה היציב‪.‬‬
‫חומצה קרבוקסילית‪:‬‬
‫בחומצות עם שרשרת קצרה‪ ,‬הפיקים הבולטים הינם אלו לאחר איבוד של ‪17( OH‬פחות יחידות)‬
‫ו‪( COOH -‬פחות ‪ 45‬יחידות) וזאת עקב הביקוע של הקשרים בסמוך ל‪. C=O -‬‬
‫דרך יצירת היון בקרבוקסיל‪:‬‬
‫‪O‬‬
‫‪O‬‬
‫‪OH‬‬
‫אסתר‪:‬‬
‫פרגמנטים מופיעים לפי ביקוע הקשר הסמוך לקשר ‪( C=O‬איבוד קבוצת אלקוקסי ‪ )–OR ,‬ושיחלוף‬
‫ממני‪.‬‬
‫דרך יצירת היון באסתר‪:‬‬
‫‪O‬‬
‫‪O‬‬
‫‪O‬‬
‫אתר‪:‬‬
‫פרגמנטציה מתרחשת בעמדה אלפא לאטום החמצן ( קשר ‪ C-C‬הסמוך לחמצן)‪.‬‬
‫דרך יצירת היון באתר‪:‬‬
‫‪O‬‬
‫‪O‬‬
‫הלידים‪:‬‬
‫הנוכחות של אטומי כלורין או ברומין מזוהה בדרך כלל ע"פ הפיקים של האיזוטופים השונים‪.‬‬
‫קטונים‪:‬‬
‫הפיקים העיקריים בפרגמנטציה נוצרים מביקוע של קשרי ‪ C-C‬הסמוכים לקבוצת הקרבוניל‪.‬‬
‫דרך יצירת היון בקטון‪:‬‬
‫‪O‬‬
‫‪O‬‬