מאמר שיטה

ניתוח של תרכובות נדיפות רגישות וחמצון באמצעות מערכת קרה מפרצון ואלקטרוני השפעה המוני ספקטרומטריית

DOI:

10.3791/51858

⸱

5 בספטמבר 2014

1Department of Chemistry, Institute of Organic Chemistry, Bielefeld University

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

וידאו זה מציג פרוטוקול לניתוח spectrometrical ההמוני של תרכובות רגישות תנודתי ושל חמצון באמצעות יינון השפעת אלקטרונים. הטכניקה המוצגת הינה בעיקר עניין לכימאים אורגניים, עבודה עם organyls מתכת, silanes, או phosphanes שצריך להיות מטופלים באמצעות תנאי אינרטי, כגון טכניקת Schlenk.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

וידאו זה מציג פרוטוקול לניתוח spectrometrical ההמוני של תרכובות רגישות תנודתי ושל חמצון באמצעות יינון השפעת אלקטרונים. הניתוח של תרכובות רגישות תנודתי וחמצון על ידי ספקטרומטריית מסה לא בקלות השיג, כמו כל שיטות ספקטרומטריה המדינה של-the-art דורשות מדגם צעד הכנה אחד לפחות, לדוגמא, פירוק ודילול של אנליטי (יינון electrospray), שיתוף -crystallization של אנליטי עם תרכובת מטריצה ​​(desorption / יינון לייזר בסיוע מטריקס), או העברה של הדגימות מוכנות למקור היינון של ספקטרומטר המסה, להתנהל תחת תנאים אטמוספריים. כאן, השימוש במערכת כניסת מדגם מתואר המאפשר הניתוח של organyls תנודתי מתכת, silanes, וphosphanes באמצעות ספקטרומטר מסת שדה מגזר מצויד במקור יינון השפעת אלקטרונים. כל צעדי הכנת מדגם והקדמת המדגם לתוך מקור היון שלספקטרומטר המסה יתקיים גם בתנאים נטולי אוויר או תחת ואקום, המאפשר הניתוח של תרכובות רגישות מאוד לחמצון. הטכניקה המוצגת הינה בעיקר עניין לכימאים אורגניים, עבודה עם organyls מתכת, silanes, או phosphanes, אשר צריך להיות מטופלים באמצעות תנאי אינרטי, כגון טכניקת Schlenk. עיקרון הפעולה מוצג בסרטון זה.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הניתוח של תרכובות, כגון organyls מתכת, silanes, או phosphanes על ידי ספקטרומטריית מסה הוא לא תמיד אפשרי. כמה מתרכובות אלה ידועים לפרק במהירות כאשר במגע עם אוויר. לכן הצעדים החשובים ביותר בעת מדידת ספקטרום המוני הם הכנת מדגם, העברת אנליטי לדור ספקטרומטר ויון ההמוני בהיעדר האוויר. בפרוטוקול זה, אנו מתארים אסטרטגיה כדי לעמוד בדרישות אלה ולהציג את מערכת כניסה, המאפשר לקבל ספקטרום המוני של תרכובות נדיפות בעבר לא להיות מנותחות על ידי ספקטרומטריית מסה כתוצאה מהטיפול שלהם קשה והפירוק מהיר בתנאי סביבה. וכך, זיהוי חד משמעי של רומן או organyls מתכת נדיפים הקיים, silanes וphosphanes, רגיש לחמצון או הידרוליזה, יכול כעת להתבצע בסיוע של ספקטרומטריית מסה. ישנן שתי דרישות שצריכות להתקיים כדי לנתח תרכובות שרגישים לחמצון או הידרוליזה: הכנת מדגם ודור יון בתנאי אינרטי. הנחת היסוד האחרונה יכול להיות נפגשה בקלות באמצעות ספקטרומטר מסה עם מקור יון פועל תחת ואקום. זהו המקרה עם רוב בסיוע מטריקס-לייזר desorption / יינון ספקטרומטרים מסה (MALDI) ועם כל ספקטרומטרים מסת יינון השפעת האלקטרונים (EI) 1,2. יינון electrospray (ESI) הוא לא בקלות תואם לניתוח של תרכובות רגישות לחמצון או הידרוליזה, כתהליך היינון מתרחש בתנאי סביבה 3. עם זאת, עבור חלק מתרכובות שמגיבות לא בתוקף עם חמצן או מים, הייבוש וגז שבה רוב מקורות ESI מופעלים nebulizing מספיק לניתוח על ידי ספקטרומטריית מסת 4. זהו גם המקרה של אסטרטגיות יינון דומות לESI, למשל, בטמפרטורה נמוכה ESI, יינון לחץ אטמוספרי בטמפרטורה נמוכה, וspectr מסת יון המשני נוזלי בטמפרטורה נמוכהometry 5-7. בניגוד לכך, הכנת מדגם והעברה למקור היון בתנאי אינרטי היא הרבה יותר מאתגר. שני מכשירי MALDI וESI כבר בשילוב עם תיבות כפפה על מנת לאפשר הכנת מדגם של תרכובות רגישות לחמצון ו / או הידרוליזה באווירה אינרטי 4,8. ספקטרומטר המסה הוא ממשק לתא ההכפפות או עם נימי העברה (ESI) או שמחוברות ישירות לתא ההכפפות (MALDI). הצימוד של תא הכפפות לספקטרומטר מסה באמצעות נימי העברה יהיה אפשרי גם באמצעות אסטרטגיה אחרת יינון - desorption שדה הזרקת הנוזל / יינון (LIFDI) - שבה הניתוח של תרכובות רגישות דווח 9,10.

בנוסף, MALDI וLIFDI אינם מתאימים לניתוח של תרכובות נדיפות ביותר. MALDI דורש שיתוף גיבוש אנליטי עם מטריצה ​​וLIFDI דורש תצהיר של אנליטי על emitter מפתרון. עם שני אסטרטגיות היינון זה מאוד סביר להניח כי אנליטי יתאדה יחד עם הממס. בניגוד למכשירי MALDI, ספקטרומטרים המוניים EI בדרך כלל מציעים מספר שיטות להחדרת המדגם לתוך מקור היון: בדיקה הכניסה הישירה (כמויות קטנות של מוצקים, שמנים, או שעווה מופקדים לתוך כור היתוך אלומיניום שהוא הציג באמצעות מוט דחיפה) , כניסת מחץ (לנוזלים), או צימוד עם גז כרומטוגרף. שוב, לפחות חלק מהעברת המדגם מתקיים בתנאי סביבה וקשה לביצוע תחת אווירת אינרטי.

בשנתי ה -1960, מדגם מערכת כניסה הוצגה המאפשרת כניסתה של דגימות תחת ואקום למקור היון של מכשיר EI - מערכת הכניסה של הזכוכית מחוממת (AGHIS) 11,12. כאן, המדגם ממוקם בתוך פיסת זכוכית נימים, שמוכנסת לתוך AGHIS אטומה. בהמשך לכך, AGHIS פונתהומכל הזכוכית עם המדגם היה שבור. AGHIS לאחר מכן מחומם להתאדות המדגם שהגיע למקור היון של ספקטרומטר מסת EI באמצעות הדלפה. כאשר נימי זכוכית עם המדגם הוכנה בתוך תא הכפפות, המדגם יכול להיות הציג לתוך ספקטרומטר המסה ללא כל קשר לאוויר. עם זאת, AGHIS הוא מנגנון שאינו זמין מסחרי וקשה להרכיב אפילו לסדנת מנפחת זכוכית מיומנת. בשל הממדים הגדולים מעבר בין כניסה הישירה באמצעות מוט דחיפה וAGHIS הוא לא ישר קדימה.

במעבדה של ספקטרומטריית המסה שלנו, שפיתחנו מערכת כניסה דומה בסגנון של AGHIS. עם זאת, כפי שהוא לא ניתן לחמם את מערכת היניקה, אנליטי יש להציג תנודתיות מסוימת על מנת להיכנס למקור היון של ספקטרומטר המסה. התנודתיות של אנליטי צריכה להיות מספיק, כדי לאפשר את העברתו של המתחם תחת ואקום בte חנקן הנוזליmperature - בין אם על ידי רותח או סובלימציה. מערכת הכניסה בהזמנה אישית מורכבת מצלחת נירוסטה, אשר ממוקמת במערכת הישירה הכניסה, צינור נירוסטה עם שסתום מחט, ומקורבות, שאליו ניתן לחבר מבחנה הניתנת לנעילה המכילה את המדגם. ההתקנה של מערכת היניקה הקרה לא דורשת שינויים לספקטרומטר המסות (Autospec X, גנרטורים אבק, עכשיו ווטרס קורפ, מנצ'סטר, אנגליה) - מעבר בין מערכת יניקה הקרה וכניסה ישירה באמצעות מוט דחיפה ניתן לבצע בקלות תוך שניות.

מערכת הכניסה המוצגת הינה שימושית במיוחד כאשר organyls המתכת, silanes, או phosphanes, רגיש לחמצון או הידרוליזה, צריך להיות מנותח. תרכובות אלו נפוצות מנותחות באמצעות ספקטרוסקופיית תהודה מגנטית גרעינית (NMR) או ספקטרוסקופיה אינפרא אדום (IR). למרבה הצער, שיטות אלה יאפשרו לא תמיד לזיהוי חד משמעי של מתחם כי הם יניבו incompletדואר מידע, למשל, כאשר אלמנטים כגון כלור או ברום הם חלק מהמולקולה. עקיפה של אלקטרוני גז מצד השני היא מסוגלת לספק מידע מפורט על אנליטי, לעומת זאת, השיטה היא לצרוך זמן מאוד, הכנת מדגם היא קשה, ורק כמה קבוצות המאפשרות לבצע את הניתוח אלה 13,14. כאן, מערכת היניקה הקרה לניתוח organyls המתכת, silanes, או phosphanes, רגיש לחמצון או הידרוליזה על ידי ספקטרומטריית מסת EI היא שימוש נהדר ל( ב) כימאים אורגניים המאפשרים זיהוי חד משמעי של תרכובות רומן על ידי אספקה ​​להם מידע לגבי המסה של מולקולה ושל יוני בר אופייניים. תנאי מוקדם רק למדידת ספקטרום ההמוני לחומר הוא תנודתיות מסוימת בלחץ מופחת.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הכנת .1 לדוגמא

  1. השתמש במבחנות הניתנות לנעילה בהזמנה אישית עם אוגן (איור 1) לתחבורה ולהעברת הדגימות לתוך ספקטרומטר המסות. לפני מילוי עם מדגם, לפנות את המבחנות הניתנות לנעילה מחוברת לקו Schlenk הסעפת מרובה ולהסיר שאריות מים על ידי חימום עם אקדח חום. Vent המבחנה עם ארגון יבש ולפנות שוב, תוך כדי חימום.
  2. לטבול את המבחנה הניתנת לנעילה למלכודת קרה מלאה בחנקן נוזלי (זהירות: היזהר בעת עבודה עם חנקן נוזלי). לתמצת את המדגם לתוך המבחנה ממכל מדגם המצורף לסעפת של קו Schlenk, לסגור את המנעול על גבי המבחנה, כמו גם את הסעפת ולהסיר את המבחנה הנעולה מאמבטית החנקן. כספקטרומטריית מסה היא רגישה מאוד, כמות קטנה מספיקה. רוב אנליטי יישארו במבחנה הניתנת לנעילה בניתוח, והוא זמין לניסויים נוספיםלאחר המדידה.

figure-protocol-1
איור 1 מבחנה הניתנת לנעילה המשמשת להעברת דגימות. ) אוגן לקובץ מצורף למערכת הכניסה הקרה, ברז טפלון (ב) למבחנה כדי לאפשר הובלה של מתחם בתנאים נטול אוויר, (C) בורג לפעול ברז הטפלון.

2 מדידה של Mass Spectra

  1. לפני לדגום מדידה, מנגינה ולכייל את ספקטרומטר המסה בהתאם להוראות שסופקו על ידי היצרן של ספקטרומטר המסה שלך (כאן, X Autospec (גנרטורים אבק, עכשיו ווטרס קורפ, מנצ'סטר, בריטניה) משמש. השתמש perflourokerosene (PFK) כסטנדרט ומנגינת ספקטרומטר המסה לרזולוציה של בערך 2,800 במ '/ z 119, 10% הגדרת עמק). הסר את הדחיפהמוט של הכניסה הישירה ממקור היון ולהתקין את הממשק החיצוני למבחנה (איור 2). כדי למנוע חימום של קצה מוט דחיפה, להגדיר את שיטת כניסה ל" מחץ "בתוכנת השליטה של ​​ספקטרומטר המסה.
  2. חבר מקורבות של המבחנה הניתנת לנעילה מלאה במדגם לממשק החיצוני. פתח את שסתום המחט של הממשק החיצוני ולפנות את הכניסה. לאחר פינוי, לפתוח בזהירות את שסתום הכדור ליון המקור כדי להשלים את צעד הפינוי. סגור את שסתום המחט של הממשק החיצוני. זהירות: ברז הטפלון של המבחנה צריך להיות סגורה בשלב זה.
  3. התחל מדידת מסה בתוכנה של ספקטרומטר המסה. עם שסתום מחט סגור, לפתוח את ברז הטפלון של המבחנה לזמן קצר מאוד, המאפשר מולקולות שלב גז של אנליטי להיכנס לחלק החיצוני של הממשק. סגור את ברז הטפלון שוב.
    הערה: חלק החיצוני של הממשק יחד עם הרווח בין TEFLעל ברז והמקורב של מבחנה הניתנת לנעילה (השוו איורים 1 ו -2) משמש כמאגר גז אנליטי בזמן הניתוח.
  4. לפתוח בזהירות את שסתום המחט תוך שמירה על מד הוואקום של מקור היון. צעד זה מאפשר מולקולות אנליטי להיכנס מקור היון של ספקטרומטר המסה. הוואקום לא צריך ליפול מתחת 10 -5 mbar במהלך המדידה.
    הערה: בהתאם לתנודתיות של ספקטרום המסה אנליטי באיכות טובה מתקבלת בכ 10 -6 mbar. הספקטרום ההמוני של המדגם הוא עכשיו נרשם. בדרך כלל, סכום המדגם דולף לתוך המכשיר דרך שסתום המחט די בכך כדי להקליט ספקטרום המוני במשך מספר דקות. במקרה העצמה של היונים פוחת, פתיחת שסתום המחט קטנה יותר מאפשר ליותר זמן רכישה. אם האיכות של הספקטרום ההמוני נרשם ב70 eV אינה מספקת, ספקטרום המוני ניתן להקליט באמצעות אנרגיות הקינטית נמוכות יותר שלאלקטרונים, למשל, 20 eV.

figure-protocol-2
.2 מערכת יניקה קרה איור עם מצוידת למקור היון של VG Autospec X. שפופרת ריקה הניתנת לנעילת מבחן) מבחנה הניתנת לנעילה, (ב) חיבור אוגן בין מבחנת מערכת כניסה קרה, (ג) שסתום מחט, (ד) צלחת נירוסטה עם חותם כחיבור למקור היון, ממשק (E) של הכניסה הישירה, טיפ הקרמיקה של מוט הדחיפה גלויה.

.3 לאחר המדידה

  1. סגור את שסתום המחט של הממשק החיצוני. סגור את שסתום הכדור למקור היון. לעצור את הרכישה של ספקטרום המוני בתוכנה.
  2. לפנות את מערכת הכניסה בזמן פתיחת שסתום המחט לחלוטין. Vent הממשק בעוד כדורשסתום ושסתום מחט סגור. לפנות את הממשק שוב, לפתוח את שסתום המחט במהלך שלב זה על מנת להסיר אדי מדגם שיורית בממשק. חזור על שלב זה 3x לפחות.
  3. הסר את המבחנה הניתנת לנעילה מהממשק. תמשיך עם הדוגמא הבאה או להסיר את הממשק החיצוני מהמקורבות של יון המקור ולהחליף אותו עם מוט הדחיפה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ספקטרום המוני EI של טריס phosphane (trifluoromethyl) מוצג באיור 3, מתחם, אשר מתפרק במהירות כאשר במגע עם אוויר (איור 4). הממשק שהוצג מאפשר המדידה ישר קדימה של ספקטרום המוני לתרכובות אלה. הפעולה של ממשק הרומן היא קלה ומהירה ומציגה שום מכשול בעת הפעלת ספקטרומטר המסה עם מיושם באופן שגרתי כניסה ישירה באמצעות מוט הדחיפה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

רכישת הספקטרום המוני מתרכובות שמתפרקות תחת נהלי הכנת מדגם סטנדרטיים מוצגת בפרוטוקול זה. הטכניקה שהוצגה מיועדת לניתוח של organyls מתכת, silanes וphosphane, שהם רגישים מאוד לחמצון ו / או הידרוליזה, מה שהופך אותו מעניין במיוחד עבור כימאים אורגניים. על מנת להשיג תוצאות אופטימליות, תנאי ואקום או נטול אוויר צריכים להישמר לאורך כל הניתוח. לכן הפרוטוקול צריך להיות אחרי בקפדנות. במקרה אנליטי בא במגע עם אוויר בגלל דליפות באו טיפול לא נכון של מערכת הכניסה, השלכות חמורות כגון פיצוץ של מיכל המ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין מה לחשוף.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

JS חב תודה לפרופ' ב. הוג מהמחלקה לכימיה אי-אורגנית באוניברסיטת בילפלד, על הרעיון להקים את מערכת הכניסה המוצגת. הפוספן המנותח היה מתנה נדיבה מפרופ' ב. הוג. הכנת הדגימה של התרכובת המנותחת בוצעה על ידי M. Wiesemann. תמונות של הפוספן צולמו על ידי ד"ר ג'יי באדר. הסדנה המכנית של הפקולטה לכימיה מוכרת לייצור הממשק וסדנת הזכוכית של הפקולטה לכימיה לייצור מבחנות הניתנות לנעילה עם אוגנים. פרופ' ב. הוג ופרופ' ה. גרוגר זוכים להכרה על מימון פרסום זה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
VG Autospec XMicromass Co. בריטניה בע"מ (כיום ווטרס)ספקטרומטרי מסה אחרים של EI עם כניסה ישירה באמצעות מוט דחיפה צריכים להיות תואמים גם לטכניקה זו
מבחנות הניתנות לנעילה עם אוגןבהתאמה אישית, יש להשתמש בברז טפלון לנעילת המבחנה
ממשק למבחנותהניתנות לנעילהבהתאמה אישית, הממשק מוכן מפלדת אל חלד. יש לכלול שסתום מחט בעיצוב הממשק!
קובהתאמה אישית, צריך לכלול משאבת ואקום לפינוי הצינורות ומלכודת קרה עם חנקן נוזלי ללכידת הדגימה
שלנק

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Field, F. H., Franklin, J. L. Electron Impact phenomena and the Properties of Gaseous Ions Revised Edition. , Academic Press. (1957).
  2. Schaeffer, O. A. An Improved Mass Spectrometer Ion Source. Rev. Sci. Instrum. 25, 660-662 (1954).
  3. Yamashita, M., Fenn, J. B. Electrospray Ion Source - Another Variation of the Free-Jet Theme. J. Phys. Chem. 88, 4451-4459 (1984).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Gross, J. H., et al. Liquid injection field desorption/ionization of reactive transition metal complexes. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 386, 52-58 (2006).
  11. Peterson, L. Mass Spectrometer All-Glass Heated Inlet. Analytical Chemistry. 34, 1850-1851 (1962).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

מאמרים קשורים