GC/MS 1 14/15 1
SPETTROMETRIA DI MASSA: PERCHE’ ?
Una tecnica analitica potente usata per:
1. Identificare composti incogniti
2. Quantificare composti noti anche se presenti in tracce
3. Chiarire la struttura e determinare il peso molecolare
4. Sono necessari solo microgrammi di campione
GC/MS 1 14/15 2
SPETTRO DI MASSA DELL’ANIDRIDE CARBONICA
Uno spettro di massa è un grafico dell’abbondanza degli ioni in funzione del rapporto massa-carica
.
AB
BO
ND
AN
ZA
RE
LAT
IVA
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
C+ 12
O+ 16
CO+ 28
44 CO 2 + [M+]
ANIDRIDE CARBONICA
GC/MS 1 14/15 3
GASCROMATOGRAFIA: PERCHE’?
E’ capace di risolvere miscele complesse di composti volatili.
(> 450 picchi per l’aroma del caffè). Si usano piccole quantità di campione
(microgrammi o picogrammi).
Analisi veloci, di solito nell’ordine di minuti.
Buona quantificazione, 1-2 RSD % di norma.
GC/MS 1 14/15 4
POTENZIALITA’ DELLA GC/MS
Combinazione dei vantaggi di entrambe le tecniche:
1. Elevato potere di risoluzione della GC
2. Identificazione sicura della MS
Sono richieste solo piccole quantità di campione (microgrammi o picogrammi).
Analisi quantitative di composti presenti in tracce
~ ppm, ppb.
Range della MS di 10-800.
GC/MS 1 14/15 5
LIMITAZIONI DELLA GC/MS
• Costoso; da 50.000.000 a 450.000.000 Lit. s i s temi da banco da 50 .000 .000 a 100.000.000 Lit.
• Di uso complesso. E’ necessario conoscere la GC, la MS, le proprietà del vuoto e l’interpretazione degli spettri
• Solo per campioni volatili.
GC/MS 1 14/15 6
SPETTROMETRO DI MASSA
Iniettore Analizzatore
di Massa
Sistema di pompaggio ad Alto Vuoto
Sorgente Rivelatore
Sistema di aquisizione dei dati
GC/MS 1 14/15 7
ACCOPPIAMENTO TRA GC E MS
GC ~760 torr
Uscita riscaldata
MS Alto Vuoto
Entrata riscaldata Interfaccia
Tipi di Interfacce:
separatore jet - colonne impaccate interfaccia diretta - colonne capillari
GC/MS 1 14/15 8
INTERFACCE A) Interfaccia diretta per colonne capillari
Forno GC
Colonna di Silice Fusa
Transfer Line riscaldata Sorgente MS
Vuoto B) Separatore Jet per colonne impaccate
Al Vuoto
Flusso in Colonna Alla sorgente della MS (Vuoto separato)
GC/MS 1 14/15 9
IONIZZAZIONE CHIMICA
produce ioni attraverso un processo di trasferimento di protoni da un gas reagente ionizzato (es. CH5
+)
la ionizzazione avviene per la collisione delle molecole del campione con gli ioni del reagente
porta a spettri di massa semplici e facilmente interpretabili
GC/MS 1 14/15 10
CONFRONTO TRA GLI SPETTRI CI ED EI Dell’ORTAL (PM =240)
50 100 150 200 250 M/E
100 80 60 40 20
0
C. I. A
BB
ON
DA
NZ
A R
EL
ATIV
A
AB
BO
ND
AN
ZA
RE
LAT
IVA
50 100 150 200 250 M/E
100 80 60 40 20
0
E. I.
240
m/z
m/z
241
156 140
GC/MS 1 14/15 11
ANALIZZATORE DI MASSA
Magnetico a Singolo-Fuoco
Elettrostatico/Magnetico Doppio-Fuoco
Quadrupolo
“Ion Trap”
Tempo di Volo
GC/MS 1 14/15 12
ANALIZZATORE DI MASSA A SETTORE MAGNETICO A SINGOLO FUOCO
Campo Magnetico
Sorgente di Ioni
Zona di Accelerazione
Rivelatore
GC/MS 1 14/15 13
Electrostatic field
Magneticfield
Slit 2
Slit 3Slit 1
Fromion source
Todetector
SCHEMA DI UN SEPARATORE A DOPPIO-FUOCO
Campo Elettrostatico
Al rivelatore Dalla sorgente di ioni
Al Rivelatore
Campo Magnetico
GC/MS 1 14/15 14
ANALIZZATORE DI MASSA A QUADRUPOLO
+ +
-
-
Rivelatore
Quadrupolo
Sorgente
GC/MS 1 14/15 15
ANALIZZATORE DI MASSA “ION TRAP”
CAPPELLO FINALE
FILAMENTO
CORRENTE DI ELETTRONI
RF AD ANELLO ELETTRODO
MOLTIPLICATORE DI ELETTRONI
IONI
CAPPELLO FINALE
GC/MS 1 14/15 16
ANALIZZATORE DI MASSA A TEMPO DI VOLO (T.O.F.)
Collettore
M+ M+ M+ M+
M+ M+ M+ M+Sorgente
Masse diverse danno diversi Tempi di Volo
GC/MS 1 14/15 17
RIVELATORE DI IONI
Moltiplicatore di Elettroni a dinodo
Moltiplicatore di Elettroni a dinodo continuo
Fotoplacche Rivelatrici di Ioni
Canale a raggio Elettro-Moltiplicatore
GC/MS 1 14/15 18
MOLTIPLICATORE DI ELETTRONI (VERSIONE A DINODO CONTINUO)
Singolo Ione
Superficie Semi-Conduttiva
Cascata di Ioni
Rivelatore
Superficie Semi-Conduttiva
GC/MS 1 14/15 19
LO SPETTROMETETRO DI MASSA
1 SISTEMA DI INIEZIONE GC , LC o SFC
2 SORGENTE DI IONI Produce Ioni M M+
3 ANALIZZATORE DI MASSA Separa (m/e) Settore magnetico T.O.F. Quadrupolo I.T.D.
4 RIVELATORE Dinodo continuo
SOMMARIO - SISTEMA MS
E. I. C. I. NCI FAB
GC/MS 1 14/15 20
ANALSI GC DI UNA MISCELA DI IDROCARBURI
1 2
3
4
5
1. 2-Metilbutano 2. Pentano 3. Ciclopentano 4. Esano 5. Benzene
0.50 1.00 1.50 Tempo (min.)
Risp.
0.5 sec
1.0 sec
GC/MS 1 14/15 21
CH3CH2CH2CH2CH2CH3 Esano
[CH3CH2CH2CH2CH2CH3] Ioni molecolari , M
(m/z. = 86)
CH3CH2CH2CH2CH2 CH3CH2CH2CH2 CH3CH2CH2 CH3CH2
m/z.: 71 57 43 29 abbondanza relativa (%): 10 100 (picco base) 75 40
FRAMMENTAZIONE DI ESANO IN UNO SPETTROMETRO DI MASSA
e +•
+•
+ + + +
GC/MS 1 14/15 22
SPETTRO DI MASSA DELL’ESANO
100
80
60
40
20
0
C 6 H 14 ; PESO MOLECOLARE = 86
m/z
ABBOND. REL. %
29
43
57
M + = 86 .
20 40 60 80 100 120 140
71
GC/MS 1 14/15 23
SPETTRI DI MASSA DI BUTANI ISOMERI
.
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0 0 10 20 30 40 50 60
n-butano
abbo
ndan
za
m/e
CH 2 CH 2 H 3 C
27 29
39
41
43
58
CH 3
15
GC/MS 1 14/15 24
ISO-BUTANO
.
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0 0 10 20 30 40 50 60
iso-butano
abbo
ndan
za
m/e
CH 3 CH
CH 3 H 3 C
27 29 39
41
43
58
GC/MS 1 14/15 25
PERCHE’ IL SISTEMA DELL’ALTO VUOTO ?
1. la bassa pressione è essenziale per la produzione di elettroni e ioni liberi.
2. permette il libero passaggio degli elettroni, ioni del campione e frammenti.
3. la media della frazione libera di ioni è aumentata dall’alto vuoto
4. per minimizzare le collisioni tra ioni e molecole
GC/MS 1 14/15 26
CROMATOGRAMMA IN CORRENTE IONICA TOTALE (TIC)
-Risposta universale
-Scelta di uno specifico range di massa (da 40 a 240 AMU)
-Non è sensibile quanto il SIM
-Una acquisizione lenta può compromettere la quantificazione
-Permette il recupero dello spettro di massa
-La migliore per analisi qualitative
GC/MS 1 14/15 27
MONITORAGGIO SELETTIVO DEGLI IONI (SIM)
• Monitoraggio soltanto alcuni valori di m/z (componenti di interesse)
• Aumenta il rapporto S/N
• Permette maggiore velocità di acquisizione
• Migliore per le analisi quantitative
GC/MS 1 14/15 28
CONFRONTO TRA TIC E SIM
Acqua
Acqua
Anidride Carbonica
Fenolo
SIM: m/z = 18
TIC: 10-200 AMU
GC/MS 1 14/15 29
PER ULTERIORI INFORMAZIONI: • Watson, J. Throck, Introduction to Mass Spectrometry. Raven Press, New York, 1985. (ISBN 0-88167-081-2)
• March, R.E. and Hughes, J.R., Quadrupole Storage Mass Spectrometry. Wiley-Interscience Publication, New York, 1989. (ISBN 0471-85794-7)
• McLafferty, F.W. and Turecek, F., Interpretation of Mass Spectra. University Science Books, Mill Valley, CA, 1993.
• Budzikiewicz, C., Djerassi, C. and Williams, D.H., Mass Spectrometry of Organic Compounds. Holden-Day, San Francisco, CA, 1967.
• Budzikiewicz, H., Djerassi, C. and Williams, D.H., Structure Elucidation of Natural Products by Mass Spectrometry. Holden-Day, San Francisco, CA, 1964.
• Harrison, A.G., Chemical Ionization Mass Spectrometry. CRC Press, Boca Raton, FL, 1992.
GC/MS 1 14/15 30
• Busch, K.L., Glish, G.L. and McLuckey, S.A., Mass Spectromtry/Mass Spectrometry Techniques and Applications of Tandem Mass Spectrometry. VCH, New York, 1988.
• Murphy, R.C., Mass Spectrometry of Lipids. Plenum, New York, 1993.
• Desiderio, D.M., ed., Mass Spectrometry - Clinical and Biomedical Applications, Vol. 1-2. Plenum, New York, 1992 and 1994 respectively.
• Russel, D., ed., Experimental Mass Spectrometry. Plenum, New York, 1994.
• Biermann, C.J. and McGinnis, G.D., eds., Analysis of Carbohydrates by GCL and MS. CRC Press, Boca Raton, FL, 1993.
• Davis, R., Frearson, M. and Prichard, F.E., Mass Spectrometry, “Analytical Chemistry by Open Learning” Series. John Wiley & Sons, Chichester, United Kingdom, 1990.
