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

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.

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist die Erfassung der Elektronenstoßionisation, d. h. der Massenspektren flüchtiger anorganischer Verbindungen, die anfällig für Oxidation oder Hydrolyse sind. Dies wird erreicht, indem die Probe zunächst unter inerten Bedingungen mit einer Slink-Leitung in ein speziell angefertigtes, verschließbares Reagenzglas mit Flansch überführt wird. Der zweite Schritt besteht darin, das Kalteinlasssystem an das Massenspektrometer anzuschließen und das mit der Probe gefüllte Reagenzglas mit Verschluss an diesem Einlasssystem zu befestigen.

Als nächstes wird das Kalteinlaufsystem evakuiert und im letzten Schritt die Verbindung zur Eisenquelle des Massenspektrometers geöffnet. Die Probe wird vorsichtig in das Massenspektrometer geleitet, indem das Nadelventil des Kalteinlasssystems geöffnet wird, und es wird ein Massenspektrum aufgezeichnet. Letztlich wird die Massenspektrometrie eingesetzt, um das Molekülion einer Substanz zu bestimmen und ihre Struktur anhand der Fragmentionen zu bestätigen.

Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber den bestehenden Methoden, wie z.B. easy und Maori unter innu-Bedingungen, Cold Spray und Lefty, besteht darin, dass man sehr flüchtige und empfindliche Verbindungen mittels Massenspektrometrie analysieren kann. Das Verfahren der Probenvorbereitung wird von Marcus Mann, einem Doktoranden der Abteilung für anorganische Chemie von Professor Hogan, demonstriert. Evakuieren Sie zunächst ein abschließbares Reagenzglas, das zuvor an einer Schlink-Leitung mit mehreren Verteilern befestigt war, und entfernen Sie das Restwasser durch Erhitzen mit einer Heißluftpistole.

Sobald das Reagenzglas aufgerufen ist, biegen Sie es mit trockenen Argonnen, evakuieren Sie es dann wieder unter Erhitzen nach dem Evakuieren des Reagenzglases und tauchen Sie es in eine mit flüssigem Stickstoff gefüllte Kältefalle. Kondensieren Sie eine kleine Menge der Probe aus einem Probenbehälter, der zuvor an einem Verteiler der Schleck Leitung befestigt war, in das Reagenzglas. Schließen Sie anschließend die Verriegelung oben auf dem Reagenzglas sowie den Verteiler und entfernen Sie das Reagenzglas aus dem Stickstoffbad, bevor Sie die Probenmessung durchführen.

Stimmen und kalibrieren Sie das Massenspektrometer gemäß den Anweisungen des Herstellers Ihres Massenspektrometers. Entfernen Sie als nächstes die Schubstange des direkten Einlasses von der Eisenquelle und installieren Sie die äußere Schnittstelle für das Reagenzglas, um ein Erhitzen der Schubstangenspitze zu verhindern, stellen Sie die Einlassmethode in der Steuerungssoftware des Massenspektrometers auf Septum ein. Verbinden Sie den Flansch des mit der Probe gefüllten abschließbaren Reagenzglases mit der äußeren Grenzfläche.

Öffnen Sie dann das Nadelventil der äußeren Schnittstelle und evakuieren Sie den Einlass nach der Evakuierung. Öffnen Sie vorsichtig den Kugelhahn zur Ionenquelle, um die Evakuierung abzuschließen. Schließen Sie das Nadelventil an der äußeren Grenzfläche. Starten Sie eine Massenmessung in der Software des Massenspektrometers bei geschlossenem Nadelventil.

Öffnen Sie den Teflonhahn des Reagenzglases sehr kurz, so dass Gasphasenmoleküle des Analyten in den äußeren Teil der Grenzfläche eindringen können. Öffnen Sie nach dem Schließen des Teflonhahns vorsichtig das Nadelventil, während Sie das Vakuummeter der Ionenquelle beobachten, damit die Analytmoleküle in die Ionenquelle des Massenspektrometers gelangen können. Sobald das Nadelventil der äußeren Grenzfläche geschlossen ist, schließen Sie den Kugelhahn zur Ionenquelle.

Stoppen Sie dann die Erfassung von Massenspektren in der Software. Evakuieren Sie das Einlasssystem, während das Nadelventil geöffnet ist. Entlüften Sie die Schnittstelle vollständig, während der Kugelhahn und das Nadelventil geschlossen sind.

Sobald die Grenzfläche evakuiert wurde, öffnen Sie erneut das Nadelventil, um den verbleibenden Probendampf in der Grenzfläche zu entfernen. Nachdem Sie den vorherigen Schritt mindestens dreimal wiederholt haben, entfernen Sie das abschließbare Reagenzglas von der Schnittstelle. Wenn keine zusätzliche Analyse mit anderen Proben durchgeführt wird, entfernen Sie die äußere Grenzfläche vom Flansch der Ionenquelle und ersetzen Sie sie durch die Schubstange.

Hier wird ein Elektronenstoßionisationsmassenspektrum von Tris, Triormethylphosphat vorgestellt. Das Signal des Molekülions kann beobachtet werden und auch die Fragmentionen können dem analysierten Phosphat zugeordnet werden. Die vorgestellte Grenzfläche ermöglicht die einfache Messung von Massenspektren für Verbindungen wie Tris, Trior und Methylphosphat, das sich bei Kontakt mit Luft schnell zersetzt.

Die Bedienung der neuartigen Schnittstelle ist einfach und schnell und stellt kein Hindernis beim Betrieb des Massenspektrometers mit dem routinemäßig angewandten Direkteinlass dar. Mit der Schubstange Einmal beherrscht, können Massenspektren von sehr flüchtigen und empfindlichen Verbindungen in wenigen Minuten erfasst werden, wenn das Verfahren ordnungsgemäß durchgeführt wird.