Massenspektrometrie – eine einstündige Einführung Sommersemester 2011 Organisch-Chemisches Institut Abt. Massenspektrometrie Videos aus:

Massenspektrometrie – eine einstündige Einführung

Sommersemester 2011

Organisch-Chemisches Institut Abt. Massenspektrometrie

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Massenspektrometrie – eine Einführung

Was kann die Massenspektrometrie?

Sie liefert eine Aussage über das Molekulargewicht von Verbindungen:

dazu sind nur sehr kleine Substanzmengen nötig

Man kann komplexe Gemische analysieren:

Sie kann bei der Strukturaufklärung von unbekannten Verbindungen helfen:

Man kann mit ihr quantitative Aussagen machen:

dazu betrachtet man die Zerfallsprodukte von Ionen

dazu muss man in der Regel das MS-Verhalten der reinen Komponenten kennen

dazu koppelt man eine chromatographische Methode mit der Massenspektrometrie


Weniger als 10-6g sind ausreichend,in günstigen Fällen auch 10-15g

Beispiel1g Substanz in einem Schwimmbecken (50x10x3m) kann

in einer 1ml Wasserprobe noch nachgewiesen werden.

O+

OCH3C

+

O

C+


Was sind die Voraussetzungen, um ein Massenspektrum messen zu können?

Die Moleküle müssen vereinzelt werden – d.h. sie von Wechselwirkungen zu befreien.


Um Kräfte auf das Molekül ausüben zu können, muss es eine Ladung erhalten

In der Regel bedeutet das die Überführung ins Vakuum

++

+

-e-


Massendefinitionen

[CH2BrCl] +


Die Summe der Atomgewichte, also inclusive aller Isotope wird als stöchiometrische, auch Formelmasse oder „average mass“ Masse bezeichnet.

1x12.01 + 2x1.008 + 1x35.46 + 1+79. 91 =129.38 Da

Zur Erinnerung, viele Elemente bestehen aus einem Gemisch mehrerer Isotope.

12C 98,9%

13C 1,1%

35Cl 75,7%

37Cl 24,3%

79Br 50,7% 81Br 49,3%

125 130 135mass0

100

%

129.90

127.90

131.90


Massendefinitionen

[CH2BrCl] +


Die Kombination der häufigsten Isotope wird als monoisotopische Masse bezeichnet.

[12C1H279Br35Cl] + = 127.90283 Da

[12C1H281Br35Cl] + mit [12C1H79Br37Cl] + =

129.9090 Da

[12C1H281Br37Cl] + = 131.93193 Da

[13C1H279Br35Cl] + = 128.90618

[13C1H281Br35Cl] + mit [13C1H79Br37Cl] + =

130.91235 Da

[13C1H281Br37Cl] + = 132.93528 Da

Wenn bei einer Messung die einzelnen Isotope getrennt werden, muss die Berechnung der Peaks mit der Masse der reinen Nuclide erfolgen.

Für eine bequeme Kommunikation wird auch die Summe der gerundeten Isotopenmassen verwendet, diese wird als nominale Masse bezeichnet.

125 130 135mass0

100

%

129.90

127.90

131.90


Massendefinitionen

[CH2BrCl] +


Die Masse der Linien ist nicht ganzzahlig, weil die reinen Isotope auch keine ganzzahligen Massen besitzen.Beispiel:

Wenn die Masse mit einer Genauigkeit < 5mDa bestimmt wird,bezeichnet man das als exakte Massenbestimmung.Mit Hilfe der exakten Massenbestimmung kann man zwischen Verbindungen gleicher Nominalmasse aber unterschiedlicher Elementarzusammensetzung entscheiden.

12.0000 + 2 x 1.0078 + + 78.91799 + 34.9683 = 127.9028 Da

[12C1H279Br35Cl] + = 127.90229 Da

C12,0000 (98.4%)13,00281 (1,1%)

Cl34,9683 (75,7%)36,96535 (24,3%)

Br78,91779 (50,7%) 80,91574 (49,3%)

H1,0078


Die EIektronen(stoss)ionisation EI

Ionisieren durch Elektronenstoss EI electron impact, oder electron ionization


+Ins Vakuum einschleusen

+

Verdampfen Ionisieren

Radikalkationen

+3000V 0V

Ionenstrahlzum Analysator

Elektronenstrahl

GlühkathodeFokussierung

Substanz gasförmigAnode


Die EIektronen(stoss)ionisation EI


++

Energiebedarf für die Ionisation

6-12 eV = 138-276kcal = 578-1156 kJ ++e-

-2e-Überschussenergie

2-10 eV = 46-230kcal = 193-964 kJ-N

++

-R

-R-N

+

-N

+

-R

+100%

m/z

Die y-Achse wird auf das häufigste (intensivste) Ion normiert.

Auf der x-Achse werden die Ionen nach ihrem m/z Wert geordnet.



Wechselspannung

Ioneneintritt

Quadrupolanalysator (Quadrupolmassenfilter)

Quadrupolstäbe

m/z passend

m/z zu klein

m/z zu gross

Detektor

Ionenbahnen

die Frequenz, die Amplitude und die überlagerte Gleichspannung bestimmen den Durchlassbereich


Zur Interpretation der Fragmentierung wird das Konzept der lokalisierten Ladung verwendet


Die EIektronen(stoss)ionisation EI ++

CH3

O

+e-

-2e-

-C2H2m/z 51

Die Radikalstelle induziert zwischen α- und β-Position eine Fragmentierung, sie wird alsα Fragmentierung bezeichnet.

(m a inlib ) A c e to phe no ne20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

0

50

100

2739

43

51

63

77

91 98

105

120

CH3

O+

m/z 120

C+

O

CH3

m/z 105 m/z 77

C+-CO


Spektrum eines aliphatischen Ketons


Die EIektronen(stoss)ionisation

EI -3

++

Es bilden sich die stabilsten Kationen

Es werden die stabilsten Radikale abgespalten

(m a inlib ) 2-He pta no ne10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

0

50

100

1527

32

43

48

58

6671

77 83 99 114

CH3 CH3

OC5H11

71.0861 Da

C2H3O43.0184 Da

C6H11O99.081 Da

CH3

15.0235 Da

+

?

O+

CH3H

CH3

O+

CH3

H

CH2

H

CH3CH2

m/z 58

McLafferty Umlagerung


ES(I) – Elektrosprayionisation


Kapillare 1-4kV

Oxidationsprozess

zum Analysator

Tröpfchen mit positiver Überschußladung

Gegenelektrode 0V

Lösungsmittel und entladene Ionen

Ionen negativIonen positiv

Lösung 0.01-0.5ml/min

1 bar 0.1 mbar

++

++

++

Bildung von Ionen in der Lösung


Vom Molekül zum Ion im Hochvakuum


+Ins Vakuum einschleusen

+

Verdampfen Ionisieren

Radikalkationen

+

+

Probe gelöst, Ionenbildung! Versprühen im E-Feld Transfer zum Vakuum

Kationen

+

+

+

+

EI

ESI

1 bar


ES(I) – Electrosprayionisation


++

02-Jan-2006Quattro - LCTrepohl Probe in MeOH

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120m/z0

100

%

0

100

%

HOPPE TRE7-A 1 (0.141) Scan ES+ 1.57e8104

39 105

HOPPE TRE7-B 1 (0.172) Sm (SG, 4x0.90) Daughters of 104ES+ 4.80e669

45

4118

104

87

Tuning Parameters: ES+Source Page (ESI) Capillary: 1.07 kVoltsCone: 25 VoltsExtractor: 2 Volts

CH3

CH3

OH

NH2

Monoisotopic Mass = 103.099714 Da

2-Amino-3-methylbutanol

Auch bei sehr empfindlichen Verbindungen keine Fragmentierung

(M+H)+

K+

(m a inlib ) 1-Buta no l, 2-a m ino -3-m e thyl-, (R)-10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

0

50

100

1828 42

55

60

70

72

86

zum Vergleich das EI-Spektrumkein Molekülpeak sichtbar

dafür Strukturinformation durchdie Fragmentierung!

68

87

28

77

38

25

88

4

95

2

10

31

11

24

12

37

13

74 15

46

17

66

20

61

22

48

+MS, 1.8min #24

0

2

4

6

4x10Intens.

600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 m/z


ES(I) – Electrosprayionisation


++

Alle beobachteten Ionen sind durch vielfache Protonierung entstanden

Die x-Achse eines Massenspektrums ist m/z!

MW = 1237*z – z*1.0078

z = 10

12

35

8

+MS, 1.8min #24, Deconvoluted (maximum entropy)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

5x10Intens.

12000 m/z

MW = 1374*(z-1) – (z-1)*1.0078

8+

7+

6+

9+10+

11+

12+

13+

5+


Literaturhinweise – WEB-Information


„Interpretation von Massenspektren „ F. W. McLafferty, F. Turecek, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 1995.

„Mass Spectrometry - A Textbook“ Jürgen H. Gross, Springer Berlin, HeidelbergNY 2004.

„Electrospray Ionization Mass Spectrometry“ Richard B. Cole, John Wiley & Sons, Inc.NY, Weinheim 1997.

„MALDI-TOF Mass Spectrometry of Synthetic Polymers“ H. Pasch und W. Schrepp,Springer Berlin, Heidelberg, NY 2003.

„Practical Implications of some recent Studies in Electrospray Ionization Fundamentals“Nadja B. Cech and Christie G. Enke, Mass Spectrometry Reviews (2001) 20, 362-387.

http://www.uni-muenster.de/Chemie.oc/service/mass/mass.htmlhttp://www.chemlin.de/chemie/massenspektrometrie.htmhttp://masspec.scripps.edu/index.phphttp://www.isas-dortmund.de/2002/e/staff/hoffmann/analysatoren.pdf

http://members.aol.com/msmssoft/ „Isopro“ Programm

http://masspec.scripps.edu/index.php%0Bhttp://www.isas-dortmund.de/2002/e/staff/hoffmann/analysatoren.pdf

http://masspec.scripps.edu/index.php%0Bhttp://www.isas-dortmund.de/2002/e/staff/hoffmann/analysatoren.pdf

http://members.aol.com/msmssoft/

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