L'analyse des composés volatils et sensibles oxydation en utilisant un système à froid d'entrée et impact électronique spectrométrie de masse

Summary

Cette vidéo présente un protocole pour l'analyse par spectrométrie de masse des composés sensibles à l'oxydation et à l'aide volatils ionisation par impact électronique. La technique présentée est particulièrement intéressant pour les chimistes inorganiques, en collaboration avec organyles métalliques, des silanes, des phosphines ou qui doivent être manipulés dans des conditions inertes, tels que la technique de Schlenk.

Abstract

Cette vidéo présente un protocole pour l'analyse par spectrométrie de masse des composés sensibles à l'oxydation et à l'aide volatils ionisation par impact électronique. L'analyse des composés volatils et sensibles à l'oxydation par spectrométrie de masse n'est pas facile à réaliser, comme toutes les méthodes de spectrométrie de masse sur l'état de l'art ont besoin d'au moins une étape de préparation de l'échantillon, par exemple, la dissolution et la dilution de l'analyte (ionisation électrospray), co -crystallization de l'analyte avec un composé de matrice (matrix-assisted laser désorption / ionisation), ou le transfert des échantillons préparés dans la source du spectromètre de masse à ionisation, pour être conduite dans des conditions atmosphériques. Ici, l'utilisation d'un système d'entrée d'échantillon est décrit, qui permet l'analyse des organyles métalliques volatils, des silanes, et des phosphanes en utilisant un spectromètre de masse à champ secteur équipé d'une source d'ionisation par impact d'électrons. Toutes les étapes de préparation des échantillons et l'introduction de l'échantillon dans la source d'ions de l'Spectromètre de masse ont lieu soit dans des conditions sans air ou sous vide, ce qui permet l'analyse de composés très sensibles à l'oxydation. La technique présentée est particulièrement intéressant pour les chimistes inorganiques, en collaboration avec organyles métalliques, des silanes, des phosphines, ou qui doivent être manipulés dans des conditions inertes, tels que la technique de Schlenk. Le principe de fonctionnement est présenté dans cette vidéo.

Introduction

L'analyse des composés, tels que organyles métalliques, des silanes, des phosphines ou par spectrométrie de masse n'est pas toujours réalisable. Plusieurs de ces composés sont connus pour se décomposer rapidement au contact de l'air. Par conséquent, les mesures les plus cruciaux lors de la mesure des spectres de masse sont la préparation des échantillons, le transfert de l'analyte dans le spectromètre de masse et la génération d'ions en l'absence d'air. Dans ce protocole, on décrit une stratégie pour répondre à ces exigences et de présenter un système d'admission, ce qui permet d'obtenir des spectres de masse des composés volatils précédemment ne doivent pas être analysés par spectrométrie de masse à cause de leur manutention difficile et décomposition rapide dans des conditions ambiantes. De ce fait, l'identification sans équivoque de nouveau ou organyles métalliques volatils existants, des silanes et des phosphanes, sensibles à l'oxydation ou à l'hydrolyse, peut maintenant être effectuée à l'aide de la spectrométrie de masse. Il ya deux conditions qui doivent être remplies afin d'analyser les composés quisont sensibles à l'oxydation ou à l'hydrolyse: préparation de l'échantillon et la génération d'ions dans des conditions inertes. Le dernier principe peut être aisément satisfaite en utilisant un spectromètre de masse avec une source d'ions fonctionnant sous vide. C'est le cas avec la plupart assistée par matrice-laser-désorption / ionisation (MALDI) spectromètres de masse et avec tous ionisation par impact électronique (EI) spectromètres de masse ^1,2. Ionisation électrospray (ESI) est difficilement compatible pour l'analyse des composés sensibles à l'oxydation ou hydrolyse, comme le processus d'ionisation a lieu dans des conditions ambiantes ^3. Cependant, pour certains composés qui réagissent pas vigoureusement avec de l'oxygène ou de l'eau, le séchage et le gaz de nébulisation avec la plupart des sources qui fonctionnent ESI est suffisante pour l'analyse par spectrométrie de masse ^4. C'est également le cas pour des stratégies similaires à ionisation ESI, par exemple, à basse température ESI, à basse température ionisation à pression atmosphérique et à basse température ion secondaire de masse liquide spectrometry ^7.5. Au contraire, la préparation des échantillons et le transfert dans la source d'ions dans des conditions inertes est beaucoup plus difficile. Les deux instruments MALDI et ESI ont été couplés à des boîtes à gants, afin de permettre la préparation de composés sensibles à l'oxydation et / ou hydrolyse, dans une atmosphère inerte ^4,8 échantillon. Le spectromètre de masse est relié à la boîte à gants, soit avec un capillaire de transfert (ESI) ou directement fixé à la boîte à gants (MALDI). Le couplage d'une boîte à gants à un spectromètre de masse par l'intermédiaire d'un capillaire de transfert serait également possible d'utiliser une autre stratégie d'ionisation - désorption de champ liquide d'injection / ionisation (LIFDI) - avec lequel l'analyse de composés sensibles a été rapporté ^9,10.

En outre, MALDI et LIFDI ne sont pas adaptés pour l'analyse des composés très volatils. MALDI nécessite la co-cristallisation de la substance à analyser avec une matrice et LIFDI nécessite le dépôt de la substance à analyser sur une emitter à partir d'une solution. Dans les deux stratégies d'ionisation, il est très probable que l'analyte s'évapore avec le solvant. Contrairement aux instruments MALDI, des spectromètres de masse AE offrent généralement plusieurs procédés pour introduire l'échantillon dans la source d'ions: la sonde d'entrée directe (de petites quantités de solides, huiles ou cires sont déposés dans un creuset en aluminium, qui est introduit à l'aide d'une tige de poussée) , une entrée de septum (pour les liquides), ou le couplage avec un chromatographe en phase gazeuse. Encore une fois, au moins une partie du transfert de l'échantillon a lieu dans des conditions ambiantes et est difficile à effectuer, sous atmosphère inerte.

Dans les années 1960, un système d'entrée d'échantillon a été présenté, qui permet l'introduction d'échantillons sous vide dans la source d'un instrument d'assurance-emploi d'ions - le système d'entrée tout en verre chauffé (AGHIS) ^11,12. Ici, l'échantillon a été placé à l'intérieur d'une pièce étanche de tube capillaire en verre, qui a été inséré dans le AGHIS. Par la suite, le AGHIS a été évacuéet le récipient en verre avec l'échantillon a été cassé. Le AGHIS a ensuite été chauffé pour évaporer l'échantillon qui a atteint la source d'un spectromètre de masse d'ions EI à l'aide d'une fuite. Quand le tube capillaire en verre avec l'échantillon a été préparé dans une boîte à gants, l'échantillon peut être introduit dans le spectromètre de masse sans aucun contact avec l'air. Cependant, la AGHIS est un appareil qui n'est pas disponible dans le commerce et difficile à assembler, même pour un atelier de souffleur de verre qualifiés. En raison des grandes dimensions de commutation entre l'entrée directe à l'aide d'une tige de poussée et AGHIS n'est pas simple.

Dans notre laboratoire de spectrométrie de masse, nous avons développé un système d'entrée similaire dans le style de la AGHIS. Cependant, comme il n'est pas possible de chauffer le système d'admission, l'analyte doit présenter un certain volatilité afin de saisir la source du spectromètre de masse d'ions. La volatilité de la substance à analyser doit être suffisante, pour permettre le transfert du composé sous vide à l'azote liquide de température - soit par l'ébullition ou sublimation. Le système d'alimentation-mesure consiste en une plaque d'acier inoxydable, qui est positionné au niveau du système directe entrée, un tube en acier inoxydable avec une soupape à pointeau, et une bride, à laquelle un tube à essai verrouillable contenant l'échantillon peut être attaché. L'installation du système d'admission à froid requiert aucune modification au spectromètre de masse (Autospec X, Générateurs d'air, maintenant Waters Corp, Manchester, Royaume-Uni) - passage entre le système d'entrée froide et l'entrée directe à l'aide d'une tige de poussée peut être effectuée facilement en quelques secondes.

Le système présenté est entrée d'une utilité particulière lorsque organyles métalliques, des silanes, des phosphines, ou sensibles à l'oxydation ou à l'hydrolyse, il convient d'analyser. Ces composés sont généralement analysés en utilisant la résonance magnétique (RMN) ou nucléaire (IR) infrarouge. Malheureusement, ces méthodes permettent pas toujours d'identifier sans ambiguïté un composé parce qu'ils produisent incomplete informations, par exemple, lorsque les éléments tels que le chlore ou le brome, font partie de la molécule. diffraction d'électrons du gaz d'autre part est en mesure de fournir des informations détaillées sur l'analyte, cependant, la méthode est consommatrice de temps très, préparation de l'échantillon est difficile, et seuls quelques groupes sont en mesure d'effectuer ces analyses ^13,14. Ici, le système d'admission froid pour l'analyse des organyles métalliques, des silanes, ou phosphanes, sensibles à l'oxydation ou hydrolyse par spectrométrie de masse d'assurance-emploi est d'une grande utilité pour (en) de chimie organique permettant l'identification sans ambiguïté de nouveaux composés en leur fournissant des informations sur la masse de la molécule et des ions fragments caractéristiques. La seule condition préalable pour la mesure des spectres de masse d'une substance est d'une certaine instabilité à pression réduite.

Protocol

Préparation de l'échantillon 1

1. Utilisation des tubes à essai verrouillables sur mesure avec une bride (figure 1) pour le transport et le transfert des échantillons dans le spectromètre de masse. Avant le remplissage, avec l'échantillon, l'évacuation des tubes à essai verrouillables attachés à une ligne de Schlenk collecteur multiple et éliminer l'eau résiduelle par chauffage avec un pistolet à air chaud. Purger le tube à essai avec de l'argon sec et évacuer à nouveau, tout en chauffant.
2. Plonger le tube de test verrouillable dans un piège froid rempli d'azote liquide (ATTENTION: Soyez prudent lorsque vous travaillez avec de l'azote liquide). La condensation de l'échantillon dans le tube à essai à partir d'un conteneur d'échantillon fixé à une tubulure du tube de Schlenk, fermer le verrou sur le dessus de l'éprouvette, ainsi que le collecteur et retirer le tube d'essai enfermé dans le bain d'azote. En spectrométrie de masse est très sensible, une petite quantité est suffisante. La plupart de l'analyte restera dans le tube de test verrouillable lors de l'analyse et est disponible pour d'autres expériencesaprès la mesure.

Figure 1 tube de test verrouillable utilisé pour le transfert des échantillons. A) de la bride de fixation pour le système d'admission froid, (B) du robinet en Téflon l'éprouvette pour permettre le transport d'un composé dans des conditions sans air, (C) la vis pour faire fonctionner le robinet en Téflon.

2 Mesure de spectres de masse

1. Avant de goûter à mesure, régler et calibrer le spectromètre de masse en suivant les instructions fournies par le fabricant de votre spectromètre de masse (ici, un Autospec X (Générateur de vide, maintenant Waters Corp, Manchester, Royaume-Uni) est utilisé. Utilisez perflourokerosene (PFK) comme une norme et de régler le spectromètre de masse à une résolution d'environ 2800 m / z 119, la définition de la vallée de 10%). Retirez le poussoirtige de l'entrée directement à partir de la source d'ions et l'installation de l'interface externe de l'éprouvette (figure 2). Pour éviter un échauffement de la pointe de la tige de poussée, le procédé mis à "septum" dans le logiciel de contrôle du spectromètre de masse d'entrée.
2. Raccorder la bride du tube à essai rempli verrouillable avec l'échantillon à l'interface externe. Ouvrez la vanne à aiguille de l'interface externe et évacuer l'entrée. Après mise sous vide, ouvrir soigneusement le robinet à boisseau sphérique à la source d'ions pour effectuer l'étape d'évacuation. Fermez la vanne à aiguille de l'interface externe. ATTENTION: le robinet en Téflon du tube à essai doit être fermée à cette étape.
3. Démarrer une mesure de la masse dans le logiciel du spectromètre de masse. Avec la soupape à aiguille de fermeture, ouvrir le robinet en téflon de l'éprouvette très brièvement, permettant à des molécules en phase gazeuse de la substance à analyser à entrer dans la partie externe de l'interface. Refermer le robinet en Téflon.
   REMARQUE: La partie externe de l'interface avec l'espace entre le Teflà la pression et la bride du tube de test verrouillable (comparer les figures 1 et 2B) sert de réservoir de gaz de l'analyte lors de l'analyse.
4. Ouvrir la vanne à aiguille tout en observant le manomètre à vide de la source d'ions. Cette étape permet aux molécules d'analyte d'entrer dans la source du spectromètre de masse d'ions. Le vide ne doit pas descendre en dessous de 10 ^-5 mbar pendant la mesure.
   REMARQUE: En fonction de la volatilité des spectres de masse de l'analyte de bonne qualité sont obtenus à environ 10 ^-6 mbar. Le spectre de masse de l'échantillon est maintenant enregistré. Habituellement, la quantité de fuite de l'échantillon dans l'instrument à travers la soupape à pointeau est suffisante pour enregistrer des spectres de masse pendant plusieurs minutes. Dans le cas où l'intensité des ions diminue, l'ouverture de la soupape à pointeau d'un peu plus permet de plus le temps d'acquisition. Si la qualité de l'enregistrement des spectres de masse à 70 eV n'est pas satisfaisant, le spectre de masse peut être enregistré à l'aide des énergies cinétiques inférieures de l'les électrons, par exemple, 20 eV.

Figure 2: Système d'entrée froide à vide verrouillable tube à essai muni à l'origine d'un VG Autospec X. Un ion) du tube de test verrouillable, (B) de connexion de bride entre le tube d'essai d'un système d'admission froid, (C) du pointeau, (D) une plaque d'acier inoxydable avec étanchéité connexion à la source d'ions, (E) d'interface de l'entrée directe, la pointe en céramique de la tige de poussée est visible.

3 Après la mesure

1. Fermez la vanne à aiguille de l'interface externe. Fermer la vanne à bille de la source d'ions. Arrêtez l'acquisition de spectres de masse dans le logiciel.
2. Vider le système d'admission tout en ouvrant le robinet à pointeau complètement. Purger l'interface pendant balleet la soupape de l'aiguille sont fermés. Évacuer l'interface de nouveau, ouvrir la vanne à aiguille au cours de cette étape afin d'éliminer la vapeur d'échantillon résiduel dans l'interface. Répétez cette étape au moins 3x.
3. Retirer le tube de test verrouillable de l'interface. Continuer avec l'échantillon suivant ou supprimer l'interface externe de la bride de la source d'ions et la remplacer par la tige de poussée.

Results

Un spectre de masse EI de tris (trifluorométhyl) phosphine est présenté sur la figure 3, un composé, qui se décompose rapidement au contact de l'air (figure 4). L'interface présentée permet de mesurer avant droite de spectres de masse pour ces composés. Le fonctionnement de l'interface roman est facile et rapide et ne présente aucun obstacle lors de l'utilisation du spectromètre de masse avec l'entrée directe appliquée en routine à l'aide de la tige de poussée.

Discussion

L'acquisition de spectres de masse de composés qui se décomposent en vertu des procédures de préparation des échantillons standards est présenté dans ce protocole. La technique présentée est conçu pour l'analyse des organyles métalliques, des silanes et phosphane, qui sont très sensibles à l'oxydation et / ou hydrolyse, ce qui rend particulièrement intéressant pour les chimistes inorganiques. Afin d'obtenir des résultats optimaux, des conditions de vide ou l'air libre doivent être conservées tout au ...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
VG Autospec X	Micromass Co. UK Ltd (maintenant Waters)		D’autres spectromètres de masse EI à entrée directe à l’aide d’une tige de poussée doivent également être compatibles avec cette technique
Tubes à essai verrouillables avec bride			robinet en téflon fabriqué sur mesure doit être utilisé pour verrouiller le tube à essai
Interface pour tubes			à essai verrouillablesFabrication sur mesure, l’interface est préparée en acier inoxydable. La vanne à pointeau doit être incluse dans la conception de l’interface !
		Schlenk	sur mesure, doit inclure une pompe à vide pour l’évacuation des tubes et un piège à froid avec de l’azote liquide pour le piégeage de l’échantillon