( 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