Analyse flüchtiger und oxidationsempfindlichen Verbindungen mit einem kalten Einlasssystem und Elektronenstoß-Massenspektrometrie

Zusammenfassung

Dieses Video stellt ein Protokoll für die massenspektrometrische Analyse von flüchtigen und oxidationsempfindlichen Verbindungen mit Elektronenstoß-Ionisation. Das vorgestellte Verfahren ist insbesondere von Interesse für anorganische Chemie, die Arbeit mit Metallorganylen, Silane oder Phosphane, die mit inerten Bedingungen, wie der Schlenk-Technik behandelt werden müssen.

Zusammenfassung

Dieses Video stellt ein Protokoll für die massenspektrometrische Analyse von flüchtigen und oxidationsempfindlichen Verbindungen mit Elektronenstoß-Ionisation. Die Analyse der flüchtigen und oxidationsempfindlichen Verbindungen, die durch Massenspektrometrie nicht leicht erreicht, da alle Stand der Technik massenspektrometrischen Verfahren erfordern mindestens einen Probenvorbereitungsschritt, beispielsweise die Auflösung und Verdünnung des Analyten (Elektrospray-Ionisation), CO -crystallization des Analyten mit einer Matrixverbindung (Matrix-Assisted Laser Desorption / Ionisation), oder die Übertragung der hergestellten Proben in die Ionisationsquelle des Massenspektrometers, die unter atmosphärischen Bedingungen durchgeführt werden. Hier ist die Verwendung eines Probeneinlasssystem beschrieben, das die Analyse von flüchtigen Metallorganyle, Silane und Phosphane mit einem Sektorfeld-Massenspektrometer mit Elektronenstoß-Ionisation Quelle ausgestattet ermöglicht. Alle Schritte der Probenvorbereitung und der Probeneinführung in die Ionenquelle desMassenspektrometer finden entweder unter luftfreien Bedingungen oder im Vakuum, so dass die Analyse der Verbindungen sehr anfällig für Oxidation. Das vorgestellte Verfahren ist insbesondere von Interesse für anorganische Chemie, die Arbeit mit Metallorganylen, Silane oder Phosphane, die mit inerten Bedingungen, wie der Schlenk-Technik behandelt werden müssen. Das Arbeitsprinzip ist in diesem Video dargestellt.

Einleitung

Die Analyse der Verbindungen, wie Metallorganyle, Silane oder Phosphane durch Massenspektrometrie nicht immer möglich ist. Mehrere dieser Verbindungen sind bekannt, um schnell in Kontakt mit der Luft zersetzen sich. Daher sind die wichtigsten Schritte beim Messen Massenspektren der Probenvorbereitung, die Übertragung des Analyten in das Massenspektrometer und Ionenerzeugung in Abwesenheit von Luft. In diesem Protokoll beschreiben wir eine Strategie, um diese Anforderungen zu erfüllen und stellen ein Einlasssystem, das es ermöglicht, Massenspektren von flüchtigen Verbindungen, die zuvor nicht durch Massenspektrometrie analysiert werden, zu erhalten, ist wegen ihrer schwierigen Handhabung und schnelle Zersetzung unter Umgebungsbedingungen. Dadurch eindeutige Identifizierung neuer oder vorhandener flüchtiger Metallorganyle, Silane und Phosphane, anfällig für Oxidation oder Hydrolyse, können nun mit Hilfe der Massenspektrometrie durchgeführt werden. Es gibt zwei Anforderungen, die zur Herstellung von Verbindungen zu analysieren erfüllt sein müssen, welchesind anfällig für Oxidation oder Hydrolyse: Probenvorbereitung und Ionenerzeugung unter inerten Bedingungen. Die letzte Voraussetzung kann leicht mit einem Massenspektrometer mit einer Ionenquelle, die unter Vakuum eingehalten werden. Dies ist der Fall bei den meisten Matrix-unterstützte Laser-Desorptions / Ionisations (MALDI)-Massenspektrometer und mit allen Elektronenstoßionisation (EI)-Massenspektrometer ^1,2. Elektrospray-Ionisation (ESI) ist nicht gut verträglich für die Analyse von Verbindungen anfällig für Oxidation oder Hydrolyse, da die Ionisation unter Umgebungsbedingungen ³ erfolgt. Jedoch für einige Verbindungen, die nicht heftig mit Sauerstoff oder Wasser, Trocknen und Zerstäubungsgas mit denen die meisten ESI Quellen betrieben werden reagieren genügt für die Analyse durch Massenspektrometrie ^4. Dies ist auch der Fall für die Ionisation Strategien ähnlich ESI, zB Niedertemperatur-ESI, Tieftemperatur-Luftdruck Ionisierung und Niedertemperatur-Flüssigsekundärionen-Massen spectrtrie ^5-7. Im Gegensatz dazu ist die Probenvorbereitung und die Übertragung in die Ionenquelle unter inerten Bedingungen viel schwieriger. MALDI und ESI Instrumente mit Handschuhkästen, um die Probenvorbereitung von Verbindungen anfällig für Oxidation und / oder Hydrolyse in einer inerten Atmosphäre ^4,8 aktivieren gekoppelt. Das Massenspektrometer ist mit dem Handschuhkasten entweder mit einer Übertragungs Kapillare (ESI) oder direkt an dem Handschuhkasten (MALDI) befestigt angeschlossen. Die Kopplung von einem Handschuhkasten mit einem Massenspektrometer über eine Transfer Kapillare wäre auch möglich, unter Verwendung einer anderen Strategie Ionisation - Flüssigkeitseinspritz Feld-Desorption / Ionisation (LIFDI) - bei dem die Analyse von empfindlichen Verbindungen wurde ^9,10 berichtet.

Zusätzlich MALDI und LIFDI sind nicht geeignet für die Analyse von leichtflüchtigen Verbindungen. MALDI erfordert die Cokristallisation des Analyten mit einer Matrix und LIFDI erfordert das Aufbringen des Analyten auf eine EMItter aus einer Lösung. Bei beiden Strategien Ionisation ist es sehr wahrscheinlich, dass der Analyt mit dem Lösungsmittel verdampfen entlang. Im Gegensatz zu MALDI Instrumenten EI Massenspektrometer bieten in der Regel mehrere Verfahren zum Einführen der Probe in die Ionenquelle: den direkten Einlaßsonde (kleine Mengen an Feststoffen, Ölen oder Wachsen werden in einen Aluminiumtiegel, der mit einer Schubstange eingeführt ist, abgeschieden) ein Septum Einlaß (für Flüssigkeiten) oder Kupplung mit einem Gaschromatographen. Wiederum wird wenigstens ein Teil des Probentransfer unter Umgebungsbedingungen stattfindet, und ist schwierig, unter einer inerten Atmosphäre durchzuführen.

In den 1960er Jahren wurde ein Probeneinlasssystem vorgestellt, die die Einführung von Proben unter Vakuum in die Ionenquelle eines EI-Instrument ermöglicht - der Ganzglas erhitzt Einlasssystem (AGHIS) ^11,12. Hier wurde die Probe in einem verschlossenen Glasstück Kapillare, die in die AGHIS eingefügt wurde entfernt. Anschließend wird die AGHIS wurde evakuiertund der Glasbehälter mit der Probe gebrochen war. Die AGHIS wurde dann erhitzt, um die Probe, die die Ionenquelle eines Massenspektrometers EI mittels einer Leck erreicht verdampfen. Wenn die Glaskapillare mit der Probe wurde in einem Handschuhkasten hergestellt, kann die Probe in das Massenspektrometer ohne Kontakt zur Luft eingebracht werden. Jedoch ist die AGHIS eine Vorrichtung, die nicht im Handel erhältlich und schwierig selbst für einen Fachglasbläser Werkstatt zusammenzubauen ist. Aufgrund der großen Abmessungen Umschalten zwischen Direkt-Einlass mit einer Schubstange und AGHIS ist nicht geradlinig.

In unserem Massenspektrometrie-Labor, eine ähnliche Einlasssystem im Stil des AGHIS entwickelt. Da es nicht möglich ist, die Einlasssystem zu erwärmen, hat jedoch den Analyten, um eine gewisse Flüchtigkeit, um die Ionenquelle des Massenspektrometers zu geben aufweisen. Die Flüchtigkeit des Analyten muss ausreichend sein, um für die Übertragung der Verbindung unter Vakuum bei flüssigem Stickstoff te ermöglichenmperatur - entweder durch Kochen oder Sublimation. Maßgeschneiderte Einlaßsystem besteht aus einer Platte aus rostfreiem Stahl, die bei der direkten Einlaßsystem, ein Rohr aus rostfreiem Stahl mit einem Nadelventil und einem Flansch angeordnet ist, an dem ein verschließbarer Reagenzglas mit der Probe angebracht werden kann. Die Installation der kalten Einlasssystem erfordert keine Änderungen an dem Massenspektrometer (Autospec X, Vakuumerzeuger, jetzt Waters Corp, Manchester, UK) - Wechsel zwischen kalten Einlasssystem und Direkteinlass mit einer Schubstange kann leicht innerhalb von Sekunden durchgeführt werden.

Die vorgestellte Einlasssystem ist von besonderem Nutzen, wenn Metallorganyle, Silane oder Phosphane anfällig für Oxidation oder Hydrolyse, analysiert werden. Diese Verbindungen werden gewöhnlich unter Verwendung magnetischer Kernresonanz (NMR)-Spektroskopie oder Infrarot-(IR)-Spektroskopie analysiert. Leider sind diese Methoden erlauben nicht immer eine eindeutige Identifizierung einer Verbindung, weil sie incomplet ergebene Informationen, beispielsweise, wenn Elemente, wie Chlor oder Brom sind Teil des Moleküls. Gas-Elektronenbeugung auf der anderen Seite ist in der Lage, detaillierte Informationen über den Analyten liefern, jedoch ist das Verfahren sehr zeitaufwendig ist die Probenvorbereitung schwierig, und nur wenige Gruppen in der Lage, diese Analyse durchzuführen sind ^13,14. Hier ist von großem Nutzen für die (an) organische Chemiker ermöglicht die eindeutige Identifizierung von neuen Verbindungen der kalten Einlasssystem für die Analyse von Metallorganyle, Silane, oder Phosphane, anfällig für Oxidation oder Hydrolyse von EI-Massenspektrometrie, indem sie ihnen Informationen über die Masse eines Moleküls und der charakteristischen Fragmentionen. Die einzige Voraussetzung für die Messung der Massenspektren für eine Substanz eine gewisse Flüchtigkeit bei vermindertem Druck.

Protokoll

1. Probenvorbereitung

1. Verwenden Sie maßgeschneiderte abschließbar Reagenzgläser mit einem Flansch (Abbildung 1) für den Transport und die Übertragung der Proben in das Massenspektrometer. Vor dem Befüllen mit Probe, evakuieren die abschließbare Reagenzgläser auf ein Vielfaches vielfältigen Schlenk Leitung angeschlossen und entfernen Restwasser durch Erhitzen mit einer Heißluftpistole. Entlüften Sie das Reagenzglas mit trockenem Argon und räumen wieder, während Heizung.
2. Tauchen Sie den abschließbaren Reagenzglas in eine Kühlfalle mit flüssigem Stickstoff gefüllt (ACHTUNG: Seien Sie vorsichtig beim Arbeiten mit flüssigem Stickstoff). Kondensieren die Probe in das Teströhrchen aus einem Probenbehälter mit einem Verteiler des Schlenk-Leitung angeschlossen, schließen Sie die Verriegelung an der Oberseite des Reagenzglas als auch die vielfältigen und entfernen Sie die gesperrt Reagenzglas aus dem Stickstoff-Bad. Massenspektrometrie sehr empfindlich ist, ist eine kleine Menge ausreicht. Die meisten der Analyt in der abschließbaren Teströhrchen während der Analyse verbleiben und für weitere Experimente verfügbarnach der Messung.

Abbildung 1. Abschließbare Reagenzglas für die Übertragung von Proben verwendet. A) Flansch für die Befestigung an der kalten Einlasssystem, (B) Teflonhahn der Reagenzglas um den Transport von einer Verbindung unter luftfreien Bedingungen, (C ermöglichen) Schraube, um die Teflonhahn bedienen.

2. Messung von Massenspektren

1. Vor der Messung Melodie probieren und Kalibrierung des Massenspektrometers nach den vom Hersteller Ihres Massenspektrometer (hier mitgelieferten Anleitung, ein Autospec X (Vakuumerzeuger, jetzt Waters Corp, Manchester, UK) verwendet. Verwenden perflourokerosene (PFK) als Standard und stimmen das Massenspektrometer mit einer Auflösung von ca. 2.800 m / z 119, 10% Tal-Definition). Entfernen Sie die DruckStange des direkten Einlass von der Ionenquelle und Installieren der äußeren Schnittstelle für das Testrohr (2). Zu einer Erwärmung der Druckstange Spitze zu verhindern, stellen Sie den Eingang Methode, um "Septum" in der Steuerungssoftware des Massenspektrometers.
2. Verbinden des Flansches des verriegelbaren Reagenzglas mit der Probe auf die äußere Grenzfläche gefüllt. Öffnen des Nadelventils von der Außenoberfläche und evakuieren Einlass. Nach der Evakuierung, sorgfältig den Kugelhahn zu öffnen, um die Ionenquelle, um die Evakuierung Schritt abzuschließen. Schließen des Nadelventils von der äußeren Oberfläche. ACHTUNG: Die Teflonhahn des Teströhrchens, um in diesem Schritt beendet werden.
3. Starten Sie eine Massenmessung in der Software des Massenspektrometers. Mit geschlossenen Nadelventil, öffnen Sie die Teflon-Hahn des Reagenzglas sehr kurz, so dass der Gasphase Moleküle des Analyten an den äußeren Teil der Schnittstelle eingeben. Schließen Sie die Teflonhahn wieder.
   HINWEIS: Der äußere Teil der Schnittstelle mit dem Raum zwischen dem Teflonvom Fass und dem Flansch des abschließbar Reagenzglas (vergleiche Abbildungen 1 und 2B) dient als Gasspeicher Analyten während der Analyse.
4. Das Nadelventil vorsichtig zu öffnen, während die Beobachtung der Vakuum-Messgerät der Ionenquelle. Dieser Schritt ermöglicht Analytmoleküle an die Ionenquelle des Massenspektrometers ein. Das Vakuum sollte während der Messung nicht unter 10 ^-5 mbar fallen.
   HINWEIS: Je nach der Volatilität des Analyten Massenspektren von guter Qualität werden auf etwa 10 ^-6 mbar. Das Massenspektrum der Probe wird jetzt aufgezeichnet. Üblicherweise wird die Probenmenge leckt in das Instrument durch das Nadelventil aus, um Massenspektren für mehrere Minuten aufzeichnen. Falls die Intensität der Ionen abnimmt, Öffnen des Nadelventils ein wenig mehr ermöglicht eine Erfassungszeit. Wenn die Qualität der Massenspektren bei 70 eV aufgezeichnet ist nicht zufriedenstellend, können Massenspektren mit geringer kinetischer Energie der aufzuzeichnendenElektronen, beispielsweise 20 eV.

Abbildung 2. Kalteinlasssystem mit leeren verschließbaren Reagenzglas in die Ionenquelle eines VG Autospec X. A montiert) Abschließbare Reagenzglas, (B) Flanschverbindung zwischen Reagenzglas eine kalte Einlasssystem, (C) Nadelventil, (D) Edelstahlplatte mit Dichtung als Verbindung zu der Ionenquelle, (E)-Schnittstelle des Direkteinlaß ist das keramische Spitze der Schubstange sichtbar.

3. Nach der Messung

1. Schließen des Nadelventils von der äußeren Oberfläche. Schließen Sie den Kugelhahn in die Ionenquelle. Stoppen Sie die Aufnahme von Massenspektren in der Software.
2. Evakuieren Sie den Einlasssystem beim Öffnen des Nadelventils vollständig. Entlüften Sie die Schnittstelle, während BallVentil und das Nadelventil geschlossen sind. Räumen die Schnittstelle wieder, das Nadelventil öffnen bei diesem Schritt um Restprobendampf in der Oberfläche entfernen. Wiederholen Sie diesen Schritt mindestens 3x.
3. Entfernen Sie die abschließbare Reagenzglas aus der Schnittstelle. Weiter mit der nächsten Probe oder entfernen Sie die äußere Schnittstelle vom Flansch der Ionenquelle und ersetzen Sie es mit der Schubstange.

Ergebnisse

EI-Massenspektrum von Tris (trifluormethyl) phosphan wird in Abbildung 3, wird eine Verbindung, die schnell zerfällt präsentiert sich im Kontakt mit Luft (4). Die vorgestellte Schnittstelle erlaubt die gerade nach vorne Messung von Massenspektren für diese Verbindungen. Der Betrieb der neuen Schnittstelle ist einfach und schnell und stellt kein Hindernis bei der Bedienung des Massenspektrometers mit der routinemäßig angewendet Direkteinlass mit der Schubstange.

Diskussion

Der Erwerb von Massenspektren von Verbindungen, die unter Standard-Probenvorbereitungsverfahren zersetzen wird in diesem Protokoll vorgestellt. Das vorgestellte Verfahren ist für die Analyse von Metallorganylen, Silane und Phosphane, die sehr anfällig gegenüber Oxidation und / oder Hydrolyse sind entworfen, so dass es insbesondere für anorganische Chemiker interessant. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, müssen Vakuum-bzw. luftfreien Bedingungen, um in der gesamten Analyse konserviert werden. Daher sollte das Protokoll ...

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
VG Autospec X	Micromass Co. UK Ltd (jetzt Waters)		Andere EI-Massenspektrometer mit direktem Einlass über eine Schubstange sollten ebenfalls mit dieser Technik kompatibel sein
Abschließbare Reagenzgläser mit Flansch			Zum Verriegeln des Reagenzglases sollte ein speziell angefertigter Teflonhahn verwendet werden
Schnittstelle für abschließbare Reagenzgläser			Sonderanfertigung, Schnittstelle ist aus Edelstahl gefertigt. Das Nadelventil muss in das Interface-Design integriert werden!
Schlenk-Linie			Sonderanfertigung, muss eine Vakuumpumpe zum Evakuieren der wichtigsten Röhrchen und eine Kühlfalle mit flüssigem Stickstoff zum Auffangen der Probe enthalten