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( m a in lib ) 2 -Bu ta n o n e , 4-p h e n y l-10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
0
50
100
1527 39
43
51
55 63
65
74
77
85
91
98
105
115120
129
133
148
O
Massenspektrometrie Übung 1:
a) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M = 148 u).
Wie entstehen die Signale bei m/z = 133, 105, 91, 77 und 43?
%
m/z
b) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M = 197 u).
Wie entstehen die Signale bei m/z = 120, 92, 77 und 65?
Welche Information zur Summenformel kann man direkt aus dem Molekülpeak entnehmen?
%
m/z
( m a in lib ) Be n ze n a m in e , 2 -( p h e n y la zo ) -20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210
0
50
100
27
39
41
51
65
73
77
92
96 105 115
120
141 147 167 177
197
NN
N H2
c) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M 129 u).
Wie entstehen die Signale bei m/z = 112, 99, 85, 84 und 71?
Tipp: m/z 85 entsteht aus einer tautomeren Molekülstruktur.
%
m/z
d) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M 129 u).
Wie entstehen die Signale bei m/z = 114, 86 (zwei Signale), 58 (zwei Signale) und 30?
%
m/z
(m a in lib ) N -M e th y lm a le a m ic a c id40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
0
50
100
42
44
45
4652
53
55
56
58
59
68
71
72 82
84
85
86
99
112129
N H
O
O H
O
(m a in lib ) D ie th y la m in o a c e to n e10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
0
50
100
15
30
42
54
56
58
67 70 80 84
86
94 98 108 114 129
O
N
e) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M 137 u).
Wie entstehen die Signale bei m/z = 121, 120, 93 und 92? (Intensitäten beachten!)
%
m/z
f) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M 137 u).
Wie entstehen die Signale bei m/z = 106, 78, 51 und 31?
Tipp: m/z 31 entsteht aus einem nicht sichtbaren Fragment!
%
m/z
(m a in lib ) Sa lic y la m id e10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
0
50
100
14 1828
31
39
44
4650
53
65
68 76 80
92
102 108
120
137O H
N H2
O
(m a in lib ) Iso n ia zid10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
0
50
100
1828
31
38 41 44
51
57 61 65 76
78
93 104
106
120
137N HO
N H2
N
( m a in lib ) 2 -Pro p e n o y l c h lo rid e , 3 -p h e n y l-20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
0
50
100
2740
44
51
6369
77
103
131
166
C l O
( m a in lib ) Bro m o a c e t ic a c id , 2 -b u ty l e ste r20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
0
50
100
2941
52
57
69
73
7993
101
115
121
139
165
179
Br
O
O
Massenspektrometrie Übung 2:
a) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M = 166 u). Cl = 35/37 u
Wie entstehen die Signale bei m/z = 131, 103, 77, 63 und 51?
%
m/z
b) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M = 194 u). Br = 79/81 u
Wie entstehen die Signale bei m/z = 179, 165, 121, 93 und 57?
%
m/z
( m a in lib ) C y c lo h e xe n e , 3 -(b ro m o m e th y l) -10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190
0
50
100
15
27
29
39
51
5355
65
67
73
77
79
81
87
95
105 117 127 133 147 174
Br
c) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M 174 u). Br = 79/81 u
Wie entstehen die Signale bei m/z = 95, 81 (zwei Signale), 79 und 67? Wie kann man
messtechnisch die Identität der Ionen bei m/z 79 und m/z 81 ganz einfach nachweisen?
%
m/z
d) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M 156 u). S = 32 u
Wie entstehen die Signale bei m/z = 141, 128, 111, 83 und 39?
%
m/z(m a in l ib ) Th io p h e n e -2 -c a rb o xy lic a c id e th y l e ste r
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 1700
50
100
14 1829
39
4553
5769 77
83
96 100
111
128
141
156
S
O
O
e) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M = 183 u). F = 19 u
Wie entstehen die Signale bei m/z = 165, 138, 109, 74?
%
m/z
f) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M = 268 u). Si = 28 u
Wie entstehen die Signale bei m/z = 253, 209, 135 und 73?
%
m/z
(m a in lib ) D ,L-p -Flu o ro p h e n y la la n in e10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190
0
50
100
15
28
30 39 44
46
5157 63 69
74
81
83
9196
101
109
118125
138
148 165 183
F
H 2N
O HO
(m a in lib ) Be n ze n e a c e tic a c id , 4-m e th o xy -à -[ ( trim e th y lsily l) o xy ]-, m e th y l e ste r40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280
0
50
100
42
45
51
59
65
73
77
89
97 105 121
135
151 163 179193
209
225
231
253
268
O
OO
Si
O
Massenspektrometrie Übung 3:
a) Welche Masse wird bei einer Massenfeinbestimmung gemessen und wofür liefert das Ergebnis
entscheidende Hinweise? Welche andere Bezeichnung ist für so eine Messung noch üblich?
b) Welche Elektronenenergie wird standardmäßig bei Elektronenstoß Ionisation (EI) verwendet und
aus welchen zwei Gründen? Für welche datentechnische Auswertung ist einer Voraussetzung?
c) Welche Chromatographie Methode ist ideal zur Kopplung mit Elektronenstoß Ionisation (EI)?
Welche prinzipielle Art von Trennsäulen wird dabei verwendet und aus welchem Grund?
d) Welche drei Ionensorten unterschiedlicher Lebensdauer erzeugt Elektronenstoß Ionisation (EI)?
e) Nennen Sie ein ein übliches Reaktandgas für Chemische Ionisation (CI) und dessen Reaktandgas
Ion. Welches Problem kann bei Substanzen mit Hydroxylgruppen auftreten?
f) Was ist das sogenannte „Säulenbluten“ bei GC/MS und welche Verbindungen sind für moderne
Gaschromatographie-Säulen besonders gefährlich?
g) Eine Verbindung zeigt bei Elektronenstoß Ionisation (EI)-GC/MS im Massenspektrum keinen
Molekülpeak. Welche alternative Ionisierungs-Methode ist für diese Kopplung geeignet? Welche
Art von Ionen erwartet man dabei und durch welche Art von Reaktion werden sie erzeugt?
h) Nennen Sie zwei Einlass-Systeme, die gut für die Elektronenstoß Ionisation (EI) geeignet sind
und jeweils deren Vorteil gegenüber anderen Einlass-Systemen.
i) Welche massenspektrometrische Methode (Einlass-System und Ionisierung) ist geeignet, eine
kleine leicht flüchtige Verbindung zu identifizieren und zu quantifizieren, die als Dopingmittel
eingenommen wurde. Mit welchen Analysatoreigenschaften kann man diese Messung verbessern
und welche zusätzlichen Substanzen braucht man noch für die Quantifizierung?
j) Welche Proben-Eigenschaft ist die Voraussetzung dafür, ein Elektronenstoß Ionisations (EI)
Massenspektrum zu erhalten? Anhand welcher anderen Proben-Eigenschaft kann man dieses
einfach abschätzen? Welches Einlass-System kann diese Problematik teilweise umgehen?
k) Skizzieren Sie das Innere einer Elektronenstoß (EI)-Ionenquelle im Moment der Ionisation.
Massenspektrometrie Übung 4:
a) Welche typische Art von Ionen erwartet man bei Elektrospray (ESI) und welche Zahlen sind im
Vergleich zu anderen Ionisierungs-Methoden dabei ungewöhnlich hoch? Welche sehr praktischen
Vorteile hat das für die Auswahl eines entsprechenden Massenspektrometers und warum?
b) Nennen Sie zwei verschiedene Masse Analysatoren und jeweils einen ihrer Vorteile.
c) Welche mit der Chemischen Ionisation (CI) verwandte Ionisierungs-Methode ist bei einer LC/MS
Kopplung gebräuchlich? Wodurch ist der Anteil der mit diese Technik erfassbaren Substanzen
immer noch eingeschränkt und bei welcher alternativen LC/MS Methode gilt die Einschränkung
nicht mehr? Wodurch ergibt sich ein prinzipielles Problem bei solchen LC/MS Kopplungen?
d) Nennen Sie zwei der vier möglichen MS/MS Experimente und erklären Sie diese kurz.
e) Was ist die prinzipielle Problematik bei einer Kopplung von Flüssigkeitschromatographie und
Massenspektrometrie (1 P) und welche instrumentelle Lösung wird dagegen verwendet (1 P)?
Welcher Ansatz begründet dabei die höhere Empfindlichkeit eines API-LC/MS Interfaces (1 P)?
f) Welche oft als Verunreinigung auftauchende Verbindungsklasse kann Fast Atom Bombardment
(FAB) Messungen empfindlich stören und warum?
g) Nennen Sie zwei, prinzipiell unterschiedliche, Ionisierungs-Methoden für polare schwer flüchtige
Verbindungen mit der entsprechenden Abkürzung und einem geeigneten Einlass-System.
h) Aus welchen zwei Gründen sind TOF Analysatoren besonders geeignet für die Matrix Assisted
Laser Desorption Ionisation (MALDI)?
i) Welche 3 Schritte finden bei Produktionen MS/MS statt? Was ist der Unterschied zur unspezi-
fischen Variante, die bei Atmosphärendruck Ionisationen möglich ist?
j) Nennen Sie die zwei Theorien, die zum Elektrospray (ESI) Ionisierungs-Mechanismus aufgestellt
wurden und die andere Ionisierungs-Methode, auf die eine dieser Theorien angewendet wird.
k) Skizzieren Sie den Aufbau eines LC/MS Interfaces für die Elektrospray Ionisation (ESI).
( m a in lib ) 2-Bu ta n o n e , 4-p h e n y l-10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
0
50
100
1527 39
43
51
55 63
65
74
77
85
91
98
105
115120
129
133
148
O
Massenspektrometrie Übung 1 Lösung:
a) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M = 148 u).
Wie entstehen die Signale bei m/z = 133, 105, 91, 77 und 43?
%
m/z
Musterlösung:
O +. O +
α NV +
- . CH3 - CO
m/z 148 m/z 133 m/z 105
α - . R i - . R Bz - . R +
+
CH3CO+
m/z 43 m/z 77 m/z 91
b) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M = 197 u).
Wie entstehen die Signale bei m/z = 120, 92, 77 und 65?
Welche Information zur Summenformel kann man direkt aus dem Molekülpeak entnehmen?
%
m/z
Musterlösung:
+. +
α NV +
- . C6H5 - N2
α - . C6H4NH2
m/z 197 m/z 120 m/z 92
i - . N2C6H4NH2 + WU
m/z 105 (kaum sichtbar)
+ NV +
-N2
+ NV H
- CNH
m/z 77
m/z 65 m/z 92
Stickstoffregel weist auf ungerade Zahl
von Stickstoffen im Molekül hin (1 P).
( m a in lib ) Be n ze n a m in e , 2 -( p h e n y la zo ) -20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210
0
50
100
27
39
41
51
65
73
77
92
96 105 115
120
141 147 167 177
197
NN
N H2
NH2
N
N
NH2
NH
NH2
N
N
N
N
c) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M 129 u).
Wie entstehen die Signale bei m/z = 112, 99, 85, 84 und 71?
Tipp: m/z 85 entsteht aus einer tautomeren Molekülstruktur.
%
m/z
Musterlösung:
+. +
H α NV +
H - . OH - CO
m/z 129 m/z 112 m/z 84
α NV +
- . NHCH2 - CO
+. +
m/z 129 m/z 99 m/z 71
Keto-EnolH Tautomerie . Mc + . + + .
H H - CO2 H H
m/z 129 m/z 129 m/z 85
NH
O
NH
O
O
NH
OH
OH
O
O
OH
O
( m a in lib ) N -M e th y lm a le a m ic a c id40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
0
50
100
42
44
45
4652
53
55
56
58
59
68
71
72 82
84
85
86
99
112129
N H
O
O H
O
NHOH
O
O
NHOH
O
O
NHOH
O
O
NHOH
O
O
H
d) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M 129 u).
Wie entstehen die Signale bei m/z = 114, 86 (zwei Signale), 58 (zwei Signale) und 30?
%
m/z
Musterlösung:
α On
+. - . CH3 + - C2H4 +
m/z 129 m/z 114 m/z 86
α - . COCH3 On - CH2C(O)CH2 On - CH2C(O)CH2
On + On
+ - C2H4 - C2H4 [CH2=NH2]+
m/z 58 m/z 30
m/z 86
α - . CH3 NV - CO
+ +. Mc +.
- CH3-CH=N-CH2-CH3
inklusive folgender m/z 114 m/z 129 Keto-Enol Tautomerie m/z 58
O
N
O
N
O
NH
N
NH
O
N
O
(m a in lib ) D ie th y la m in o a c e to n e10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
0
50
100
15
30
42
54
56
58
67 70 80 84
86
94 98 108 114 129
O
N
O
N
e) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M 137 u).
Wie entstehen die Signale bei m/z = 121, 120, 93 und 92? (Intensitäten beachten!)
%
m/z
Musterlösung:
+. +
α = Bz NV +
- . NH2 - CO
m/z 137 m/z 121 m/z 93 (zu intensiv für 13C!) (zu intensiv für 13C!)
WU Nachbargruppeneffekt
+
+
. . . +El NV
- NH3 - CO
m/z 137 m/z 120 m/z 92
H2N O
OH
O
OH OH
H3N O
O O
O
O
(m a in lib ) Sa lic y la m id e10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
0
50
100
14 1828
31
39
44
4650
53
65
68 76 80
92
102 108
120
137O H
N H2
O
f) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M 137 u).
Wie entstehen die Signale bei m/z = 106, 78, 51 und 31?
Tipp: m/z 31 entsteht aus einem nicht sichtbaren Fragment!
%
m/z
Musterlösung:
+.
+ +
α NV
- . NHNH2 - CO
m/z 137 m/z 106 m/z 78
α - . R NV - CHN
+
NV +
+ - CO
m/z 59 m/z 31 m/z 51
(nicht sichtbar)
( m a in lib ) Iso n ia zid10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
0
50
100
1828
31
38 41 44
51
57 61 65 76
78
93 104
106
120
137N HO
N H2
N
NHO
NH2
N
O
NN
NHO
NH2
NH
NH2
( m a in lib ) 2 -Pro p e n o y l c h lo rid e , 3 -p h e n y l-20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
0
50
100
2740
44
51
6369
77
103
131
166
C l O
Massenspektrometrie Übung 2 Lösung:
a) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M = 166 u). Cl = 35/37 u
Wie entstehen die Signale bei m/z = 131, 103, 77, 63 und 51?
%
m/z
Musterlösung:
+.
+
+
α = i NV
- . Cl - CO
m/z 166 m/z 131 NV m/z 103
i - C2H2
α - . R - . R
+
NV
- C2H2 +
Cl-CO+
m/z 63 m/z 77 m/z 51
Cl O O
( m a in lib ) Bro m o a c e t ic a c id , 2 -b u ty l e ste r20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
0
50
100
2941
52
57
69
73
7993
101
115
121
139
165
179
Br
O
O
b) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M = 194 u). Br = 79/81 u
Wie entstehen die Signale bei m/z = 179, 165, 121, 93 und 57?
%
m/z
Musterlösung:
+. α
- . CH3 + m/z 179
m/z 194
α
α - . OC4H9 - . CH2CH3 m/z 165
+
+
NV
- CO + m/z 93
m/z 121
i
- . OC(O)CH2Br + m/z 57
+.
m/z 194 m/z 57 auch ok durch α (- . CH2Br) plus NV (- CO2)
Br
O
O
Br
O
O
Br
O
O
Br
Br
O
O
Br
O
( m a in lib ) C y c lo h e xe n e , 3 -(b ro m o m e th y l) -10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190
0
50
100
15
27
29
39
51
5355
65
67
73
77
79
81
87
95
105 117 127 133 147 174
Br
c) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M 174 u). Br = 79/81 u
Wie entstehen die Signale bei m/z = 95, 81 (zwei Signale), 79 und 67? Wie kann man
messtechnisch die Identität der Ionen bei m/z 79 und m/z 81 ganz einfach nachweisen?
%
m/z
Musterlösung:
i RDA
- . Br - C2H4
+ +
Br +.
m/z 174 m/z 95 m/z 67
+.
Allyl σ
- . CH2Br + - . R Br+
Br Br +.
m/z 174 m/z 81 m/z 79/81
Die Identität der Br-Ionen bei m/z 81 und m/z 79 kann man durch Bestimmung der
exakten Masse mit einer Hochauflösungs-Messung nachweisen: 79Br/81Br 78.9/80.9
d) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M 156 u). S = 32 u
Wie entstehen die Signale bei m/z = 141, 128, 111, 83 und 39?
%
m/z
Musterlösung:
+. +
α NV
- . OEt - CO +
m/z 156 m/z 111 m/z 83
Mc - C2H4
NV - CHSα - . CH3 +.
+
+ m/z 128 m/z 39
m/z 141
SS
O
O
(m a in l ib ) Th io p h e n e -2 -c a rb o xy lic a c id e th y l e ste r10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170
0
50
100
14 1829
39
4553
5769 77
83
96 100
111
128
141
156
S
O
O
SS
O
O
SS
SS
O
O
H
SS
O
e) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M = 183 u). F = 19 u
Wie entstehen die Signale bei m/z = 165, 138, 109, 74?
%
m/z
Musterlösung:
α
+. - . CH2C6H4F +
m/z = 183 m/z = 74
α - . COOH
Bz - . CH(NH2)COOH
m/z 138 über α (- . OH)
+ plus NV (CO) auch ok
+
m/z = 138
m/z = 109
Wasserstoffumlagerung
+. vom Ring aus auch ok
El +
- H2O .
m/z = 183 m/z = 165
(m a in lib ) D ,L-p -Flu o ro p h e n y la la n in e10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190
0
50
100
15
28
30 39 44
46
5157 63 69
74
81
83
9196
101
109
118125
138
148 165 183
F
H 2N
O HO
F
H2N
OHO
H2N
OHO
F
F
H2N
F
H2N
OH O
F
HN
O
f) Gegeben ist das folgende EI-Massenspektrum (M = 268 u). Si = 28 u
Wie entstehen die Signale bei m/z = 253, 209, 135 und 73?
%
m/z
Musterlösung:
α
- . CH3
+. +
m/z = 268 m/z = 253
i - . OR
α = Bz - . C(O)OCH3 +
m/z = 73
+ +
WU + NV
- HSi(CH3)3
m/z = 209 m/z = 135
(m a in lib ) Be n ze n e a c e tic a c id , 4-m e th o xy -à -[ ( trim e th y lsily l) o xy ]-, m e th y l e ste r40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280
0
50
100
42
45
51
59
65
73
77
89
97 105 121
135
151 163 179193
209
225
231
253
268
O
OO
Si
O
O
OO
Si
O
O
OO
Si
O
OSi
O
Si
O
O
Massenspektrometrie Übung 3 Lösung:
a) Welche Masse wird bei einer Massenfeinbestimmung gemessen und wofür liefert das Ergebnis
entscheidende Hinweise? Welche andere Bezeichnung ist für eine solche Messung noch üblich?
Musterlösung:
1. Exakte Masse
2. Summenformel
3. Hochauflösung
b) Welche Elektronenenergie wird standardmäßig bei Elektronenstoß Ionisation (EI) verwendet und
aus welchen zwei Gründen? Für welche datentechnische Auswertung ist einer Voraussetzung?
Musterlösung:
1. 70 eV
2. Ionenstrom ist maximal
3. Überschussenergie führt zu reproduzierbarer Fragmentierung
4. Bibliothekssuche
c) Welche Chromatographie Methode ist ideal zur Kopplung mit Elektronenstoß Ionisation (EI)?
Welche prinzipielle Art von Trennsäulen wird dabei verwendet und aus welchem Grund?
Musterlösung:
1. Gaschromatographie (GC)
2. Kapillarsäulen
3. Direkte Kopplung wegen geringem Gasstrom möglich
d) Welche drei Ionensorten unterschiedlicher Lebensdauer erzeugt Elektronenstoß Ionisation (EI)?
Musterlösung:
1. Molekülionen
2. Fragmentionen
3. Metastabile Ionen
e) Nennen Sie ein ein übliches Reaktandgas für Chemische Ionisation (CI) und dessen Reaktandgas
Ion. Welches Problem kann bei Substanzen mit Hydroxylgruppen auftreten?
Musterlösung:
1. Ammoniak: NH4+ oder Methan: CH5
+ oder Isobutan: C4H9+
2. Keine Quasimolekülionen durch Wasserverlust
f) Was ist das sogenannte „Säulenbluten“ bei GC/MS und welche Verbindungen sind für moderne
Gaschromatographie-Säulen besonders gefährlich?
Musterlösung:
1. Zersetzung der stationären Phase
2. Starke Säuren oder Basen, sowie Verbindungen aus denen sie im Injektor entstehen
g) Eine Verbindung zeigt bei Elektronenstoß Ionisation (EI)-GC/MS im Massenspektrum keinen
Molekülpeak. Welche alternative Ionisierungs-Methode ist für diese Kopplung geeignet? Welche
Art von Ionen erwartet man dabei und durch welche Art von Reaktion werden diese erzeugt?
Musterlösung:
1. Chemische Ionisation (CI)
2. [M+H]+
3. Protonentransfer Ion Molekül Reaktion
h) Nennen Sie zwei Einlass-Systeme, die gut für die Elektronenstoß Ionisation (EI) geeignet sind
und jeweils deren Vorteil gegenüber anderen Einlass-Systemen.
Musterlösung:
z. B. Reservoir Einlass (RI): gute Regulierbarkeit
Direktinsertions Probe (DIP): Schutzgasverwendung
Direktverdampfungs Probe (DEP): wenig Zersetzung
Gaschromatographie (GC): Substanztrennung
Flüssigkeitschromatographie (LC): Substanztrennung, aber schlechter als GC
i) Welche massenspektrometrische Methode (Einlass-System und Ionisierung) ist geeignet, eine
kleine leicht flüchtige Verbindung zu identifizieren und zu quantifizieren, die als Dopingmittel
eingenommen wurde. Mit welchen Analysatoreigenschaften kann man diese Messung verbessern
und welche zusätzlichen Substanzen braucht man noch für die Quantifizierung?
Musterlösung:
1. GC/EI oder GC/CI
2. Hochauflösung
3. Isotopenmarkierte Standards
j) Welche Proben-Eigenschaft ist die Voraussetzung dafür, ein Elektronenstoß Ionisations (EI)
Massenspektrum zu erhalten? Anhand welcher anderen Proben-Eigenschaft kann man dieses
einfach abschätzen? Welche Einlass-System kann diese Problematik teilweise umgehen?
Musterlösung:
1. Flüchtigkeit oder unzersetzte Verdampfbarkeit
2. Löslichkeit in unpolaren Lösungsmitteln
3. Direktverdampfungs Probe (DEP)
k) Skizzieren Sie das Innere einer Elektronenstoß (EI)-Ionenquelle im Moment der Ionisation.
Musterlösung:
Massenspektrometrie Übung 4 Lösung:
a) Welche typische Art von Ionen erwartet man bei Elektrospray (ESI) und welche Zahlen sind im
Vergleich zu anderen Ionisierungs-Methoden dabei ungewöhnlich hoch? Welche sehr praktischen
Vorteile hat das für die Auswahl eines entsprechenden Massenspektrometers und warum?
Musterlösung:
1. Mehrfach geladene Ionen
2. Sehr hohe Ladungszahlen z
3. Große Moleküle an Geräten mit geringem Massenbereich messbar
4. Bei hoher Ladungszahl z wird m/z von großen Molekülen kleiner
b) Nennen Sie zwei verschiedene Masse Analysatoren und jeweils einen ihrer Vorteile.
Musterlösung:
z. B. Sektorfeld: Massenfeinbestimmung, alternativ Hochauflösung
FTMS: Massenfeinbestimmung, alternativ Hochauflösung, MS/MS
Orbitrap: Massenfeinbestimmung, alternativ Hochauflösung, MS/MS
Quadrupol: Einfachheit, alternativ Kosten
Flugzeit: hoher Massenbereich, alternativ Hochauflösung
Ionenfalle: Einfachheit, alternativ MS/MS
c) Welche mit der Chemischen Ionisation (CI) verwandte Ionisierungs-Methode ist bei einer LC/MS
Kopplung gebräuchlich? Wodurch ist der Anteil der mit diese Technik erfassbaren Substanzen
immer noch eingeschränkt und bei welcher alternativen LC/MS Methode gilt die Einschränkung
nicht mehr? Wodurch ergibt sich ein prinzipielles Problem bei solchen LC/MS Kopplungen?
Musterlösung:
1. Atmosphärendruck Chemische Ionisation (APCI)
2. Probe muss unzersetzt verdampfbar sein
3. Elektrospray Ionisation (ESI)
4. Hohes Laufmittelvolumen <> Hochvakuum im Massenspektrometer
d) Nennen Sie zwei der vier möglichen MS/MS Experimente und erklären Sie diese kurz.
Musterlösung:
Produkt-Ionen: MS1: Selektion MS2: Scan
Vorläufer-Ionen: MS1: Scan MS2: Selektion
Neutralverlust: MS1: Scan MS2: Scan mit negativer Massendifferenz
Neutralanlagerung: MS1: Scan MS2: Scan mit positiver Massendifferenz
e) Was ist die prinzipielle Problematik bei einer Kopplung von Flüssigkeitschromatographie und
Massenspektrometrie (1 P) und welche instrumentelle Lösung wird dagegen verwendet (1 P)?
Welcher Ansatz begründet dabei die höhere Empfindlichkeit eines API-LC/MS Interfaces (1 P)?
Musterlösung:
1) Hohes Laufmittelvolumen <> Hochvakuum im Massenspektrometer
2) Mehrstufiges Vakuumpumpen- und Skimmersystem, Particle Beam war auch ok
3) Unter Atmosphärendruck erzeugte Ionen werden aktiv ins Massenspektrometer gezogen
f) Welche oft als Verunreinigung auftauchende Verbindungsklasse kann Fast Atom Bombardment
(FAB) Messungen empfindlich stören und warum?
Musterlösung:
1. Silikone, z. B. Schlifffett
2. Wegen ihrer hohen Oberflächenaktivität
g) Nennen Sie zwei, prinzipiell unterschiedliche, Ionisierungs-Methoden für polare schwer flüchtige
Verbindungen mit der entsprechenden Abkürzung und einem geeigneten Einlass-System.
Musterlösung:
z. B. Fast Atom Bombardment (FAB): Targetanalyse
Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation (MALDI): Targetanalyse
Elektrospray (ESI): LC/MS
h) Aus welchen zwei Gründen sind TOF Analysatoren besonders geeignet für die Matrix Assisted
Laser Desorption Ionisation (MALDI)?
Musterlösung:
1. Sehr hoher erfassbarer Massenbereich
2. Gepulster TOF Analysator passt zu gepulster MALDI Ionisierung
i) Welche 3 Schritte finden bei Produktionen MS/MS statt? Was ist der Unterschied zur unspezi-
fischen Variante, die bei Atmosphärendruck Ionisationen möglich ist?
Musterlösung:
1. a) Selektion einen Ions, b) Stoßaktivierung mit Stoßgas, c) Scan der Produktionen
2. Keine Selektion, alle vorhandenen Ionen werden gleichzeitig gestoßen
j) Nennen Sie die zwei Theorien, die zum Elektrospray (ESI) Ionisations-Mechanismus aufgestellt
wurden und die andere Ionisierungs-Methode, auf die eine dieser Theorien angewendet wird.
Musterlösung:
1. Ionenverdampfung
2. Ladungsrückstand
3. Atmosphärendruck Chemische Ionisation (APCI): Ladungsrückstand
k) Skizzieren Sie den Aufbau eines LC/MS Interfaces für die Elektrospray Ionisation (ESI).
Musterlösung:
Massenspektrometrie Übung 1 alt:
1. Welche Verbindungen zeigen folgende EI Massenspektren, m/z (%)? Isotopenmuster beachten!
a) 27 (2.2), 26 (100), 25 (23), 24 (6.1), 13 (3.6), 12 (0.9)
b) 28 (1.6), 27 (100), 26 (17), 14 (1.6), 13.5 (0.9), 13 (1.7), 12 (4.2)
c) 31 (1.3), 30 (89), 29 (100), 28 (31), 16 (1.7), 14 (4.4), 13 (4.3), 12 (3.3)
d) 35 (1.1), 34 (100), 33 (89), 32 (4.4), 31 (7.7), 16 (0.1), 15 (12), 14 (3.1), 13 (1.2), 12 (0.5)
e) 38 (33), 37 (4.1), 36 (100), 35 (12)
f) 66 (5.0), 65 (0.9), 64 (100), 50 (2.3), 49 (0.4), 48 (49), 34 (0.4), 33 (0.1), 32 (1.0), 16 (0.5)
g) 71 (30), 52 (100), 33 (36), 19 (8.4), 14 (5.2)
h) 106 (0.2), 104 (0.7), 87 (5.9), 86 (0.2), 85 (18), 70 (1.2), 69 (100), 50 (6.3), 37 (1.0), 35 (3.0)
2. Welche Substanzen ergeben folgende EI Massenspektren? Isotopen Peaks beachten!
a)78
% 5139
79 (6.8 %)
m/z
b)180
% 145109
74
m/z
3. Was ist die mittlere Molekülmasse von 1-Brom-4-iodbenzol, was die nominelle Masse und was
die exakte Masse? Welche wird durch LR MS, HR MS und CHNS Elementaranalyse bestimmt?
4. Ein aus Pflanzenmaterial isolierter Kohlenwasserstoff, der in der Literatur nach Elementaranalyse
als C30H62 beschrieben wurde, zeigt im oberen Bereich des EI Massenspektrums m/z 436 (10 %),
m/z 421 (5 %), m/z 408 (16 %) und m/z 393 (8 %). Welche Schlüsse kann man daraus ziehen?
5. Wie groß ist der Unterschied der exakten Massen von Ionen der Summenformeln C22H14O2 und
C18H16NO4 in mmu? Wieviel in ppm? Welche Auflösung ist nötig um die Signale nach der 10 % Tal
Definition zu trennen? Wieviel nach der FWHM Definition?
O
OH
Massenspektrometrie Übung 2 alt:
1. Wie entstehen die Signale bei m/z = 55, 45, 27 im EI Massenspektrum von Acrylsäure (M 72 u)?
2. Drei isomere Ketone (M 86 u) haben die Summenformel C5H10O. Welche EI Fragmente gehören
zu welchen Strukturen?
a) m/z = 57, 29
b) m/z = 71, 43
c) m/z = 71, 58, 43
3. Wie entstehen m/z = 119, 105, 91, 77 im EI Massenspektrum von 2-Phenylbutan (M 134 u)?
4. Welche zwei Hauptfragmente sind im EI Spektrum von Cyclohexen (M 82 u) zu erwarten?
5. Gegeben ist das EI Massenspektrum von 4-N,N-Dimethylaminobenzoesäureethylester (M 193 u).
Wie entstehen die Fragmente bei m/z = 192, 178, 165, 164, 148?
%
m/z
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 2000
50
100
15
29 42
51 63
77
91104
120
132
148
164
178
193
OO
N
Massenspektrometrie Übung 3 alt:
1. Warum zeigt Ethylthiol (M 62 u) im EI Spektrum m/z = 29, Butylthiol (M 90 u) aber m/z = 56?
CH3-CH2-SH CH3-CH2-CH2-CH2-SH
2. Wie unterscheiden sich die folgenden Amine (M 73 u) in ihren EI Fragmentierungsmustern?
a) (CH3)3C-NH2
b) CH3-CH2-NH-CH2-CH3
c) CH3-CH2-CH2-CH2-NH2
d) CH3-CH2-CH(CH3)-NH2
3. Wie entstehen die Signale bei m/z = 82, 81, 55 im EI Spektrum von Hydrochinon (M 110 u)?
4. p-Toluylsäure und o-Toluylsäure (M 136 u) zeigen verschiedene EI Fragmentierungen. Wieso?
m/z = 119, 91, 65 m/z = 119, 118, 91, 90, 65
5. Wie entstehen m/z = 210, 136, 108 im EI Massenspektrum von 7-Hydroxyflavon (M 238 u)?
%
m/z
CH 3
CO2HCO2HH3C
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 2500
50
100
2739
51 63 6980
8995
108
115 129
136
152165
181
210238
O
OOH
OHHO
Massenspektrometrie Übung 1 alt Lösung:
1. a) 27 (2.2), 26 (100), 25 (23), 24 (6.1), 13 (3.6), 12 (0.9) 13C -> KohlenstoffanzahlCHCH: 27 13CHCH+., 26 CHCH+., 25 CHC+, 24 CC+., 13 CH+, 12 C+ Acethylen
b) 28 (1.6), 27 (100), 26 (17), 14 (1.6), 13.5 (0.9), 13 (1.7), 12 (4.2) Stickstoffregel, 13.5 z=2HCN: 28 H13CN+., 27 HCN+., 26 CN+, 14 N+, 13.5 HCN2+, 13 CH+, 12 C+ Blaus äure
c) 31 (1.3), 30 (89), 29 (100), 28 (31), 16 (1.7), 14 (4.4), 13 (4.3), 12 (3.3)CH2O: 31 13CH2O+., 30 CH2O+., 29 CHO+, 28 CO+., 16 O+, 14 CH2
+, 13 CH+, 12 C+ Formaldehyd
d) 35 (1.1), 34 (100), 33 (89), 32 (4.4), 31 (7.7), 16 (0.1), 15 (12), 14 (3.1), 13 (1.2), 12 (0.5)CH3F: 35 13CH3F +., 34 CH3F+., 33 CH2F+, 32 CHF+., 31 CF+, 16 13CH3
+, 15 CH3+, 14 CH2
+, ...Methylfluorid
e) 38 (33), 37 (4.1), 36 (100), 35 (12) Cl IsotopenmusterHCl: 38 H37Cl+., 37 37Cl+, 36 HCl+., 35 Cl+ Salz äure
f) 66 (5.0), 65 (0.9), 64 (100), 50 (2.3), 49 (0.4), 48 (49), 34 (0.4), 33 (0.1), 32 (1.0), 16 (0.5)SO2: 66 34SO2
+., 65 33SO2+., 64 SO2
+., 50 34SO+, 49 33SO+, 48 SO+, 34 34S+ , 33 33S+, 32 S+, 16 O+
Schwefeldioxidg) 71 (30), 52 (100), 33 (36), 19 (8.4), 14 (5.2) StickstoffregelNF3: 71 NF3
+., 52 NF2+, 33 NF+., 19 F+, 14 N+ Stickstofftrifluorid keine Isotope!
h) 106 (0.2), 104 (0.7), 87 (5.9), 86 (0.2), 85 (18), 70 (1.2), 69 (100), 50 (6.3), 37 (1.0), 35 (3.0)ClCF3: 106 37ClCF3
+., 104 ClCF3+., 87 37ClCF2
+, 86 Cl13CF2+, 85 ClCF2
+, 70 13CF3+, 69 CF3
+, CF2+
Chlortrifluormethan
2. a)Benzol (78 u) 78 6.8 % 13C
-> 6 C% 6 x 12 = 72
39 51 78 – 72 = 679 (6.8 %) -> 6 C + 6 H
=> Benzol
m/zb)
Trichlorbenzol (180 u) 180 Isotopenmuster 180-> 3 Cl
% -Cl. - HCl -Cl. 3 x 35 = 105 109 145 180 – 105 = 75
74 -> 75 = 78 - 3H=> Trichlorbenzol
m/z
3. C6H4BrI -> mittlere Masse 282.91: CHNS, nominelle Masse 282: LR, exakte Masse 281.85: HR
4. M (C30H62) = 422 u --> 436 – 14 u (CH2) und 408 + 14 u (CH2) --> falsche Summenformel,
weil Mittelwert zweier Substanzen in Elementaranalyse gemessen. Bestätigung durch zwei
[M – CH3] Fragmente: 421 aus 436 und 393 aus 408. Lösungsansatz: GC/MS durchführen!
5. m1 = 310.0994, m2 = 310.1079, ∆m = 0.0085 u = 8.5 mmu (27 ppm) -> R = 36.269 (65.284FWHM)
Massenspektrometrie Übung 2 alt Lösung:
1. Wie entstehen die Signale bei m/z = 55, 45, 27 im EI Massenspektrum von Acrylsäure (M 72 u)?
55: [M – OH.]+ α 1 27: [55 – CO]+ NV
45: [M – CH2=CH.]+ α 2
2. Drei isomere Ketone (M 86 u) haben die Summenformel C5H10O. Welche EI Fragmente gehören
zu welchen Strukturen?
a) CH3-CH2-C(O)-CH2-CH3 57: [M – CH3-CH2.]+ α 29: [57 – CO]+ NV
b) CH3-C(O)-CH(CH3)2 71: [M – CH3.]+ α 1 43: [71 – CO]+ NV
43: [M – CH(CH3)2.]+ α 2 15: [43 – CO/C2H4]+ NV
c) CH3-C(O)-CH2-CH2-CH3 71: [M – CH3.]+ α 1 43: [71 – CO]+ NV
58: [M – CH2=CH2]+. Mc --O--> [CH3-C(O)-CH3]+. Keto Enol
43: [M – CH3-CH2-CH2.]+ α 2 43: [58 – CH3
.]+ α 3
15: [43 – CO]+ NV
3. Wie entstehen die Peaks bei m/z = 119, 105, 91, 77 im EI Massenspektrum von 2-Phenylbutan
(M 134 u)?
119: [M – CH3.]+ Bz 1 105: [M – .CH2-CH3]+ Bz 2
77: [M – CH(CH3)(CH2-CH3 ).]+ Ph 106: Mc (nicht zu sehen!)
79: [105 – C2H2]+ NV analog Aromatenabbau 91: [106 – CH3.]+ Bz 3
4. Welche zwei Hauptfragmente sind im EI Spektrum von Cyclohexen (M 82 u) zu erwarten?
67: Al öffnet Ring --> WU analog Cyclohexanon -- α / -CH3. --> [C5H7]+
54: M+. -- RDA / - C2H4 --> [C4H6]+.
81: [M – H.]+ α (sehr klein)
5. Gegeben ist das EI Massenspektrum von 4-N,N-Dimethylaminobenzoesäureethylester (M 193 u).
Wie entstehen die Fragmente bei m/z = 165, 164, 148?
148: [M - .OCH2CH3]+ α am Ester
165: Mc vom Ethyl-CH3 zum doppeltgebundenem O: [N(CH3)2C6H4CO2H]+.
164: [165 – H.]+ α am Stickstoff: [CH2N(CH3)C6H4CO2H]+
192: [M – H.]+ α möglich an Stickstoff-CH3 oder Ethyl-CH3
178: [M – CH3.]+ α am Ethylrest
O
OH
OO
N
Massenspektrometrie Übung 3 alt Lösung:
1. Warum zeigt Ethylthiol (M 62 u) im EI Spektrum m/z = 29, Butylthiol (M 90 u) aber m/z = 56?
Ethylthiol 29: [M – .SH]+ i, kein 6 Ring Übergangszustand möglich
Butylthiol 56: [M – H2S]+. El, 5 und 6 Ring Übergangszustände möglich
2. Wie unterscheiden sich die folgenden Amine (M 73 u) in ihren EI Fragmentierungsmustern?
a) (CH3)3C-NH2 M+. -- α / - CH3. --> [(CH3)2C=NH2]+ 58
b) CH3-CH2-NH-CH2-CH3 M+. -- α1 / - CH3. --> [CH3CH2NH=CH2]+ 58
58+ -- On / - C2H4 --> [NH2=CH2]+ 30
M+. -- α2 / - H. --> [CH3CH2NH=CHCH3]+ 72
72+ -- On / - C2H4 --> [NH2=CHCH3]+ 44
c) CH3-CH2-CH2-CH2-NH2 M+. -- α1 / - C3H7. --> [CH2=NH2]+ 30
M+. -- α2 / - H. --> [CH3CH2CH2CH=NH2]+ 72
72+ -- On / - C3H6 --> [CH2=NH2]+ 30
72+ -- Mc / - C2H4 --> Tautomerie -o-> [CH3CH=NH2]+ 44
d) CH3-CH2-CH(CH3)-NH2 M+. -- α1 / - CH3. --> [CH3CH2CH=NH2]+ 58
58+ -- On / - C2H4 --> [CH2=NH2]+ 30
M+. -- α2 / - H. --> [CH3CH2CH(CH3)=NH2]+ 72
72+ -- On / - C2H4 --> [CH3CH=NH2]+ 44
M+. -- α3 / - C2H5. --> [CH3CH=NH2]+ 44
3. Wie entstehen die Signale bei m/z = 82, 81, 55 im EI Spektrum von Hydrochinon (M 110 u)?
82: M+. -- WU+NV / - CO --> [C5H6O]+.
81: [C5H6O]+. -- Al / - H. --> [C5H5O]+ Fünfring mit OH
55: [C5H5O]+ -- NV / - C2H2 --> [C3H3O]+ Dreiring mit OH
4. p-Toluylsäure und o-Toluylsäure (M 136 u) zeigen verschiedene EI Fragmentierungen. Wieso?
p-Tolylsäure: 119: [M – OH.]+ Bz o-Tolylsäure: 119, 91, 65: Siehe p-Tolylsäure
91: [119 – CO]+ NV 118: [M – H2O]+. Ortho Effekt
65: [91 – C2H2]+ NV 90: [118 – CO]+. NV
5. Wie entstehen m/z = 210, 136, 108 im EI Massenspektrum von 7-Hydroxyflavon (M 238 u)?
210: [M – CO]+. NV aus dem Ketonring
136: RDA unter Verlust von CHCC6H6 108: [RDA – CO]+. NV aus dem RDA Fragment
OHHO
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