Spettrometria di massa (principi fondamentali)

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Fortunato Baldi
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1 Spettrometria di massa (principi fondamentali)

2 Rilevamento con spettrometria di massa (MS) Una tecnica più raffinata del PID è la spettrometria di massa che prevede l analisi in massa di ioni formati (con sorgenti diverse) ed anche la possibilità di misurare tutti i frammenti prodotti dall evento di ionizzazione. Sorgente Analizzatore di massa Rivelatore (SEM) Moltiplicatore di elettroni L analizzatore di massa separa le particelle in basse al rapporto massa/carica. Uno spetrometro di massa non è dunque in grado di distinguere particelle con lo stesso rapporto massa/carica.

3 Ionizzazione Impatto elettronico Ionizzazione chimica Sorgenti al plasma Electron spray Ionizzazione Laser Ionizzazione termica Bombardamento con atomi o ioni accelerati Campione in: Fase gassosa Fase liquida Fase solida Nel caso di molecole al momento della ionizzazione possono avvenire fenomeni diversi: ABC Ionizzazione: ABC + + e - Ionizzazione e frammentazione: A + BC +, AB + + C,... Riarrangiamento di ioni: BCA + B + CA +, BC + A + Ulteriore complicazione per effetto della presenza di isotopi

4 Spettri di massa e frammentazione Il fatto che una molecola possa frammentare per impatto elettronico costituisce allo stesso tempo un vantaggio ed uno svantaggio. frammenti CO MASS SPECTRUM picco parente Schema di frammentazione CO CO + CO + C + O + CO + O + C + CO + 13 C 16 O +? 12 C 17 O + C + O +

5 CH 3 OH (metanolo) M=32 MASS SPECTRUM picco parente CH 3 OH + Abbondanza relativa H 2 C CH CH 2 CH 3 O m/e m/e=16 e=1 m=16? e=2 m=32? Bisogna fare attenzione alla possibile presenza di ioni a carica multipla!

6 Distribuzione isotopica Esaminiamo il caso classico del cloro Cl, elemento che ha due isotopi stabili 35 Cl e 37 Cl. Un composto che contiene cloro lo contiene nei rapporti isotopici, dando luogo a due picchi parente negli stessi rapporti isotopici. Se ci sono due atomi di cloro le combinazioni possibili sono 3 che generano 3 picchi nello spettro di massa e via dicendo. -Cl -Cl 2 -Cl 3 -Cl 4 35 C 37 Cl 35 Cl 35 Cl 35 Cl 37 Cl 37 Cl 37 Cl

7 Il processo di frammentazione dipende fortemente dal tipo di sorgente usato electron-spray ionizzazione elettronica ionizzazione chimica Methomyl carbammato (pesticida)

8 Ionizzazione elettronica Metodo classico utilizzato per masse piccole. Produce una elevata frammentazione, che si può attenuare diminuendo l energia degli elettroni.

Analisi elementare e rapporti isotopici in metalli: Preparazione dei campioni metallici per dissoluzione in soluzione acquosa in presenza di acido nitrico (HNO 3 ) (anche per vetri, ceramiche e altri

9 Analisi elementare e rapporti isotopici in metalli: Preparazione dei campioni metallici per dissoluzione in soluzione acquosa in presenza di acido nitrico (HNO 3 ) (anche per vetri, ceramiche e altri materiali inorganici). Ionizzazione: ionizzazione termica (1100 o C o C) Sorgente a plasma ad accoppiamento induttivo (ICP) NEW! in alternativa all attacco acido per applicazione in ICP puo`essere effettuata ablazione laser direttamente sulla superficie, senza prelievo.

10 Spettrometria di massa per indagini su materiali organici: Direct - Temperatrure resolved Mass-Spectrometry DTMS Informazione sulle componenti del campione di diversa volatilita` e determinazione degli spettri di massa Volatili apolari Volatili polari Frazione polimerica

11 Sviluppo di tecniche per l analisi di masse elevate, tipiche di sostanze biologiche come amminoacidi, proteine, DNA Nobel Prize for Chemistry Fenn Tanaka Wuthrich

12 Electron spray Metodo utilizzato per masse elevate, tipicamente molecole biologiche come proteine ed anche DNA. Produce una bassa frammentazione KV

13 Ottilfenossipoli(etossi) etanolo [C8H17- C6H4- (OCH2CH2)n-OH]Na+

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14 Matrix assited Laser Absorption/Desorption Ionization - MALDI Target hυ Matrice + Analita Importante nella ricerca sul proteoma: si può definire come proteomica l'analisi sistematica di tutte le sequenze proteiche prodotte dalle cellule viventi. Si tratta di isolare, separare, identificare e determinare la funzione di tutte le proteine di un organismo. Vantaggi: non c e` frammentazione delle molecole e l accoppiamento con uno spettrometro di massa a tempo di volo non pone limite al range di masse: e` possibile rivelare molecole molto grandi come le proteine. Applicazione allo studio dei processi di trasformazione di composti organici nei materiali storico artistici

15 lente focalizzatrice MALDI matrice laser ottiche ioniche TOF rivelatore Spettri di massa fino a uma

17 Analizzatore in massa a settore magnetico

18 Analizzatore in massa a quadrupolo

19 Analizzatore in massa a tempo di volo (TOF) lineare reflectron

20 Vantaggi e svantaggi della spettrometria di massa Analisi chimiche elementari quantitative Informazioni strutturali Elevata sensibilita` (<ppm) Microcampioni Precisione ed accuratezza Analisi distruttiva Apparecchiature costose Problemi per analisi di miscele

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