1 Massaspectrofotometrie
Een unieke spectrofotometrische techniek.
Een destructieve analyse methode die de chemische structuur van moleculen onthult:
- ionisatie
- fragmentatie
- spectrum
- identificatie
1.1 inleiding tot massa spectrofotometrie
1.1.1 vergelijking met andere spectrofotometrische methoden
Techniek E absorptie Moleculaire toestand Destructief
MS Ja Aangeslagen Ja
IR Ja Tijdelijk Nee
NMR Nee Stabiliteit Nee
UV-Vis Ja Tijdelijk Nee
Destructief = een analysemethode waarbij het monster vernietigd of onherstelbaar
veranderd wordt
Bij ms worden moleculen geïoniseerd en gefragmenteerd, processen die onomkeerbaar zijn.
1.1.2 destructieve methoden
Tijdens MS worden moleculen geïoniseerd en vervolgens gefragmenteerd. Deze
omzettingen zijn onomkeerbaar. De originele moleculaire structuren worden permanent
veranderd of vernietigd.
1.1.3 toepassingsgebieden
- Detector in gekoppelde analysetechnieken (GC-MS, LC-MS)
- Identificatie van componenten in complexe mengsels
- Structuurbepaling van organische moleculen
- Analyses van biomoleculen (MALDI-TOF MS)
De markt voor massa spectrofotometers is momenteel het snelst groeiende segment binnen
de instrumentele analysetechnieken.
1.2 Principe van Massaspectrofotometrie
, 1. Ionisatie:
Moleculen in dampvorm (10Pa) worden gebombardeerd met hooggenetische
elektronen, waardoor een elektron wordt verwijderd en een positief geladen ion-
radicaal (moleculair ion = verste, hoogste piek) onstaan.
2. Fragmentatie:
Ionen in aangeslagen toestand ondergaan spontane competitieve decompositie- of
fragmentatie reacties, waarbij ze uiteenvallen in kleinere, geladen fragmenten.
3. Scheiding:
Positieve ionen worden gescheiden op basis van hun massa-tot-lading (m/z)
verhouding. De afbuiging is recht evenredig met de massa en omgekeerd evenredig
met de lading.
4. Detectie:
De ionen worden gedetecteerd en hun intensiteit (aantal gemeten deeltjes) wordt
uitgezet tegen de m/z-verhouding om het massaspectrum te genereren.
Voorbeeld: fluoromethaan
- m/z 34: Moleculaire Ionpiek (M)
- m/z 33: Verlies van waterstofatoom (M-1)
- m/z 15: Methylkation (M-19)
De meeste ionen hebben een lading van +1, waardoor de afbuiging in de praktijk evenredig
is met de molecuulmassa.
1.3 opbouw van een Massaspectrofotometer
1. Ionenbron:
Verantwoordelijk voor het omzetten van neutrale
moleculen in geladen ionen. Types omvatten Electron
Impact (EI) en Chemische Ionisatie (CI).
2. Massa-analyser:
Scheidt ionen op basis van hun massa-tot-lading
verhouding (m/z). Types omvatten magnetische sector,
quadrupool filter en Time-Of-Flight (TOF).
3. Detector:
Meet de intensiteit (hoeveelheid ionen) van elk ion.
Electron multipliers (discrete of continue dynode)
worden vaak gebruikt.
4. Dataverwerkingssysteem:
Verwerkt de gemeten data en produceert het
massaspectrum. Kan gekoppeld zijn aan
chromatografische systemen (GC, LC) en computers
voor automatische identificatie.
Hoogvacuüm is essentieel om meerdere redenen:
, - het helpt de moleculen in dampvorm te brengen
- voorkomt botsingen met atmosferische sfeer
- verwijdert niet-geïoniseerde moleculen.
De meeste componenten staan onder hoogvacuüm (< 10^-4 Pa)
1.4 Ionen bronnen en Massa-analysers
1.4.1 Ionenbronnen
Electron Impact (EI)
De meeste traditionele ionenbron. Hierbij wordt het monster in dampfase gebombardeerd
met hooggenetische elektronen van een gloeidraad.
- Een potentiaalverschil (meestal 70 V) trekt de elektronen naar een "elektron trap”.
- Spanning tussen “ion repeller” en “accelerating plates” zorgt voor versnelling van
positieve ionen.
- Hoogspanning (4000-8000 V) tussen de platen geeft de ionen grote kinetische
energie.
Chemische Ionisatie (CI)
In een CI-bron wordt de te onderzoeken component samen met een reactie gas (vaak
methaan) in de bron gebracht.
- Ionen uit het reactiegas reageren met de te onderzoeken moleculen, wat leidt tot
ionisatie.
- Deze methode is “zachter” dan EI, wat resulteert in mindere fragmentatie.
- Vaak leidt dit tot een duidelijker moleculair ion.
1.4.2 Massa analysatoren
Magnetische sector Analysator
Ionen komen in een magnetisch veld, waardoor hun bewegingsrichting wordt afgebogen.
- Ionen voeren een cirkelvormige beweging uit met straal r = mv/zB.
- Alleen deeltjes met een specifieke m/z-waarde bereiken de detector.
- Door de sterkte van het magnetisch veld te variëren, kunnen ionen met verschillende
m/z-waarden sequentieel de detector bereiken.
Quadrupool Filter
bestaat uit twee paar parallel gemonteerde ronde staven. Tussen twee over elkaar liggende
staven wordt een gelijkspanning en een radiofrequente spanning aangelegd.
- Ionen volgen een golfvormige baan tussen de staven.
- Alleen ionen met een welbepaalde m/z-verhouding passeren de staven en bereiken
de detector.
- Door de verhouding van de gelijkspanning en de rf-spanning te veranderen, kunnen
verschillende m/z-waarden worden geselecteerd.
Time-Of-Flight (TOF) Analysator
Een unieke spectrofotometrische techniek.
Een destructieve analyse methode die de chemische structuur van moleculen onthult:
- ionisatie
- fragmentatie
- spectrum
- identificatie
1.1 inleiding tot massa spectrofotometrie
1.1.1 vergelijking met andere spectrofotometrische methoden
Techniek E absorptie Moleculaire toestand Destructief
MS Ja Aangeslagen Ja
IR Ja Tijdelijk Nee
NMR Nee Stabiliteit Nee
UV-Vis Ja Tijdelijk Nee
Destructief = een analysemethode waarbij het monster vernietigd of onherstelbaar
veranderd wordt
Bij ms worden moleculen geïoniseerd en gefragmenteerd, processen die onomkeerbaar zijn.
1.1.2 destructieve methoden
Tijdens MS worden moleculen geïoniseerd en vervolgens gefragmenteerd. Deze
omzettingen zijn onomkeerbaar. De originele moleculaire structuren worden permanent
veranderd of vernietigd.
1.1.3 toepassingsgebieden
- Detector in gekoppelde analysetechnieken (GC-MS, LC-MS)
- Identificatie van componenten in complexe mengsels
- Structuurbepaling van organische moleculen
- Analyses van biomoleculen (MALDI-TOF MS)
De markt voor massa spectrofotometers is momenteel het snelst groeiende segment binnen
de instrumentele analysetechnieken.
1.2 Principe van Massaspectrofotometrie
, 1. Ionisatie:
Moleculen in dampvorm (10Pa) worden gebombardeerd met hooggenetische
elektronen, waardoor een elektron wordt verwijderd en een positief geladen ion-
radicaal (moleculair ion = verste, hoogste piek) onstaan.
2. Fragmentatie:
Ionen in aangeslagen toestand ondergaan spontane competitieve decompositie- of
fragmentatie reacties, waarbij ze uiteenvallen in kleinere, geladen fragmenten.
3. Scheiding:
Positieve ionen worden gescheiden op basis van hun massa-tot-lading (m/z)
verhouding. De afbuiging is recht evenredig met de massa en omgekeerd evenredig
met de lading.
4. Detectie:
De ionen worden gedetecteerd en hun intensiteit (aantal gemeten deeltjes) wordt
uitgezet tegen de m/z-verhouding om het massaspectrum te genereren.
Voorbeeld: fluoromethaan
- m/z 34: Moleculaire Ionpiek (M)
- m/z 33: Verlies van waterstofatoom (M-1)
- m/z 15: Methylkation (M-19)
De meeste ionen hebben een lading van +1, waardoor de afbuiging in de praktijk evenredig
is met de molecuulmassa.
1.3 opbouw van een Massaspectrofotometer
1. Ionenbron:
Verantwoordelijk voor het omzetten van neutrale
moleculen in geladen ionen. Types omvatten Electron
Impact (EI) en Chemische Ionisatie (CI).
2. Massa-analyser:
Scheidt ionen op basis van hun massa-tot-lading
verhouding (m/z). Types omvatten magnetische sector,
quadrupool filter en Time-Of-Flight (TOF).
3. Detector:
Meet de intensiteit (hoeveelheid ionen) van elk ion.
Electron multipliers (discrete of continue dynode)
worden vaak gebruikt.
4. Dataverwerkingssysteem:
Verwerkt de gemeten data en produceert het
massaspectrum. Kan gekoppeld zijn aan
chromatografische systemen (GC, LC) en computers
voor automatische identificatie.
Hoogvacuüm is essentieel om meerdere redenen:
, - het helpt de moleculen in dampvorm te brengen
- voorkomt botsingen met atmosferische sfeer
- verwijdert niet-geïoniseerde moleculen.
De meeste componenten staan onder hoogvacuüm (< 10^-4 Pa)
1.4 Ionen bronnen en Massa-analysers
1.4.1 Ionenbronnen
Electron Impact (EI)
De meeste traditionele ionenbron. Hierbij wordt het monster in dampfase gebombardeerd
met hooggenetische elektronen van een gloeidraad.
- Een potentiaalverschil (meestal 70 V) trekt de elektronen naar een "elektron trap”.
- Spanning tussen “ion repeller” en “accelerating plates” zorgt voor versnelling van
positieve ionen.
- Hoogspanning (4000-8000 V) tussen de platen geeft de ionen grote kinetische
energie.
Chemische Ionisatie (CI)
In een CI-bron wordt de te onderzoeken component samen met een reactie gas (vaak
methaan) in de bron gebracht.
- Ionen uit het reactiegas reageren met de te onderzoeken moleculen, wat leidt tot
ionisatie.
- Deze methode is “zachter” dan EI, wat resulteert in mindere fragmentatie.
- Vaak leidt dit tot een duidelijker moleculair ion.
1.4.2 Massa analysatoren
Magnetische sector Analysator
Ionen komen in een magnetisch veld, waardoor hun bewegingsrichting wordt afgebogen.
- Ionen voeren een cirkelvormige beweging uit met straal r = mv/zB.
- Alleen deeltjes met een specifieke m/z-waarde bereiken de detector.
- Door de sterkte van het magnetisch veld te variëren, kunnen ionen met verschillende
m/z-waarden sequentieel de detector bereiken.
Quadrupool Filter
bestaat uit twee paar parallel gemonteerde ronde staven. Tussen twee over elkaar liggende
staven wordt een gelijkspanning en een radiofrequente spanning aangelegd.
- Ionen volgen een golfvormige baan tussen de staven.
- Alleen ionen met een welbepaalde m/z-verhouding passeren de staven en bereiken
de detector.
- Door de verhouding van de gelijkspanning en de rf-spanning te veranderen, kunnen
verschillende m/z-waarden worden geselecteerd.
Time-Of-Flight (TOF) Analysator
