L.S. in Scienze e tecnologie alimentariAnno Accademico 2008/2009
Corso integrato: Controllo delle modificazioni chimiche negli
alimenti (7 CFU)
Modulo di:Chimica analitica strumentale (4 CFU)
Giorgio Bonaga
72
43
57
29
20 30 40 50 60 70 80
100
60
20
2-butanone
H3CC
CH2CH3
O
rela
tive a
bundance
m/z
SPETTROMETRIA DI MASSA
SPETTRO MS
(CAS-7d)
Giorgio Bonaga
SPETTRO DI MASSASPETTRO DI MASSA
”MASS SPECTRUM”
Giorgio Bonaga
RISOLUZIONE
massa approssimata massa esatta
CO 28 27,9949 CH2=N+ 28 28,0047
N2 28 28,0061
C2H4 28 28,0313
Giorgio Bonaga
26,00 27,00 28,00 29,00 m/z26,00 27,00 29,00,99
C2H4CH2=N
+
,05,03,01
CO
28,00,97
N2
Giorgio Bonaga
M1 M2M
H
h
Giorgio Bonaga
Convenzionalmente sono separati quando l'altezza della valle tra i picchi h non supera il 10% della loro altezza H.
h 10 % H Il potere risolutivo o risoluzione R viene espresso perciò dalla relazione:
M1
MR =
Giorgio Bonaga
Esempio 1Qual‘é la risoluzione necessaria a separare i frammenti m/z 100 e m/z 101 ?
M1 = 100
M2 = 101
M = (101-100) = 1
100 = 100 1
M1
MR = =
Giorgio Bonaga
Esempio 2Qual‘é la risoluzione necessaria a separare i frammenti m/e 500 e m/e 501 ?
M1 = 500
M2 = 501
M = (501-500) = 1
500 500 1
M1
MR = = =
Giorgio Bonaga
Esempio 3Qual‘é la risoluzione necessaria per separare il frammento CO+ dal frammento N2
+ ?
CO+ = 27,9949
N2+ = 28,0061
M = 0,01124
27,9949 2490 0,01124
M1
MR = = =
Giorgio Bonaga
Esempio 4Qual'è la risoluzione necessaria per separare degli ioni di m/e 135 che nelle loro combinazioni elementari possono differire a livello della terza cifra decimale ?
M = 135M = 0,001
135 135.000 0,001
M1
MR = = =
Giorgio Bonaga
SENSIBILITA’
a) con il ”direct inlet” i campioni vengono introdotti in sorgente e pertanto l’inerzia del sistema garantisce la massima sensibilità, valutabile sulla base dell’intensità dello ione a m/z 298 generato da 1 pg (10-12 g) dello stearato di metile, intensità che dev’essere 100 volte (i = 100) superiore alla linea di base (”baseline”) dello spettro.Da due premesse:• resa in ioni (electron impact) = 1 . 10-6
• flusso molecolare in sorgente = 6 . 108 molecole/sec
si può dedurre:• resa ionica (ioni/sec) = 1 . 10-6 . 6 . 108 = 6 . 102 = 600
[600 ioni/sec = quantità minima per uno spettro]
All’ingresso dell’EM 600 ioni producono una corrente di I 6 . 10-17 A
Giorgio Bonaga
Esempio 1Calcolare se 1 pg di stearato di metile fornisce uno spettro di massa interpretabile.
CH3(CH2) 16COOCH3
[mol wt = 298 300]
1 mole = 6 . 1023molecole
1 pg = 6 . 1023 = 2 . 109 molecole . 1 . 10-6ioni/sec 300 . 1012
= 2 . 103 ioni/sec = 2000 ioni/sec
[2000 ioni/sec > 600 ioni/sec]
Giorgio Bonaga
Esempio 2Calcolare se 1 pg di tomidina fornisce uno spettro di massa interpretabile.
C50H83NO21 [mol wt = 1034 1000]
1 mole = 6 . 1023molecole
1 pg = 6 . 1023 = 6 . 108 molecole . 1 .
10-6ioni/sec
1000 . 1012
= 6 . 102 ioni/sec = 600 ioni/sec
[600 ioni/sec = 600 ioni/sec]
Giorgio Bonaga
b) quando lo spettrometro è accoppiato ad un sistema di introduzione dinamico (GC, LC, ecc.), la diminuzione di sensibilità non è prevedibile dal punto di vista teorico (dato il grande numero di variabili che dipendono da sistemi di introduzione tutt’altro che inerti), ma può essere determinata mediante ”test” nei quali la sensibilità viene espressa dal rapporto tra il ”segnale” fornito dagli ioni e il “rumore” dovuto al sistema dinamico (”signal/noise” = S/N), naturalmente a valori definiti di risoluzione e di velocità di scansione.In generale, uno spettrometro di massa accoppiato alla GC, con sorgente EI, con analizzatore magnetico e alla velocità di scansione di 1,5 sec/decade, fornisce un S/N 10 (i = 10) per lo ione a m/z 298 generato da 100 pg di stearato di metile (10-10g), cioè con una sensibilità pari ad 1/1.000 (102pg x101i) rispetto quella che si può avere con l'introduzione diretta in sorgente.
Giorgio Bonaga
y
x
abbondanza
(“re
lati
ve inte
nsi
ty”)
0 16012080m/z
40 200
Giorgio Bonaga
CONTEGGIO (assegnazione di valori m/z noti)
H2O+ = m/z 18
N2+ = m/z 28
O2+ = m/z 32
Ar+ = m/z 40 CO2
+ = m/z 44
Giorgio Bonaga
NF9C4
CF7C3
F9C4
NF9C4
CF
F
m/z 671 (NO PEAK !)
F9C4N
C4F9
C4F9
mol wt 671
(F9C4)3N
F3C
.
F9C4 +++ +
+
m/z 69 m/z 219 m/z 414 m/z 502
(100%) (60%) (1,0%) (0,6%)
Giorgio Bonaga
m/z 414(1%)
m/z 219(60%)
m/z 502(0,6%)
m/z 69(100%)
F C
F
F
C
F
FC
F
FC
F
F N
CF F
CF F
CF F
F
CF F
F C
F
F
C
F
FC
F
FC
F
FN
CC
F
F
CF
F
F
C
F
F
C
F
FC
F
FC
F
F
+
+
C
F
FF
+
+69
219
414 502
x 10
Giorgio Bonaga
Mass marker
S
N100bobina
rotante
Giorgio Bonaga
Spettro di massa dell’anilina in tre scale di sensibilità
39 51 66 77 93
40 50 60 70 90
40 50 60 70 90
40 50 60 70 90m/z
m/z
m/z
Giorgio Bonaga
m++ 38,5(77/2)
m++ 46,5(93/2)
m* 45,9(92 65)
m* 46,8(93 66)
PARTICOLARITA’ DELLO SPETTRO
SPETTROMETRI A BASSA RISOLUZIONE.
es.: CH3-OH+. = m/z 32
SPETTROMETRI AD ALTA RISOLUZIONE
es.: CH3-OH+. = m/z 32,026214
Giorgio Bonaga
1. IONE MOLECOLARE2. IONI MULTIPLI
Giorgio Bonaga
Masse e composizioni isotopiche di elementi comuni nelle molecole organiche
elementopeso
atomiconuclidi massa esatta
% abbondanz
aassoluta
% abbondanza
relativa
idrogeno 1,007971H2H
1,007825 2,014102
99,99 0,01
1000,016
carbonio 12,0111512C13C
12,00000013,003354
98,9 1,1
1001,08
azoto 14,0067014N15N
14,00307015,000108
99,6 0,4
1000,36
ossigeno 15,9994016O18O
15,99491517,99916
99,8 0,2
1000,24
fluoro 18,99840 19F 18,998405 100 100
silicio 28,08600
28Si29Si30Si
27,97692928,97649229,973758
92,2 4,7 3,1
1005,073.31
fosforo 30,97380 31P 30,973764 100 100
Gio
rgio
Bonaga
zolfo 32,45300 32S33S34S
31,97207332,97146333,968853
95 0,7 4,2
1000,784,39
cloro 35,45300 35Cl37Cl
34,96885136,965903
75,524,5
10032,7
bromo 79,90900 79Br81Br
78,91832980,916344
50,545,5
10097,5
iodio 126,90400 127I 126,904662 100 100
cloro 35,4530035Cl37Cl
34,96885115,000108
75,524,5
10032,7
bromo 79,9090079Br81Br
78,91832917,99916
50,545,5
10097,5
iodio 126,90400 127I 126,904662 100 100
Giorgio Bonaga
CARBONIO
m/z 0 10 20
%100
50
CH4
16
17
m/z 80 90 100
%100
50
93
94
NH2
Giorgio Bonaga
N° atomi di C = % [M+1]
1,1
Giorgio Bonaga
CLOROL'intensità relativa dei multipletti dovuti ai nuclidi del cloro si ottiene dallo sviluppo del binomio:
(a+b)n
a = abbondanza relativa del nuclide 35Cl (~ 75%)b = abbondanza relativa del nuclide 37Cl (~ 25%)n = numero degli atomi di Cl nel composto
n = 1 (0,75+0,25)1 = 3:1n = 2 (0,75+0,25)2 = 9:6:1n = 3 (0,75+0,25)3 = 27:27:9:1n = 4 (0,75+0,25)4 = 81:108:54:12:1
Giorgio Bonaga
6020
6126
27
64
62
H2C CH Cl
%
m/z
50
100
Giorgio Bonaga
150
148
146
113
111
7550
15010050
Cl
C l
%
50
100
m/z
Giorgio Bonaga
124
122
120118
87
8583
100
%
50
100
m/z 50
3537
CHC l3
Giorgio Bonaga
CCl4
150100
%
50
100
m/z 50
3537
119117 121
123
152
154
156
158160
Giorgio Bonaga
BROMOL'intensità dei multipletti dovuti ai nuclidi del bromo si ottiene dallo sviluppo del binomio:
(c+d)m
c = abbondanza relativa del nuclide 79Br (50,5%)d = abbondanza relativa del nuclide 81Br (49,5%)m = numero degli atomi di Br nel composto
n = 1 (0,5+0,5)1 = 1:1n = 2 (0,5+0,5)2 = 1:2:1n = 3 (0,5+0,5)3 = 1:3:3:1n = 4 (0,5+0,5)4 = 1:4:4:6:1
Giorgio Bonaga
8179
108106
26
27
H2C CH Br
20 10060
%
m/z
50
100
Giorgio Bonaga
Giorgio Bonaga
238
236
234
157155
250200150
%
50
100
m/z
Br
Br
m/z
100
50
%
150 200 250
171
173
175
250252 254
256
CHBr3
Giorgio Bonaga
CLORO E BROMOIn una molecola che contiene atomi di cloro e di bromo, la combinazione e la distribuzione isotopica negli ioni si ottiene dalla risoluzione del prodotto dei binomi relativi al cloro (a e b) presente in n atomi e al bromo (c e d) presente in m atomi:
(a+b)n . (c+d)m
Giorgio Bonaga
262
260
258256
254
270250
%
50
100
m/z
HC CHCl
Br
Br
Cl
Giorgio Bonaga
Br
CH
Cl
CH
Cl
Br
Gli ioni a m/z 255, 257, 259, 261 e 263 (appena percettibili) sono picchi isotopici del 13C.
35Cl35Cl79Br81Br = 18 m/z = 256
35Cl35Cl79Br79Br = 9 m/z = 254
35Cl35Cl81Br81Br = 9 m/z = 25835Cl37Cl79Br79Br = 6 m/z = 256
35Cl37Cl79Br81Br = 12 m/z = 258
35Cl37Cl81Br81Br = 6 m/z = 260
37Cl37Cl79Br79Br = 1 m/z = 258
37Cl37Cl79Br81Br = 2 m/z = 260
37Cl37Cl81Br81Br = 1 m/z = 262
m/z 254 = 9%
m/z 256 = (18+6) = 24%
m/z 258 = (9+12+1) = 22%
m/z 260 = (6+2) = 8%
m/z 262 = 1%
Giorgio Bonaga
27
25
47
64
62
6020
%
50
100
m/z
45
29
15
Giorgio Bonaga
CH3 CH2 SH
3. IONI METASTABILI
++
SORGENTE
BAD
tratto privodi campi
campomagnetico
campoelettrico
++++ *
MAGNETE
++*
Giorgio Bonaga
C
Il risultato è che questo ione viene rivelato e registrato ad un valore m/z inferiore a quello che gli competerebbe. Si tratta perciò di una transizione metastabile:
*
m1
+ m2+
+ pn
che produce uno ione metastabile m*, la cui posizione nello spettro è data dalla relazione:
m* = [m2+]2/m1
+
Questa relazione è la conseguenza stessa delle equazioni fondamentali della MS magnetica:
zV = mv2/2 (25) mv2/r = Hzv (26)
Giorgio Bonaga
Applicando la (25) allo ione-padre m1+ si ha:
zV = m1v1
2/2
da cui:
Nella zona priva di campo lo ione-figlio m2+, che si forma per la
transizione metastabile, viaggia verso il settore magnetico con la stessa velocità v1 dello ione-padre m1
+; esso subirà pertanto una deflessione magnetica deducibile dalla (26) :
1mv1 = 2 zV (27)
m2v12/r = Hzv1
m2v1 = Hzr
Sostituendo a v1 il valore trovato con la (27): Giorgio Bonaga
1m
elevando tutto al quadrato:
m22 . 2 zV = H2z2r2
m1
da cui:m2
2 / m1 = H2r2
z 2V
m2 2 zV =
Hzr
Giorgio Bonaga
Esempio 1: anilina (mol wt 93)• in sorgente: picco nello spettro: m/z 93
m/z 66
• nel tratto BC: picco nello spettro:
m/z 46,8
m* = 662 = 46,8 93
M + e M + 2e.++
M [M - HCN]. .+
M [M - HCN].+.+
Giorgio Bonaga
Esempio 2: acetofenone (mol wt 120)
• in sorgente: picco nello spettro: m/z 120
m/z 105 m/z 77
• nel tratto BC picco nello spettro m/z 56,5
m* = 772 = 56,5 105
+[M - 15] [M - 15 - CO]+
M + e M + 2e.++
M [M - 15]. +
+[M - 15] [M - 15 - CO]+
Giorgio Bonaga
4. IONI A CARICA MULTIPLA
M + e M++ + 3e (poco probabile) M + e M+++ + 4e (molto improbabile)
Giorgio Bonaga
Esempio 2: fenolo
Esempio 1: anilina
Esempio 3: aldeide benzoica
Giorgio Bonaga
m/z 46,5
+
++
+
++
++NH2NH2NH2 NH2
mol wt 93
NH2
m/z 47mol wt 94
OH ++OH
+
+
OH OH
+
+ +
+
OH
m/z 53mol wt 106
CO H
CHO+
+
CHO
+
+
CHO
+
+C
O H
+
+
5. FRAMMENTI CARATTERISTICI
OSSIGENO
M-18 : perdita di . H2O
M-28 : perdita di . CO
M-31 : perdita di . OCH3
M-45 : perdita di . COOH
M-59 : perdita di . COOCH3
AZOTOM-27 : perdita di HCN
M-16 : perdita di . NH2 (ammidi)Giorgio Bonaga
6. CALCOLO DELLE INSATURAZIONI E/O DEGLI ANELLI
CxHyNzOn
C elementi tetravalenti (carbonio, silicio)H elementi monovalenti (idrogeno, alogeni)N elementi trivalenti (azoto, fosforo) O elementi bivalenti (zolfo)
n° insat. e/o anelli = x - 1 y + 1 z + 1 2 2
Giorgio Bonaga
Esempio 1: nitrobenzene C6H5NO2
6 - 1 5 + 1 1 + 1 = 5 (4 insaturazioni + 1 anello) 2 2
Esempio 2: 4-(1-propen-1-il)acetofenone C11H12O2
11 - 1 12 + 1 = 6 (5 insaturazioni + 1 anello) 2
NO O
-+
CO CH3
CH CH CH3
Giorgio Bonaga
INTERPRETAZIONE INTERPRETAZIONE DELLO SPETTRODELLO SPETTRO
”MASS SPECTRUM INTERPRETATION”
Giorgio Bonaga
E = Et + Eel
E IEE >> IE
Giorgio Bonaga
A B B O N D A N Z A D I M +.
100-50 % 50-10 % 10-0 %
Idrocarburi aromatici Alcheni AlcaniEterociclici aromatici Ammidi EsteriCicloalcani Chetoni Alogenuri alchiliciR-SH Aldeidi Alcoli alifaticiR-S-R Eteri Nitrili alifaticiAr-F Ar-BrAr-Cl Ar-IAr-CN Ar-CO-R
Giorgio Bonaga
SIMBOLOGIA DELLE SPECIE CHIMICHE
[ep] = molecola neutra ad elettroni
pari
[ed] +. = radicale-ione ad elettroni
dispari
[ed] . = radicale ad elettroni dispari
[ep] + = ione ad elettroni pari
Giorgio Bonaga
1. REAZIONE DI IONIZZAZIONE
[ep] + e [ed] + . + 2e ([ed] + . = M +
. )
[ep] + e [ed] + + + 3e ([ed] + + = M + +)
2. REAZIONI DI DECOMPOSIZIONE PRIMARIA
a. [ed] + . [ep] + + [ed] . reazione di scissione
b. [ed] +
. [ed ] + . + [ep] reazione di trasposizione
3. REAZIONI DI DECOMPOSIZIONE SECONDARIA
c. [ed] + . [ep] + + [ed]
. reazione di scissione
d. [ed] + . [ed] + . + [ep] reazione di
trasposizione
e. [ep] + [ep] + + [ep]
f. [ep] + [ed ] + . + [ed]
.
4. REAZIONI IONE-MOLECOLA
g. [ed] + . + [ep] [ep] + + [ed]
.
h. [ed] + . + [ed]
. [ep] + + [ep]
Giorgio Bonaga
AE - IE = Eatt
Giorgio Bonaga
PROBABILITÀ DI FORMAZIONE DEGLI IONI IN TERMINI ENERGETICI (70 eV)
reazioni di I^ ionizzazione > reazioni di trasposizione > reazioni di scissione > reazioni di
II^ ionizzazione
Giorgio Bonaga
0
2
4
6
8
10
12
14
16
eV
[M] + . m/z 79
[M-1] + m/z 78
[M] + + m/z 39,5
(x 10)
N+
N
.+
N
++
ione molecolare
ione della scissione
C - H
ione a doppia carica
Giorgio Bonaga
PROBABILITÀ REALE DI FORMAZIONE DEGLI IONI (70 eV)
reazioni di I^ ionizzazione > reazioni di scissione > reazioni di trasposizione > reazioni di II^
ionizzazione
Giorgio Bonaga
M - OH - CO.
+
M - OH. +
+.M
eV
numero di ioni
17,515,012,510,0
Giorgio Bonaga
122
105
77
51
0
0
%
50
100
m/e15010050
Giorgio Bonaga
1. vm > 10-5 sec: M+ arriva al collettore ed è visibile nello spettro di massa
2. vm = 10-5-10-6 sec: M+ si decompone lungo il percorso e forma m*
3. vm < 10-6 sec: M+ si decompone in
sorgente e forma m+
Giorgio Bonaga
+
.
+.- H
m/z 106 m/z 105
CO
CO H
. ++.
m/z 94 m/z 76
- H2O
OH
H
.+
+.
- CH3
m/z 106 m/z 91
CH2
CH3
OCOCH3
.-
+
+.
m/z 136 m/z 77
C
OCH3O
Giorgio Bonaga
Frammenti neutri espulsi dallo ione molecolare
m/zGruppo
associabileDeduzioni strutturali possibili
M-1 H aldeidi
M-2 H2 -
da M-3 a M-13 frammenti di massa non attendibili
M-14 - CH2 - serie omologa
M-15 CH3 composti contenenti sostituenti -CH3
M-16 O nitrobenzeni, solfossidi
M-16 NH2 arilsolfonammidi, carbossiammidi
M-17 OH composti contenenti sostituenti -OH
M-17 NH3 -
M-18 H2O alcoli, aldeidi, chetoni, ecc.
Gio
rgio
Bonaga
M-19 F fluoruri
M-20 HF fluoruri
da M-21 a M-25 frammenti di massa non attendibili
M-26 C2H2 idrocarburi aromatici
M-27 HCN nitrili aromatici, eterociclici azotati
M-28 CO carbonili, chinoni
M-28 C2H4 esteri etilici, n-propil chetoni
M-29 C2H5 etil chetoni, n-propil benzeni
M-29 CHO -
M-30 C2H6 -
M-30 CH2O esteri metilici aromatici
M-30 NO nitrobenzeni
M-31 CH3O esteri metilici
M-32 CH3OH esteri metilici
Gio
rgio
Bonaga
M-32 S -
M-33 H2O + CH3 -
M-33 HS - tioli
M-34 H2S tioli
da M-35 a M-40 frammenti di massa non attendibili
M-41 C3H5 esteri propilici
M-42 CH2CO metil chetoni, acetati aromatici, acetilammine aromatiche
M-42 C3H6n- e iso-butil chetoni, propileteri
aromatici, n-butil benzeni
M-43 C3H7 propil chetoni, n-butil benzeni
M-43 CH3CO metil chetoni
M-44 CO2 anidridi, esteri (riarrangiamento)
M-44 C3H8 -
M-45 COOH acidi carbossilici
Gio
rgio
Bonaga
M-45 C2H5O esteri etilici
M-46 C2H5OH esteri etilici
M-46 NO2nitrobenzeni
da M-47 a M-54 frammenti di massa non attendibili
M-55 C4H7esteri butilici
M-56 C4H8n- e iso-amilbenzeni, n- e iso-butossibenzeni, amil chetoni
M-57 C4H9butil chetoni
M-57 C2H5CO etil chetoni
M-58 C4H10-
M-59 CH3COO esteri
M-60 CH3COOH acetati
Gio
rgio
Bonaga
Masse Formula Deduzioni strutturali
1 15 29 43 .CnH2n + 1alcani ramificati
15 31 59 .CH3, .OCH3,
.COOCH3esteri metilici
1 29 43 .H, .CHO, .CH2CHO aldeidi
28 42 56 CO, CH2CO, 2CO chetoni ciclici
18 36 46 H2O, 2H2O, H2O+C2H4 alcoli primari
16 44 .NH2, .CONH2
ammidi
16 30 44 O, NO, NO2 nitroderivati
1 17 45 .H, .OH, .COOH acidi carbossilici
19 33 50 .F, .CH2F, .CF2organofluorurati
33 36 63 .Cl, HCl, .CH2CH2Cl cloroderivati
32 33 47 S, HS., CH2S .
solfoderivati
Serie di frammenti neutriG
iorg
io B
onaga
m/z FormulaDeduzioni strutturali
15 29 43 57 71 85 99 113
CnH2n + 1 alcani
27 41 55 69 83 97 CnH2n - 1 alcheni, cicloalcani
39 53 67 81 95 109 CnH2n - 3 alchini, dieni
31 45 59 73 87 101 CnH2n + 1O alcoli, eteri
30 44 58 72 86 100 CnH2n + 2N ammine alifatiche
44 58 72 86 100 CnH2n + 2NCO ammidi, urea
29 43 57 71 85 99 CnH2n + 1CO composti carbonilici saturi
61 75 89 103 117 CnH2n + 1O2 esteri carbossilici
63 77 91 105 119 133
C6H5CnH2n fenilalchili
Serie di frammenti carichiG
iorg
io B
onaga
m/z Formula Deduzioni strutturali
15 CH3 + -
18 H2O + . -
19 – 25 ioni frammento di massanon significativa
26 C2H2+ . -
27 C2H3 + . -
28 CO + ., C2H4+ ., N2
+ . -
29 CHO + ., C2H5 + -
30 CH2=NH2 + ammine primarie ?
31 CH2=OH + alcol primari ?
32 – 35 ioni frammento di massa non significativa
36/38 (3:1) HCl + . -
39 C3H3 + -
40 Ar + ., C2H4 + . -
Ioni frammento più comuniG
iorg
io B
onaga
41 C2H5 +
42 C2H2O + ., C3H6 + . -
43 CH3 CO + CH3 COX
43 C3H7+ C3H7X
44 C2H6 N + alcune ammine alifatiche
44 O=C=NH2 + ammidi primarie
44 CO2 + . ,C2H8
+ . -
44 CH2=CH(OH) + . alcune aldeidi
45CH2=OCH3
+
CH3CH=OH + alcuni eteri e alcol
46 ione frammento di massa non significativa
47 CH2 =SH + tioli alifatici
49/51(3:1) CH2Cl + -
50 C4H2 + . composti aromatici
51 C4H3 + . C6H5 X
52-54 ioni frammento di massa non significativa
Gio
rgio
Bonaga
55 C4H7+ -
56 C4H8 + . -
57 C4H9 + C4H9 X
57 C2H5CO + etil chetone, esteri
dell’acido propionico
58 CH2=C(OH) CH3+ .
alcuni metil chetonialcuni dialchil chetoni
58 C3H8N + alcune ammine alifatiche
59 COOCH3 + esteri metilici
59 CH2 =C(OH)NH2 + . alcune ammidi primarie
59 C2H5CH=OH + C2H5CH(OH)-X
59 CH2=O-C2H5 + alcuni eteri
60 CH2=C(OH)OH + . alcuni acidi carbossilici
61 CH2CH2SH + tioli alifatici
61 CH3CO(OH2 ) + CH3 COOCnH2n+1
62-65 ioni frammento di massa non significativa
Gio
rgio
Bonaga
66 H2S2 + dialchil disolfuri
68 CH2CH2CH2CN + -
69 CF3 + -
69 C5H9 + -
70 C5H10 + . -
71 C5H11 + C5H11X
71 C3H7 CO +
propil chetoneesteri dell’acido
butirrico
72 CH2=C(OH) C2H5 + . alcuni etil alchil chetoni
72 C3H7 CH=NH2+ alcune ammine
73 C4H9 O + -
73 COOC2H5 + esteri etilici
73 (CH3)3Si + (CH3)3SiX
74CH2=C(OH)OCH3 + . alcuni esteri metilici
75 (CH3)3Si=OH + (CH3)3SiOX
75 C2H5 CO(OH2 ) + C2H5 COOCnH2n+1
Gio
rgio
Bonaga
76 C6H4 + . C6H5X
XC6H4Y
77 C6H5 + C6H5X
78 C6H6 + . C6H5X
79 C6H7 + C6H5X
79/81 (1:1) Br + -
80/82 (1:1) HBr + . -
80 C5H6N +
81 C5H5O +
83/85/87 CHCl2 + CHCl3
85 C6H13 + C6H13X
85 C4H9 CO + C4H9 COX
85
N
CH2 X
N
H
CH2X
O
CH2X
O+ O X
Gio
rgio
Bonaga
85
86CH2=C(OH) C3H7 + . alcuni propil alchil
chetoni
86 C4H9 CH=NH2 + alcune ammine
87 XCH2CH2COOCH3
88-90 ioni frammento di massa non significativa
91 C7H7 + C6H5 CH2X
92C7H8 + . C6H5 CH2 alchil
92 C6H6 N +
91/93 (3:1) n-alchil cloruri (> esil)
93/95 (1:1) CH2Br + -
O O+ O OX
N
CH2X
C H2 CH COH
OCH3
+
Cl+
Gio
rgio
Bonaga
94
95
95C6H7O +
97C5H5S +
99
99
105 C6H5CO + C6H5COX
105 C8H9 + CH3-C6H4CH2X
N
H
+C O C O X
N
H
C O+
O O
C O X
O
CH2XH3C
CH2X
S
O
O+
O
O
O O+
OX O
Gio
rgio
Bonaga
106 C7H8N +
107 C7H7O +
107/109 (1:1)
C2H4Br + -
111
121 C8H9O +
122123
C6H5COOH +
C6H5COOH2 +
alchil benzoati
127 I + -
128 HI + -
135/137 (1:1)
n-alchil bromuri
N
CH2XH3C
CH2XHO
C O X
SS
C O+
CH3OCH2X
Br+
Gio
rgio
Bonaga
130 C9H8N +
141 CH2I + -
147 -
149 dialchil ftalati
160 C10H10NO +
190 C11H12NO2 +
N
H
CH2X
(CH3)2Si O Si(CH3)3+
C
C
O
O
OH+
N
H
CH3O CH2X
CH2X
N
H
CH3O
CH3O
Gio
rgio
Bonaga
Esempio A: n-nonano (mol wt = 128)
serie di frammenti carichi: 15, 29, 43, 57, 71, 85, 99, 113serie di frammenti neutri: 113, 99, 85, 71, 57, 43, 29, 15
128
113
99
85
71
57
43
29
15CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
Giorgio Bonaga
Esempio B: 1-nonene (mol wt = 126)
serie di frammenti carichi: 27, 41, 55, 69, 83, 97, 111serie di frammenti neutri: 99, 85, 71, 57, 43, 29, 15
27
41
55
69
83
97
111
126CH2
CHCH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
Giorgio Bonaga
Esempio C: 1-nonino (mol wt = 124)
serie di frammenti carichi: 39, 53, 67, 81, 95, 109serie di frammenti neutri: 85, 71, 57, 43, 29, 15
39
53
67
81
95
109
124HC
CCH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
Giorgio Bonaga
Esempio D: 1-eptilammina (mol wt = 115)
serie di frammenti carichi: 30, 44, 58, 72, 86, 100serie di frammenti neutri: 85, 71, 57, 43, 29, 15
H2NCH2
CH2CH2
CH2CH2
CH2CH3
30
44
58
72
86
100
115
Giorgio Bonaga
Esempio E: n-capronammide (mol wt = 115)
serie di frammenti carichi: 44, 58, 72, 86, 100serie di frammenti neutri: 71, 57, 43, 29, 15
CO
NH2
CH2
CH2CH2
CH2CH3
44
58
72
86
100
115
Giorgio Bonaga
Esempio F: 1-eptanolo (mol wt = 116)
serie di frammenti carichi: 31, 45, 59, 73, 87, 101serie di frammenti neutri: 85, 71, 57, 43, 29, 15
HOCH2
CH2CH2
CH2CH2
CH2CH3
31
45
59
73
87
101
116
Giorgio Bonaga
Esempio G: 1-fenilpentano (mol wt = 148)
serie di frammenti carichi: 51, 63, 77, 91, 105, 119, 133serie di frammenti neutri: (26),(14), 71, 57, 43, 29, 15
m/z 51
m/z 63-
C4H3+
C5 H3+
CH2
m/z 77 m/z 91(ione tropilio)
+
trasposizione
CH2CH2
CH2CH2
CH391
105
119
133
148
-C2H2
- CH2+
Giorgio Bonaga
Esempio H: S-metil-1-tiociclopentano (mol wt = 116)
serie di frammenti carichi: 45, 59, 73, 87, 101serie di frammenti neutri: 14, 14, 14, 14, 15
4559
73 87
101
116H
H
H
HH
HS
HH
CH3
H
Giorgio Bonaga
1. EFFETTO INDUTTIVO
2,2-dimetilbutano (mol wt 86)
.+
CH3CH3C
CH3
.+
+ CH2 CH3
CH2 CH3++
.CH3CH3C
CH3
a)
b)CH3
H3C C
CH3CH3CH2
+I
.
n- propilcloruro (mol wt 58)
metiletiletere (mol wt 74)
CH2CH3 CH2 Cl.+
CH2CH3 CH2 ++
Cl.
- I
++CH2CH3 CH2
.+O CH3CH2CH3 CH2 CH3O
- I .
Giorgio Bonaga
2. COMPARTECIPAZIONE DI ELETTRONI VICINI propilammina (mol wt 59)
n-propanolo (mol wt 60)
propantiolo (mol wt 76)
3-amminopropanolo (mol wr 75)
ione "immonio"
+
+CH2CH3 CH2 NH2
+CH2CH3 CH2 NH2
..
++CH2CH3 CH2 OH
+CH2CH3 CH2 OH
ione "ossonio"
..
+CH2CH3 CH2 SH+
CH2CH3 CH2 SH
ione "solfonio"
+. .
+
++
a)
b)
++
CH2 OH
CH2
CH2 NH2
CH2 OH CH2 CH2 NH2
m/z 31
CH2 NH2 CH2 CH2 OHm/z 30
.
.
.
Giorgio Bonaga
3. EFFETTO DI RISONANZA
1-butene (mol wt 56)
etilbenzene (mol wt 58)
++ +CHCH2 CH2CH2 CH CH2 CHCH2 CH2
+
ione "benzile"
+
CH2
CH3 +CH2
CH3
ione "tropilio"
+
..
++
a)
b)
++
CH2 CH CH2 CH3
+CH2 CH CH2 CH3
CH2 CH CH2 CH3
..
.
Giorgio Bonaga
propanone (mol wt 58)
. ++
ione "acilio"
+CH3C
CH3
O
C OCH3
CH3CCH3 O
+
.
Giorgio Bonaga
a) Reazioni di scissione
S3)
S2)
S1)
+C C C C
+
C C C C+
C C+C++C C C
++ XC+
C X.
.
+
R++' YCR
+' C Y
R
R
C
C+
+C
C
S5)
S6)
S7) Rotture multiple
.
.
S4) R++
' XC
H
R+
' C X
R
R
H
. .
. .
. .
Giorgio Bonaga
S1 = rottura alchilica
C X+
C X+ +. .
S2 = rottura olefinica
Esempio
C C C+ +C + C C
ione n-ottile
Cl
ione n-decilecloruro di n-decile
C7H15 C
H
H
++C7H15 C
H
H
C
H
H
C
H
H
C7H15 C
H
H
C
H
H
C
H
H
Cl C CH
H
H
H++.
+
acetilene
S1 S2.
Giorgio Bonaga
S3 = rottura allilica o benzilica
Esempio
ione tropilio
Cl
ione benzilecloruro di benzile
+
.+
CH2
Cl
CH2
+
S3+.
+C7H15 C
H
C
H
C
H
H
Cl
ione eptilallile
C7H15 C
H
C
H
C
H
H
cloruro di 2-decenile
++Cl C7H15 C
H
H
H
C
H
CS3. .
Giorgio Bonaga
S4 = rottura in all’eteroatomo saturo
Esempio
+
2-bromoesano
+
+C4H9 C
CH3
H
Br C4H9 C
H
BrCH3
ione pentilbromonio
S4
..
S5 = rottura in all’eteroatomo insaturo
Esempio
++
3-butanone
+
ione acilio
CH3CH2C
CH2CH3
O
CH3CH2 C OS5
CH2CH3
S2
CH3CH2++ C O
. .
......
Giorgio Bonaga
S6 = rottura di retro Diels-Alder
Esempio
S6
+
+
+
1,2,4,5-tetrametilcicloesene 2,3-dimetil-1,3-butadiene 2-butene
C
C C
CH3C
H3C
CH3
CH3
CH3C
CH3C
C CH3
CH3
C
..
Giorgio Bonaga
S7 = rotture multiple
Esempio
++ +
cicloesano
S7 S7 +. .
.
++S7
C5H5C2H2
S7C3H3
m/z 91 m/z 65 m/z 39
C2H2++ +
ione tropilio
Giorgio Bonaga
b) Reazioni di scissione con trasposizione di H
SH4)b) CnH2n+1-HC=X CnH2n +
H2C=X
a) CnH2n+1-X=CH2 CnH2n + HX=CH2
C
CA
B
SH1)
SH2)
SH3)
++
H
D RC
CA
H
DB
R
+Y
H
XC
+C
C
+C
CC
X
YH
HX+
+
(C)nC
C(C)n
C
C
X
H
+
+
. .
. .
. .
Giorgio Bonaga
++ C CXR H
+X
C C
HR
SH5)
SH6)
SH7)
++ XX+X+X
a) in ioni a 2 eteroatomiDoppia trasposizione di H
b) rottura
.
..
. .
.
Giorgio Bonaga
TRASPOSIZIONI DI IDROGENO
SH1 = trasposizione alcolica
Esempio
+ +
+
H
CH
CH2
CH
H
OH
H
( )n
H
CH
CH2
CH
H
OH
H( )n ( )n
H
CH
CH2
CH
H
+
H2OSH1
.
.
Giorgio Bonaga
.
SH2 = trasposizione di McLafferty
Esempio
C
CH2C
C
HH3C
CH2
O
CH2
H
CHH
HH H
+
+
+
4-ottanone (mol wt 128)
m/z 128
CC
CH2
O
CH2
H
H
CHH
HH
C
CH2
H CH3
CC
CH2
O
H H
H
HCH2
CH2
+
+
m/z 86 m/z 58
SH2 SH2
.
.
.
Giorgio Bonaga
SH3 = effetto orto
Esempio
++ +
+ CH3OH
+SH3C
CH O
H C
O
H
O CH3 C
CH O
H C
O
O CH3
H
CH C
O
O CH3
HOH
C
CH C
OHC
O
..
. .
SH3
+
CH3OH+
O
C O
O
C
O
OCH3
HO
C
O
OCH3
HO
C
O
O
H
CH3 ++ +
salicilato di metile
..
. .
Giorgio Bonaga
SH4 = trasposizioni secondarie
Esempio
+
+
+N CH2C
CH
HH
CH3CH3O
+N CH2C
CH
HH
CH3O
CH 2 C O NH
CH2CH3
CH3
+
SH4
N CH2CC
CH3CH3
H
H
H
O
etilmetilacetilammide
..
++
SH4
C
HH
CH2 CH2 FH
fluoruro di propile
+C
HH
CH2 CHH
F H+
C
HH
CH2 CH2 FH
+
CH2 CH2 CH2 F
. .
Giorgio Bonaga
SH5 = migrazione del centro radicalico
Esempio
ciclopentanone (mol wt 84)
+
+
CH2
CH2 CH2
CH2
C
O
CH2
CH2 CH2
CH2
C
O
CH
CH2 CH2
CH2
C
O+
H
+
CH
CH2 CH2
CH3
C
O
CH
CH2
C
O+
CH3
CH2
m/z 55
SH5
.
..
.
Giorgio Bonaga
SH6 = trasposizione in all’eteroatomo
Esempio
++
ione propilacetato
CH3 CH2 CH2 OH
O C CH2
HO CH2
C
O
CH2CH2CH3+
. .
Giorgio Bonaga
SH7 = trasposizione doppia
Esempio
CCH2O
C H2
C OH
HH
CH2 CH3+
radical-ione etilbutirrato
+CH
CH2 CCH2O CH2 CH3
HO
H+
. .
+CH3
CH2
+
CH2C
C
C
H
H
O
CH2
H
HH
CH3
radical-ione 3-esanone
CHC
O
CH2 CH3
H
CH2
++
CH2C
C
CO
CH2
H
HH
CH3
H
H
.
. .
Giorgio Bonaga
Esempio 1: trans-stilbene ossido (mol wt 196)
Lo ione a m/z 167 si origina dalla seguente trasposizione strutturale: .
CO
CH H
+
C
H
H C O++ .
Giorgio Bonaga
100
50
0
50 100 150 200
167
196152105897751
M+
m/z
.
Esempio 2: dimetilcarbonato (mol wt 90)
Lo ione molecolare a m/z 90 perde un radicale idrogeno per formare lo ione a elettroni pari a m/z 89 che, attraverso un intermedio a quattro membri subisce una trasposizione strutturale con perdita della molecola neutra di CO2 e formazione dello ione a m/z 45.
++O
C O
CH3CH
HH
O
O
C O
CH3CH2
O
+
CH2 O CH3 CO2
+H-
m/z 90 m/z 89 m/z 45
. .
Giorgio Bonaga
Esempio 3: difeniletere (mol wt 170)
Lo ione molecolare a m/z 170 subisce un riassestamento interno con mutamento della posizione degli atomi di H (“hydrogen scrambling”), poi avviene l’espulsione di C=O con formazione dello ione a m/z 142 (benzociclo-eptatriene) e successivamente la perdita di un radicale H forma lo ione a m/z 141 (benzotropilio).
m/z
5177
142
170
141
100
50
050 100 150 200
+M .
Giorgio Bonaga
m/z 142m/z 170
m/z 141
O O+ +
+
ione benzotropilio
++
+ C O
- H
.
..
..
Giorgio Bonaga
+
m/z 77
- C H5 4
EsempioL’equazione multivettoriale applicata ad uno spettro che fornisce la seguente lista delle masse (”mass list”):
m/z 102 73 59 55 43 31 % 2 55 100 80 30 38
può essere scritta con il seguente algoritmo:
102x2/100+73x55/100+59x100/100+55x80/100+43x30/100+31x38/100
= 167,87
Per identificare il composto incognito con modalità analogiche il
computer cerca tra gli spettri della libreria quelli i cui algoritmi
hanno i valori più prossimi al valore calcolato per il composto
incognito. Nell’esempio, il computer fornirebbe 3 opzioni (sovente
molte di più), per ciascuna delle quali la “somiglianza” con il
composto incognito viene espressa in millesimi. Giorgio Bonaga
1) 3-esanolo (168,00/167,87) = 999/10002) 2-esanolo (167,47/167,87) = 997/10003) 1-esanolo (166,80/167,87) = 994/1000 Normalmente la ricerca della somiglianza può essere fatta scegliendo uno dei seguenti parametri:
• PURITY: confronta tutti i picchi dello spettro reale con tutti i picchi degli spettri della libreria;• FIT: confronta i 16 picchi più abbondanti dello spettro reale con i 16 picchi più abbondanti degli spettri della libreria;• RETROFIT: confronta i 16 picchi più abbondanti degli spettri della libreia con i 16 picchi più abbondanti dello spettro reale.
In molti casi queste somiglianze non consentono di assegnare con certezza le strutture dei composti analizzati, ma soltanto di fornire delle identificazioni più probabili che possono essere, comunque, molto utili anche nell’interpretazione logica dello spettro di massa.
Giorgio Bonaga
MS/MS TANDEM
ioni figli
ione genitore selezionato
MS MScella di
collisione
Giorgio Bonaga
Q-TOF in modalità QQQ/MS
TOF
skimmer
Q/Q/Q
cella di collisione
ESI
cono di campionamento propulsor
e
rivelatore
riflettori
Qaccessorio
+
Giorgio Bonaga
LC (ESI)-MS/MS
Giorgio Bonaga
quadrupolo(MS1)
cella di collisione(esapolo)
ESI
cono di campionamento dinodo di
conversionesistemaottico
quadrupolo(MS2)
cono di estrazione
fotomoltiplicatore
fosforo
Z sprayion source
+
gas dicollisione
Q-TOF (MS/MS) di una sequenza peptidica
75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 550 575 600 625 650 675 700M/z0
100
%
TOF MSMS 681.30 NF E S G (128.11) bMax
(128.11) G S E F N yMax
681.42 (M+H) +
291.21y2
262.16b2
234.15a2204.17
y1129.12102.07E
147.13y
217.13263.16
664.39
420.27y3391.21
b3
292.21
374.18364.18293.19
402.26 567.37y4
478.25b4421.26
517.28 549.34
663.39646.38577.35
682.43
683.41
686.10
686.44
Gio
rgio
Bonaga
Sequenza peptidica: porzione di spettro MS
225 250 275 300 325 350 375
291.21
262.16
234.15
217.13
263.16292.21
374.18364.18293.19
Giorgio Bonaga