L.S. in Scienze e tecnologie alimentariAnno Accademico 2008/2009
Corso integrato di: Controllo delle modificazioni chimiche negli alimenti (7 CFU)
Modulo di:Chimica analitica strumentale (4 CFU)
Giorgio Bonaga
SPETTROMETRIA DI MASSA STRUMENTAZIONE
(CAS-7a)Giorgio Bonaga
sistema diintroduzione
sorgente ionica
analizzatoredi ioni
rivelatore eregistratore
controllo strumentale
sistemadel vuoto
Giorgio Bonaga
SCHEMA MODULARE DI UNO SPETTROMETRO DI MASSA
xecc., ecc.
Giorgio Bonaga
SCHEMA SEMIESPLOSO DI UNO SPETTROMETRO DI MASSA
VUOTO(10-7 torr)
INIETTORE SORGENTE ANALIZZATORE RIVELATORE (GC or LC) (EI/CI) (QUADRUPOLARE) (ELETTROMOLTIPLICATORE)
+ +
POMPA TURBOMOLECOLARE
VUOTO IN MS
Giorgio Bonaga
sospensionemagnetica
lame del rotorelame dello statore
scarico
motore
lubrificazione
POMPA A DIFFUSIONEGiorgio Bonaga
gas da evacuarevapore di diffusione
raffreddamentoad acqua
diffusore
termostato
riscaldatoredell’olio
scarico(alla pompa del prevuoto)
aspirazione(dalla pompa primaria)
POMPA CRIOGENICA
schermo di N2 liquido
(- 196°C)
trappola (- 196°C°)
superficie dicondensazione
camera a vuoto
He liquido
Giorgio Bonaga
POMPA ROTATIVA
Giorgio Bonaga
tamburorotore (camma)
camera a vuoto
valvola di
scarico
pistone
PRESTAZIONI DELLE POMPE DA VUOTO
Giorgio Bonaga
TIPO DI POMPA VELOCITA’ DI POMPAGGIO (l/s ) (m3/h)
PRESSIONE LIMITE (Pa)
TURBOMOLECOLARE 4.000 15.000 10-10
A DIFFUSIONE 3.000 10.000 10-10
CRIOGENICA 2.000 7.000 10-10
ROTATIVA A PISTONE 150 600 10-1
SISTEMI DI INTRODUZIONE
”INJECTOR SISTEMS”
Giorgio Bonaga
SISTEMI DI INTRODUZIONE Allo scopo di analizzare un campione che è a pressione artmosferica (760 torr), occorre introdurlo nello spettrometro di massa in modo che il vuoto interno dello strumento rimanga praticamente immodificato (10-6 torr). Tralasciando l’evoluzione storica dei sitemi di introduzione, si può proporre la classificazione più attuale:a. INTRODUZONE DIRETTA (EI, CI, ESI, APCI)Sono sistemi di introduzione con i quali le tecniche di separazione (GC e HPLC) vengono accoppiate con le sorgenti ioniche.L’introduzione da sistemi GC è comunemente accoppiata alle sorgenti EI e CI (tramite »separator» nel caso di colonne impaccate e tramite «tranfert line» nel caso di colonne capillari). L’introduzione da sistemi HPLC è comunemente accoppiata a sorgenti ESI e APCI.b. INSERZIONE DIRETTA (MALDI, FAB)Mediante un una sonda (« probe ») o un piastra («plate ») il campione viene inserito direttamente nello strumento in un regime di vuoto mantenuto ai valori richiesti da valvole di sicurezza. Successivamnte il campione viene sottoposto a processi di desorbimento, tramite laser o per riscaldamento diretto, allo scopo di favorire la vaporizzazione e la ionizzazione (di tipo diverso nel MALDI e nel FAB) delle molecole del campione.
Giorgio Bonaga
Separatore di Watson-Biemann
Separatore di Ryhage-Stenhagen
GC/MS – COLONNE IMPACCATE
vuoto
GC MS
vuoto
GC MS
Giorgio Bonaga
jet
Separatore a membrana
Separatore di Brunnee
vuotoGC
MS
vuoto
vuoto
MSGC
2 cm vuoto
Giorgio Bonaga
sorgente ionica
vuoto(pompa turbomolecolare)
transfertline
GC
MS
Giorgio Bonaga
GC/MS – COLONNE CAPILLARI
++
CAMPIONI SOLIDI
ln v
1/T
vaporizzazione
decomposizione
Giorgio Bonaga
MALDI E FAB
sonda (“probe”)
“heater” della sonda
premistoppa di teflon
sorgente ionica
analizzatorevuoto
Giorgio Bonaga
??? GLI INTERROGATIVI DELLA MS ???
SISTEMI DI IONIZZAZIONE (sorgenti ioniche)• Dove si ionizzano le molecole ? In che modo ?• Dove si decompongono ? In che modo ?• Quali fattori governano la decomposizione ?
SISTEMI DI SEPARAZIONE (analizzatori)• Dove si separano gli ioni prodotti in sorgente ? In che modo ?
SISTEMI DI RILEVAZIONE (rivelatori e registratori)• Dove vengono rilevati gli ioni ? In che modo ?• Come vengono registrati i segnali ? Giorgio Bonaga
POSITIVE -IONSM + e- M+. + 2e- (molto probabile)M + e- M++ + 3e- (poco
probabile)M + e- M+++. + 4e- (molto
improbabile) ESEMPIO: acetato di metile
CH3COOCH3 + e- CH3COOCH3 +. + 2e-
mol wt 74 m/z 74
CH3COOCH3 + e- CH3COOCH3 ++ + 3e-
mol wt 74 m/z 37 Giorgio Bonaga
NEGATIVE-IONS
M + e- M - . (0-2 eV)M + e- (M-Y)- + Y . (2-10 eV)M + e- (M-Y)- + Y +. + e- ( >10 eV)
ESEMPIO: acetato di metile
CH3COOCH3 + e- CH3COOCH3 - .
mol wt 74 m/z 74
CH3COOCH3 + e- CH3COO - + . CH3
mol wt 74 m/z 59
CH3COOCH3 + e- CH3COO - + + CH3 + e- mol wt 74 m/z 59
Giorgio Bonaga
La resa in ioni positivi è sensibilmente superiore a quella in ioni negativi:
M+./ M -. = 1000/1
Oggi i metodi di ionizzazione sono talmente numerosi e differenti tra loro che questa schematizzazione ha soltanto validità generale.
Giorgio Bonaga