Kvadrupolni maseni analizator, princip i primena u kvali/kvanti hromatografiji doc dr Nenad Vuković, Institut za hemiju, Prirodno-matematički fakultet u Kragujevcu
JONIZACIJA ELEKTRONSKIM UDAROM Joni u spektrometriji masa nastaju uzajamnim dejstvom molekula sa naelektrisanom česticom (elektronom ili jonom) pri energiji (E) od 100 ev, brzini (V) od 5,9 x 10 m/sec, pri čemu je vreme uzajamnog delovanja naelektrisane čestice sa molekulom reda veličine 10-17 sec.
JONIZACIJA ELEKTRONSKIM UDAROM Sudar molekula sa jonizujućom česticom (elektron ili jon) dovodi do toga da čestica deo svoje energije (De) predaje atomu ili molekulu. Elastični sudar-nema predaje energije, Neelastični sudar-predaja energije.
JONIZACIJA ELEKTRONSKIM UDAROM Najniža vrednost za energije pri kojima dolazi do obrazovanja jona naziva se energija jonizacije (De 0 ).
JONIZACIJA ELEKTRONSKIM UDAROM e = e 1 + De 0 i De 0 = I + e 2 + e; gde je e 0 = energija čestice (jon ili elektron), De 0 = gubitak energije čestice, I = energija jonizacije, e 1 = rasuta energija, e 2 = energija izbijanja elektrona, e = energija pobuđenog molekulskog jona.
JONIZACIJA ELEKTRONSKIM UDAROM Neutralne čestice se mogu jonizovati na različite načine, i u zavisnosti od toga, razvijeni su različiti tipovi jonskih izvora. Ni jedan od njih nije univerzalno primenljiv, a izbor najpogodnijeg jonskog izvora zavisi od prirode uzorka i od karaktera podataka koji se žele dobiti.
JONIZACIJA ELEKTRONSKIM UDAROM Stvaranje jona sudarom sa elektronima je tehnika koja se najčešće koristi u masenoj spektrometriji. U izvorima koji se zasnivaju na ovom principu uzorak se uvodi u obliku gasa ili pare pod niskim pritiskom u evakuisanu komoru gde se jonizuje sudarom sa elektronima određene energije.
JONIZACIJA ELEKTRONSKIM UDAROM Pri energijama jonizacije koje su veće od energija jonizacije spoljašnjih elektrona kod molekula dolazi do primanja energije. Ova pojava uslovljava jonizaciju kod molekula, što se manifestuje nastajanjem naelektrisanih čestica (jona). A + e - A + + 2e - Približno 1 od svakih 10 4 molekula prelazi u jonsko stanje.
JONIZACIJA ELEKTRONSKIM UDAROM Energija od 10-16 ev odgovara najvećem broju jonizacionih energija veza u molekulu.
JONIZACIJA ELEKTRONSKIM UDAROM Koja je uobičajena energija jonizacije kod ovog tipa instrumenata?
JONIZACIJA ELEKTRONSKIM UDAROM Prednosti i nedostaci tvrde jonizacije.
JONIZACIJA ELEKTRONSKIM UDAROM Prednosti i nedostaci tvrde jonizacije. Jonski izvor sa elektronskim udarom ima malo energetsko rasipanje elektronskog snopa, tako da kod dobro fokusiranih i izbalansiranih elektronskih snopova elektronsko rasipanje je oko 0,1 ev pri energiji od 2 KeV.
JONIZACIJA ELEKTRONSKIM UDAROM Prednosti i nedostaci tvrde jonizacije. Ovaj tip jonskog izvora može da sadrži nešto izraženije "pamćenje", naročito kada se radi sa teško isparljivim supstancama, ili supstancama koje mogu da se apsorbuju na elektrodama. U tom slučaju potrebno je jonski izvor čistiti.
zasniva se na osobini da joni osciluju kada prolaze kroz aksijalno simetrično radiofrekfentno polje. PRINCIP RADA Q ANALIZATORA Princip rada se zasniva na osobini da joni osciluju kada prolaze kroz aksijalno simetrično radiofrekfentno polje.
PRINCIP RADA Q ANALIZATORA
PRINCIP RADA Q ANALIZATORA Dvodimenzionalno kvadrupolno električno polje uspostavlja se izmedju četiri cilindrične ili hiperbolične šipke superponiranjem jednosmernog napona U i radiofrekfentnog potencijala V0cos t na šipke. Potencijal u bilo kojoj tački polja može se opisuje preko linearnih kordinata: = (U + V0cos t) (X 2 -Y 2 ) / r 0 2 r 0 rastojanje izmedju elektroda.
PRINCIP RADA Q ANALIZATORA Joni ubačeni u polje kreću se u pravcu Z ose. Nakon zamene i interpolacije dobijaju se Mathieu-ove diferencijalne jednakosti. Rešenja tih jednakosti karakterišu kretanje jona u X i Y pravcu, uz istovremeno kretanje jona u pravcu Z ose.
PRINCIP RADA Q ANALIZATORA Za odredjene vrednosti A i Q (bezdimenzionalni parametri) oscilacije su stabilne, njihove amplitude ostaju u konačnim vrednostima za bilo koje zadato vreme (t).
PRINCIP RADA Q ANALIZATORA One mase koje padaju u oblast stabilnih oscilacija nastaviće putanju kroz kvadripolni analizator i biće registrovane, a one koje izlaze iz oblasti stabilnih oscilacija gube se usled bočnog skretanja. Ako se A i Q menjaju tako da odnos A/Q ostaje konstantan menja se opseg masa koje prolaze kroz kvadripolno polje.
PRINCIP RADA Q ANALIZATORA Moć razlaganja instrumenta raste sa porastom odnosa A/Q i postaje teorijski beskonačna samo ako je A=0,237 a Q=0,706.
PRINCIP RADA Q ANALIZATORA Maseni spektar se dobija promenom ( ) ili istovremenim menjanjem U i V0 održavajući njihov odnos konstantnim. Ako se visokofrekfentni potencijal isključi, sve mase se skupljaju, što omogućava lako merenje jonske struje-odnosno registrovanje spektra masa. Maksimalno razlaganje je oko 1000. Prednost nad ostalim analizatorima je u tome što su jeftini, jednostavni i ne zahtevaju posebne konstrukcije za ubrzavanje i fokusiranje jona.
A b u n d a n c e A b u n d a n c e 220000 S c a n 7 6 ( 3. 1 6 0 m in ) : B E N Z A L D E H I D. D \ d a t a. m s 7 7. 1 1 0 6. 1 2 6 0 0 0 0 2 4 0 0 0 0 2 2 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 I o n 1 0 6. 0 0 ( 1 0 5. 7 0 t o 1 0 6. 7 0 ) : B E N Z A L D E H I D. D \ d a t a. m s 200000 180000 160000 1 8 0 0 0 0 1 6 0 0 0 0 1 4 0 0 0 0 140000 120000 1 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 6 0 0 0 0 100000 80000 60000 5 1. 1 4 0 0 0 0 40000 T i m e - - > 2 0 0 0 0 0 4. 0 0 6. 0 0 8. 0 0 1 0. 0 0 1 2. 0 0 1 4. 0 0 1 6. 0 0 1 8. 0 0 20000 3 9. 1 2 9. 0 6 3. 1 0 8 6. 0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 1 m / z - - > H O O M + =106 m/z H M + -1=105 m/z -CO 77 m/z HC CH 51 m/z
PRIMENA U KVALI/KVANTI ANALIZI Poredjenjem retencionog vremena standarda i masenog spektra standarda (odnosno masenog spektra iz baze podataka) sa sigurnošću možemo reći o kom jedinjenju se radi. Gde može nastati problem?
PRIMENA U KVALI/KVANTI ANALIZI Po definisanju retencionog vremena, primenom standardnih rastvora različitih koncetracija konstruiše se kalibraciona kriva, kao funkcija površina pikova prema koncetracijama. Full Scan i SIM mod. SIM mod eliminiše interferirajuće jone čineći ovu vrstu detektora veoma osetljivim.
Površina pika PRIMENA U KVALI/KVANTI ANALIZI koncentracije C 1 odziv detektora A 1 A 4 Kalibraciona kriva C 2 A 2 A 3 A 2 A 3 C 3 A 1 C 4 A 4 C 1 C 2 C 3 C 4 koncetracije
Površina ciljane supstance/ površina internog standarda SA INTERNIM STANDARDOM PRIMENA U KVALI/KVANTI ANALIZI koncetracije odziv detektora ciljana Interni supstanca standard A 1 A IS Kalibraciona kriva C 1 C IS A 4 /A IS A 2 A IS A 3 /A IS C 2 C IS A 2 /A IS A 3 A IS C 3 C IS A 1 /A IS C 4 C IS A 4 A IS C 1 /C IS C 2 /C IS C 3 /C IS C 4 /C IS koncetracija ciljanog jedinjenja/ koncetracija