Analyse flüchtiger und oxidationsempfindlichen Verbindungen mit einem kalten Einlasssystem und Elektronenstoß-Massenspektrometrie
September 5th, 2014
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.
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Übersicht
Dieses Video präsentiert ein Protokoll für die massenspektrometrische Analyse flüchtiger anorganischer Verbindungen, die oxidations- oder hydrolyseempfindlich sind. Die Technik ist besonders relevant für anorganische Chemiker, die mit Metallorganylen, Silanen oder Phosphanen unter inerten Bedingungen arbeiten.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Anorganische Chemie
- Massenspektrometrie
- Analytische Techniken
Hintergrund
- Massenspektrometrie ist unerlässlich für die Analyse flüchtiger Verbindungen.
- Elektronenstoßionisation ist eine Schlüsselmethode zur Gewinnung von Massenspektren.
- Der Umgang mit empfindlichen Verbindungen erfordert inerte Bedingungen.
- Die Schlenk-Technik wird häufig in diesen Szenarien verwendet.
Zweck der Studie
- Erwerb von Massenspektren flüchtiger anorganischer Verbindungen.
- Bestätigung der Struktur von Substanzen mittels Fragmentionen.
- Demonstration des Verfahrens zur Übertragung von Proben unter inerten Bedingungen.
Verwendete Methoden
- Übertragung der Probe in ein verriegelbares Reagenzglas unter inerten Bedingungen.
- Anbringen eines kalten Einlasssystems am Massenspektrometer.
- Evakuierung des kalten Einlasssystems vor der Probeneinführung.
- Aufnahme von Massenspektren durch vorsichtiges Einleiten der Probe in das Massenspektrometer.
Hauptergebnisse
- Erfolgreiche Gewinnung von Massenspektren für flüchtige anorganische Verbindungen.
- Bestätigung von Molekülionen und strukturelle Analyse mittels Fragmentionen.
- Demonstration der Effektivität des kalten Einlasssystems.
- Validierung des Protokolls für den Umgang mit oxidationsempfindlichen Verbindungen.
Schlussfolgerungen
- Das Protokoll ermöglicht effektiv die Analyse empfindlicher anorganischer Verbindungen.
- Elektronenstoßionisation ist eine zuverlässige Methode für die Massenspektrometrie.
- Inerte Bedingungen sind entscheidend für genaue Ergebnisse bei dieser Art der Analyse.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
This protocol enables direct mass spectrometric analysis of volatile, oxidation-sensitive inorganic compounds under inert conditions, eliminating sample preparation steps that cause degradation. It supports early-stage target validation by providing structural confirmation of reactive intermediates and organometallic species used in mechanistic studies. The method enhances predictive confidence in discovery workflows where compound stability under ambient conditions limits analytical accessibility.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables structural verification of volatile metal organyls, silanes, and phosphanes that decompose upon air exposure.
- Operational Value: Allows analysis under inert conditions without derivatization or solvent-based preparation.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Provides reproducible electron impact mass spectra for compound identification in library screening.
- Operational Value: Facilitates rapid sample introduction via cold inlet system after inert transfer.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports mechanistic de-risking by confirming structures of reactive intermediates in pathway elucidation.
- Operational Value: Enables continuity from synthesis to analysis without compound degradation.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within early discovery workflows where labile synthetic intermediates require immediate structural confirmation before further derivatization or biological testing.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by verifying the identity of synthesized organometallic probes.
- Screening: Enables assay-ready compound validation through direct mass spectral matching.
- Analytics: Delivers molecular ion and fragment ion data for structural elucidation.
- Translational Research: Connects synthetic output to preclinical evaluation by ensuring compound integrity.
- Enterprise Reuse: Represents a reusable platform for analyzing any air-sensitive volatile compound across projects.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases confidence in target engagement studies by confirming the structure of administered species.
- Operational Value: Reduces sample loss and variability by avoiding solvent transfer and evaporation steps.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by eliminating false negatives from compound degradation.
- Portfolio Impact: Enables risk-advanced prioritization of synthetic routes yielding stable intermediates.
Implementation Considerations
- Expertise in Schlenk-line techniques and inert atmosphere handling.
- Access to a sector field mass spectrometer with electron impact ionization and cold inlet compatibility.
- Standardized protocols for sample transfer, evacuation, and leak-controlled introduction.
- Adaptation considerations for varying vapor pressures and thermal stabilities of analytes.
- Practical limitation: Best suited for volatile compounds with sufficient vapor pressure for controlled leakage into the ion source.
