Summary
Это видео представляет собой протокол для массового спектрометрический анализ летучих и окисления чувствительных соединений с использованием ионизации электронным ударом. Представленная методика особенно интересны для неорганических химиков, работающих с металлическими organyls, силанов, или фосфаны, которые должны быть обработаны с использованием инертных условиях, таких как техники Шленка.
Abstract
Это видео представляет собой протокол для массового спектрометрический анализ летучих и окисления чувствительных соединений с использованием ионизации электронным ударом. Анализ летучих и окисления чувствительных соединений по масс-спектрометрии не легко достигается, как все состояние-из самых современных методов масс-спектрометрического требуют по крайней мере один шаг пробоподготовки, например, растворение и разбавление анализируемого (электрораспыление ионизации), со кристаллизация аналита с матричным соединением (матрица-лазерной десорбцией / ионизацией), или передачи приготовленных образцов в источник ионизации масс-спектрометра, чтобы быть проведена при атмосферном давлении. Здесь, использование системы ввода образца описан что позволяет анализ летучих металлов organyls, силанов и фосфаны помощью масс-спектрометра поле сектора, оснащенный источником ионизации электронным ударом. Все шаги пробоподготовки и ввода пробы в ионный источникмасс-спектрометр происходить либо в свободной воздушных условиях или под вакуумом, что позволяет анализ соединений сильно подвержены окислению. Представленная методика особенно интересны для неорганических химиков, работающих с металлическими organyls, силанов, или фосфаны, которые должны быть обработаны с использованием инертных условиях, таких как техники Шленка. Принцип работы представлена в этом видео.
Introduction
Анализ соединений, таких как металлические organyls, силанов, или фосфаны помощью масс-спектрометрии это не всегда возможно. Некоторые из этих соединений известны, чтобы быстро разлагаются при контакте с воздухом. Поэтому наиболее важные шаги при измерении масс-спектров являются пробоподготовки, передача аналита в масс-спектрометр и ионный поколения в отсутствии воздуха. В этом протоколе, мы описываем стратегию для удовлетворения этих потребностей и представить впускной системы, что делает возможным получение масс-спектры летучих соединений, ранее не быть проанализированы с помощью масс-спектрометрии в связи с их сложной обработки и быстрого разложения в условиях окружающей среды. Таким образом, однозначную идентификацию романа или существующих летучих металлических organyls, силанов и фосфаны, восприимчивых к окислению или гидролиза, может теперь быть выполнена с помощью масс-спектрометрии. Есть два требования, которые должны быть выполнены для того, чтобы проанализировать соединения, которыевосприимчивы к окислению или гидролизу: Пример подготовки и генерации ионов в инертных условиях. Последнее помещение может быть легко достигнуты при использовании масс-спектрометра с источником ионов, работающего под вакуумом. Это в случае с большинством матрица-помощь-лазер-десорбции / ионизации (MALDI) масс-спектрометров и со всеми ионизации электронным ударом (EI) масс-спектрометров 1,2. С ионизацией электрораспылением (ESI) не является легко совместим для анализа соединений, чувствительных к окислению или гидролиза, поскольку процесс ионизации происходит в условиях окружающей среды 3. Тем не менее, для некоторых соединений, которые не вступают в реакцию с кислородом, энергично или водой, сушки и распыл ющим газом, с которой большинство источников ESI эксплуатируются является достаточным для анализа методом масс-спектрометрии 4. Это также относится и к стратегии ионизации, подобных ESI, например, при низкой температуре ESI, низкотемпературный ионизации при атмосферном давлении, и низкотемпературной жидкости вторичной ионной масс-Спектррии 5-7. В отличие от этого, подготовка проб и передачи в источник ионов в инертных условиях гораздо более сложным. Оба MALDI и ESI инструменты были в сочетании с перчаточных боксах, с тем чтобы пробоподготовки соединений восприимчивых к окислению и / или гидролиза в инертной атмосфере 4,8. Масс-спектрометр сопряжен с бардачке либо с передачей капилляра (ESI) или непосредственно связанными с бардачка (MALDI). Сочетание перчаточном боксе в масс-спектрометре по транспортному капилляра также возможно с помощью другого ионизации стратегию - жидкость десорбции поле впрыска / ионизации (LIFDI) - с которым анализ чувствительных соединений было сообщено 9,10.
Кроме того, MALDI и LIFDI не подходят для анализа легколетучих соединений. MALDI требует сокристаллизацию аналита с матрицей и LIFDI требуется отложение аналита на ЭМПель из раствора. С обеих стратегий ионизации это очень вероятно, что аналит испарится вместе с растворителем. В отличие от MALDI инструментов, масс-спектрометры EI обычно предлагают несколько способов введения образца в ионный источник: прямой впускной зонда (небольшие количества твердых частиц, масла, воски или оседают в алюминиевый тигель, который вводится с помощью толкатель) , мембранным впускным приспособлением (для жидкостей), или соединение с помощью газового хроматографа. Опять же, по крайней мере, часть передачи образца происходит в условиях окружающей среды, и трудно выполнить в инертной атмосфере.
В 1960-х годах, образец на входе система была представлена которая позволяет введение образцов в вакууме в источник документа Е.И. ионов - все стекла нагревается на входе системы (AGHIS) 11,12. Здесь образец был расположен внутри герметичного части стеклянного капилляра, который был вставлен в AGHIS. Впоследствии AGHIS был эвакуировани стеклянный контейнер с образцом был сломан. AGHIS затем нагревают, чтобы выпарить образец, который достиг ионный источник масс-спектрометре Е.И. посредством утечки. Когда стекло капилляр с образца был приготовлен в перчаточном боксе, образец может быть введен в масс-спектрометре без контакта с воздухом. Тем не менее, AGHIS представляет собой устройство, которое не является коммерчески доступным, и трудно собрать даже для опытного цеха Стеклодув. В связи с большим размеры переключение между прямым входом с использованием толкатель и AGHIS не прямо вперед.
В нашей масс-спектрометрии лаборатории, мы разработали аналогичную впускной системы в стиле AGHIS. Однако, как это не возможно, чтобы нагреть впускной системы, аналит должен обладать определенной волатильности, чтобы войти ионный источник масс-спектрометра. Волатильность аналита должна быть достаточной, чтобы обеспечить передачу соединения в вакууме при жидкого тэ азотаmperature - либо путем кипячения или сублимации. Заказ система на входе состоит из пластины из нержавеющей стали, который позиционируется в прямой впускной системы, трубки из нержавеющей стали с игольчатым клапаном и фланцем, к которому запираемый пробирка с образцом можно прикрепить. Установка подачи холодной системе не требует никаких изменений в масс-спектрометре (Autospec X, вакуумные генераторы, предприятием Воды Корпорация, Манчестер, Великобритания) - переключение между холодной впускной системы и прямой входе с помощью толкатель может быть выполнена легко в течение нескольких секунд.
Представленный на входе системы особенно полезны, когда металлические organyls, силаны или фосфаны, восприимчивых к окислению или гидролизу, должны быть проанализированы. Эти соединения обычно анализируется с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР) или инфракрасного (ИК) спектроскопии. К сожалению, эти методы позволяют не всегда для однозначной идентификации соединения, потому что они дают incompletэлектронной информации, например, когда элементы, такие как хлор или бром являются частью молекулы. Газ дифракции электронов с другой стороны может представить подробную информацию о анализируемого, однако, метод очень трудоемкий, пробоподготовка трудно, и лишь немногие группы могут проводить эти анализ 13,14. Здесь, подача холодной система для анализа металлических organyls, силанов или фосфаны, восприимчивых к окислению или гидролизу Е.И. масс-спектрометрии приносит большую пользу для (в) органической химии, позволяющих однозначно идентифицировать новые соединения, снабжая их информацией о масса молекулы и ионы, характерных фрагментов. Единственным условием для измерения масс-спектров для вещества определенный летучесть при пониженном давлении.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1 Подготовка образцов
- Используйте на заказ запирающиеся пробирки с фланцем (рисунок 1) для транспортировки и передачи образцов в масс-спектрометре. Перед заполнением образца, эвакуировать запираемые пробирки, прикрепленные к многократному линии Шленка коллектор и удаления остаточной воды при нагревании с тепловой пушки. Vent пробирку с сухим аргоном и эвакуировать снова, в то время как отопление.
- Погрузите запираемый пробирку в холодную ловушку с жидким азотом (ВНИМАНИЕ: Будьте осторожны при работе с жидким азотом). Уплотнить образца в пробирку из контейнера для образца, прикрепленного к коллектору линии Шленка, закрыть замок на верхней части пробирки, а также коллектор и удалить заблокированный пробирку из ванны азота. Как масс-спектрометрии очень чувствительна, небольшое количество достаточно. Большинство из аналита будет оставаться в запираемой пробирке в ходе анализа и доступен для дальнейших экспериментовпосле измерения.
Рисунок 1. блокировкой пробирку, используемый для передачи образцов. А) Фланец для крепления к холодной на входе системы, (В) с тефлоновым отвод пробирки, чтобы обеспечить перенос соединения в атмосфере воздуха, свободной от условий, (в) винт для управления тефлоновую кран.
2 Измерение масс-спектрах
- Перед измерением, мелодию и калибровки масс-спектрометра в соответствии с инструкциями, поставляемые изготовителем вашего масс-спектрометра (здесь, Autospec X (вакуумные генераторы, предприятием Воды Корпорация, Манчестер, Великобритания) используется. Используйте perflourokerosene (ПФК) в качестве стандарта и настроиться масс-спектрометра с разрешением прибл 2800 при м / з 119, 10% четкости долина). Снимите толчокСтержень прямого входе от источника ионов и установить внешнюю интерфейс для пробирки (рисунок 2). Для предотвращения нагрева наконечника толкателя, установить метод на входе в "перегородка" в контрольной программного обеспечения масс-спектрометра.
- Подключение фланец запираемый пробирку, заполненную образца к внешнему интерфейсу. Откройте игольчатый клапан наружного интерфейса и эвакуировать вход. После эвакуации, тщательно открывать шаровой кран с источником ионов, чтобы завершить стадию вакуумирования. Закройте игольчатый клапан внешнего интерфейса. ВНИМАНИЕ: Тефлон отвод пробирки должен быть закрыт на этой стадии.
- Начните измерение массового в программном обеспечении масс-спектрометра. С закрытой игольчатого клапана, открыть кран тефлоновую пробирки очень кратко, что позволяет в газовой фазе молекулы аналита, чтобы войти в наружную часть интерфейса. Закройте тефлоновую кран.
Примечание: Внешняя часть интерфейса вместе с пространством между Teflна кране и фланцем запираемый пробирке (сравните фиг.1 и 2В) служит в качестве резервуара аналита газа в ходе анализа. - Аккуратно откройте игольчатый клапан, наблюдая вакуумметр ионного источника. Этот шаг позволяет молекулы аналита, чтобы войти в ионный источник масс-спектрометра. Вакуум не должна опускаться ниже 10 -5 мбар во время измерения.
ПРИМЕЧАНИЕ: В зависимости от волатильности анализируемого масс-спектров хорошего качества получаются приблизительно 10 -6 мбар. Масс-спектр пробы в настоящее время записывается. Обычно количество образца протекает в прибор через игольчатый клапан достаточно для записи масс-спектров в течение нескольких минут. В случае интенсивность ионов уменьшается, открывая игольчатый клапан немного больше позволяет больше времени приобретения. Если качество массового спектров, снятых при 70 эВ не удовлетворяет, масс-спектры могут быть записаны с использованием более низких кинетических энергийэлектроны, например, 20 эВ.
Рисунок 2 Вход холодной система с пустой запираемый пробирке, установленного на ионный источник В.Г. Autospec X. А) Блокируемый пробирке, (B) фланец соединения между пробирке входа холодной система, (C) игольчатый клапан, (D) Пластина из нержавеющей стали с прокладкой в виде соединения с источником ионов, (Е) интерфейс прямой входе, керамический наконечник толкателя виден.
3 После измерения
- Закройте игольчатый клапан внешнего интерфейса. Закройте шаровой клапан в ионном источнике. Остановите приобретение масс-спектров в программном обеспечении.
- Эвакуировать впускной системы, открывая игольчатый клапан полностью. Vent интерфейс то время как мячклапана и игольчатый клапан закрыты. Эвакуировать интерфейс снова откройте игольчатый клапан на этом этапе в целях устранения паров остаточного образца в интерфейсе. Повторите этот шаг, по крайней мере 3-кратным.
- Снимите запираемый пробирку из интерфейса. Продолжить с следующего образца или удалить внешнюю интерфейс от фланца ионного источника и заменить его толкателя.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Масс-спектр Е.И. трис (трифторметил) phosphane представлена на рисунке 3, соединения, которые быстро разлагается при контакте с воздухом (рисунок 4). Представленный интерфейс позволяет прямой вперед измерения масс-спектров для этих соединений. Работа нового интерфейса легко и быстро и не представляет препятствия при работе с масс-спектрометр с регулярно применяется прямой вход с использованием толкатель.
Рисунок 3 Масс-спектр трис (трифторметил) phosphane. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 4 сосуд (А) Хранение заполнены трис (трифторметил) phosphane. (В) контейнер, наполненный небольшим количеством трис (трифторметил) phosphane. (С) При контакте с воздухом, трис (трифторметил) phosphane самовоспламеняется. (Фотографии с любезного разрешения доктора J. Бадер.)
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Приобретение масс-спектров из соединений, которые разлагаются при стандартных процедур подготовки образца представлены в данном протоколе. Представленная методика предназначена для анализа металлических organyls, силанов и phosphane, которые очень чувствительны к окислению и / или гидролиза, что делает его интересным, особенно для неорганических химиков. Для достижения оптимальных результатов, вакууме или на воздухе, свободной условия должны быть сохранены в течение всего анализа. Поэтому протокол должен следовать тщательно. В случае, если анализируемое вещество вступает в контакт с воздухом из утечек в или неправильном обращении с впускной системой, серьезные последствия, такие как взрыв в контейнер для образца может иметь место в зависимости от соединения, которые будут проанализированы (фиг.4). Подготовка образца также должны выполняться только квалифицированным персоналом, используемых для работы с Шленка линий, так как они могут взорваться в связи с плохо выпускаемой стеклянной посуде при под вакуумом. Взрывы мIGHT быть вызваны контактом активных соединений с воздухом, поступающих в линию Шленка в связи с плохой обработки. Опасность жидкого кислорода, заморожены из инертных газовых примесей в холодную ловушку, также должны быть рассмотрены. Связаться с любого (в) органического соединения с жидким кислородом может привести к энергичных реакций, вызывающих взрыв линии Шленка. В ходе анализа давление в ионный источник масс-спектрометра должны соблюдаться тщательно, чтобы высокое давление в источнике ионов может привести к повреждению прибора.
Как и летучих металлов organyls, высоко восприимчивых к окислению и / или гидролиза, силанов и phosphane редко или невозможно анализировать с помощью государством в самых современных масс-спектрометры с ESI или MALDI ионных источников, где пробоподготовки и ионизации обычно проводится под атмосферные условия. Здесь, подача холодной система представляет собой ценный расширение существующих методов анализируемого введения. Тем не менее, подача холоднойсистема не совместима с ESI и MALDI ионных источников, как это представляет собой поток газообразного аналита с источником ионизации, в то время как ESI требует потока раствора анализируемого аналита и MALDI совместно кристаллизованный с матрицей для генерации ионов. Как любой стратегии ионизации, Е.И. также имеет недостаток - в связи с высокой энергии электронного пучка, фрагментации происходят часто. В зависимости от природы аналита это может привести к отсутствию молекулярного иона. Тем не менее, аналит может быть идентифицирован с помощью ионов фрагмента, особенно, когда подается соединение высокой чистоты. Для однозначной идентификации, способ синтеза должно быть известно, в этом случае. Для соединений, где молекулярная ион присутствует в масс-спектре, ионы фрагмента может быть использован, чтобы подтвердить структуру молекулы. В связи с конструкцией системы впуска холодной, представлены стратегия ограничивается соединениями с определенной волатильности. Волатильность аналита должна быть достаточной, чтобыLlow для передачи соединения в вакууме при температуре жидкого азота - либо путем кипячения или сублимации. Соединения с слишком низким давлением пара не даст Масс-спектры высокого качества. Перекрестные помехи между измерениями единую массу наблюдается редко и могут быть в дальнейшем свести к минимуму путем откачки впускной системы тщательно.
В общем, измерения могут быть проведены с каждым масс-спектрометре, снабженном источником ионов EI и прямой впускной системе. Представленная входа холодной система находится в рабочем состоянии в течение нескольких секунд и не требует никаких изменений на масс-спектрометре. Тем не менее, интерфейс подачи холодной системе должно быть выполнено на заказ, в соответствии с размерами существующих вводов используемого EI масс-спектрометра. В зависимости от возможностей имеющегося масс-спектрометра, дополнительные эксперименты могут быть выполнены, например, точных измерений массовых для определения или подтверждения элементного состава или масс-спектрометрии ионной коровкрестики-энергия-спектрометрия (MIKES) для выяснения путей фрагментации. Таким образом, подача холодной система представляет собой дополнительную стратегию Входное отверстие рядом с используемой обычно прямой входе с использованием толкатель в EI масс-спектрометрии.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| VG Autospec X | Micromass Co. UK Ltd (now Waters) | Other EI mass spectrometers with direct inlet using a push rod should also be compatible with this technique | |
| Lockable test tubes with flange | Custom made, teflon tap should be used for locking the test tube | ||
| Interface for lockable test tubes | Custom made, interface is prepared from stainless steel. Needle valve has to be included into the interface-design! | ||
| Schlenk line | Custom made, has to include vacuum pump for evacuation of thest tubes and cold trap with liquid nitrogen for trapping of the sample |
References
- Field, F. H., Franklin, J. L. Electron Impact phenomena and the Properties of Gaseous Ions Revised Edition. , Academic Press. (1957).
- Schaeffer, O. A. An Improved Mass Spectrometer Ion Source. Rev. Sci. Instrum. 25, 660-662 (1954).
- Yamashita, M., Fenn, J. B. Electrospray Ion Source - Another Variation of the Free-Jet Theme. J. Phys. Chem. 88, 4451-4459 (1984).
- Lubben, A. T., McIndoe, J. S., Weller, A. S. Coupling an electrospray ionization mass spectrometer with a glovebox: A straightforward, powerful, and convenient combination for analysis of air-sensitive organometallics. Organometallics. 27, 3303-3306 (2008).
- Cooper, G. J. T., et al. Structural and Compositional Control in {M12} Cobalt and Nickel Coordination Clusters Detected Magnetochemically and with Cryospray Mass Spectrometry. Angewandte Chemie International Edition. 46, 1340-1344 (2007).
- Wang, W. S., Tseng, P. W., Chou, C. H., Shiea, J. Detection of reactive 1,2,3-hexatriene-5-one monomer by low-temperature atmospheric pressure ionization mass spectrometry. Rapid Communications in Mass Spectrometry. 12, 931-934 (1998).
- Wang, C. H., et al. Detection of a thermally unstable intermediate in the Wittig reaction using low-temperature liquid secondary ion and atmospheric pressure ionization mass spectrometry. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 9, 1168-1174 (1998).
- Eelman, M. D., Blacquiere, J. M., Moriarty, M. M., Fogg, D. E. Shining new light on an old problem: Retooling MALDI mass spectrometry for organotransition-metal catalysis. Angewandte Chemie-International Edition. 47, 303-306 (2008).
- Linden, H. B. Liquid injection field desorption ionization: a new tool for soft ionization of samples including air-sensitive catalysts and non-polar hydrocarbons. Eur. J. Mass Spectrom. 10, 459-468 (2004).
- Gross, J. H., et al. Liquid injection field desorption/ionization of reactive transition metal complexes. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 386, 52-58 (2006).
- Peterson, L. Mass Spectrometer All-Glass Heated Inlet. Analytical Chemistry. 34, 1850-1851 (1962).
- Stafford, C., Morgan, T. D., Brunfeldt, R. J. A mass spectrometer all-glass heated inlet. International Journal of Mass Spectrometry and Ion Physics. 1, 87-92 (1968).
- Hayes, S. A., Berger, R. J. F., Mitzel, N. W., Bader, J., Hoge, B. Chlorobis(pentafluoroethyl)phosphane: Improved Synthesis and Molecular Structure in the Gas Phase. Chemistry-a European Journal. 17, 3968-3976 (2011).
- Zakharov, A. V., et al. Functionalized Bis(pentafluoroethyl)phosphanes: Improved Syntheses and Molecular Structures in the Gas Phase. European Journal of Inorganic Chemistry. , 3392-3404 (2013).
