Analisi di composti volatili sensibili e ossidazione utilizzando un sistema di aspirazione a freddo e impatto elettronico Spettrometria di Massa

Sommario

Questo video presenta un protocollo per l'analisi spettrometrica di massa di composti volatili sensibili e di ossidazione utilizzando la ionizzazione ad impatto elettronico. La tecnica presentata è particolarmente di interesse per i chimici inorganici, lavorando con organyls metallo, silani o phosphanes che devono essere gestiti utilizzando condizioni inerti, come la tecnica Schlenk.

Abstract

Questo video presenta un protocollo per l'analisi spettrometrica di massa di composti volatili sensibili e di ossidazione utilizzando la ionizzazione ad impatto elettronico. L'analisi dei composti volatili sensibili e di ossidazione mediante spettrometria di massa non è facile da realizzare, come tutti i metodi di spettrometria di massa state-of-the-art richiedono almeno una preparazione passo del campione, ad esempio, la dissoluzione e la diluizione dell'analita (ionizzazione electrospray), co -crystallization dell'analita con un composto a matrice (matrix-assisted laser desorbimento / ionizzazione), o il trasferimento dei campioni preparati nella sorgente di ionizzazione dello spettrometro di massa, da effettuare in condizioni atmosferiche. Qui, l'uso di un sistema di ingresso del campione è descritto che permette l'analisi di organyls volatili metallo, silani e phosphanes utilizzando uno spettrometro di massa a settore dotato di una sorgente di ionizzazione ad impatto elettronico. Tutte le fasi di preparazione del campione e l'introduzione del campione nella sorgente ionica dellaspettrometro di massa avvengono a condizioni privo di aria o sotto vuoto, che consente l'analisi di composti altamente sensibili all'ossidazione. La tecnica presentata è particolarmente di interesse per i chimici inorganici, lavorando con organyls metallo, silani, o phosphanes, che devono essere gestiti utilizzando condizioni inerti, come la tecnica Schlenk. Il principio di funzionamento si presenta in questo video.

Introduzione

L'analisi di composti, come organyls metallo, silani o phosphanes mediante spettrometria di massa non è sempre possibile. Molti di questi composti sono noti per decomporsi rapidamente a contatto con l'aria. Pertanto i passi più importanti quando misura spettri di massa sono la preparazione del campione, il trasferimento dell'analita nella generazione spettrometro di massa di ioni e in assenza di aria. In questo protocollo, si descrive una strategia per soddisfare queste esigenze e di presentare un sistema di aspirazione, che permette di ottenere spettri di massa di composti volatili in precedenza non essere analizzati mediante spettrometria di massa a causa della loro manipolazione difficile e rapida decomposizione in condizioni ambientali. In tal modo, l'identificazione univoca del romanzo o organyls metallici volatili esistenti, silani e phosphanes, suscettibili di ossidazione o idrolisi, può ora essere effettuata con l'assistenza di spettrometria di massa. Ci sono due requisiti che devono essere soddisfatte al fine di analizzare composti chesono suscettibili di ossidazione o idrolisi: preparazione del campione e la generazione di ioni in condizioni inerti. L'ultima premessa può essere facilmente soddisfatta utilizzando uno spettrometro di massa con una sorgente di ioni operante sotto vuoto. Questo è il caso più assistita dalla matrice-laser-desorbimento / ionizzazione (MALDI) spettrometri di massa e con tutti ionizzazione ad impatto elettronico (EI) spettrometri di massa ^1,2. Ionizzazione elettrospray (ESI) non è facilmente compatibile per l'analisi di composti sensibili a ossidazione o idrolisi, come il processo di ionizzazione avviene in condizioni ambientali ^3. Tuttavia, per alcuni composti che non reagiscono energicamente con l'ossigeno o l'acqua, l'asciugatura e gas nebulizzante con cui sono gestiti maggior parte delle sorgenti ESI è sufficiente per l'analisi mediante spettrometria di massa ^4. Questo è anche il caso di strategie simili a ionizzazione ESI, ad esempio, a bassa temperatura ESI, a bassa temperatura di ionizzazione a pressione atmosferica, e la bassa temperatura spectr massa di ioni secondari liquidogeome- ^5-7. Al contrario, la preparazione del campione e il trasferimento nella sorgente di ioni in condizioni inerti è molto più impegnativo. Entrambi gli strumenti MALDI e ESI sono stati accoppiati con glove box per consentire la preparazione del campione di composti sensibili a ossidazione e / o idrolisi in atmosfera inerte ^4,8. Lo spettrometro di massa è interfacciato al cassetto portaoggetti o con un capillare di trasferimento (ESI) o direttamente attaccato al cassetto portaoggetti (MALDI). L'accoppiamento di un vano portaoggetti di uno spettrometro di massa tramite una capillare trasferimento sarebbe anche possibile utilizzando un'altra strategia di ionizzazione - liquido desorbimento campo iniezione / ionizzazione (LIFDI) - con la quale l'analisi di composti sensibili è stato segnalato ^9,10.

Inoltre, MALDI e LIFDI non sono adatti per l'analisi di composti altamente volatili. MALDI richiede la co-cristallizzazione dell'analita con una matrice e LIFDI richiede la deposizione dell'analita su un emitter da una soluzione. Con entrambe le strategie di ionizzazione è molto probabile che l'analita evapora insieme con il solvente. In contrasto con gli strumenti MALDI, EI spettrometri di massa di solito offrono diversi metodi per introdurre il campione nella sorgente ionica: l'ingresso della sonda diretta (piccole quantità di solidi, oli o cere vengono depositati in un crogiolo di alluminio che viene introdotto con un puntale) , un ingresso setto (per liquidi), o accoppiamento con un gascromatografo. Anche in questo caso, almeno una parte del trasferimento del campione avviene in condizioni ambientali ed è difficile da eseguire in atmosfera inerte.

Nel 1960, un sistema di ingresso del campione è stato presentato, che consente l'introduzione di campioni sotto vuoto nella sorgente ionica di uno strumento EI - il sistema di aspirazione completamente in vetro riscaldato (AGHIS) ^11,12. Qui, il campione è stato ubicato all'interno di un pezzo sigillata capillare di vetro, che è stato inserito nel AGHIS. Successivamente, il AGHIS stato evacuatoe il contenitore di vetro con il campione era rotto. Il AGHIS è stata quindi portata ad evaporare il campione che ha raggiunto la sorgente ionica di una massa spettrometro EI mediante una perdita. Quando il capillare di vetro con il campione è stato preparato in un vano portaoggetti, il campione potrebbe essere introdotta nello spettrometro di massa senza alcun contatto con l'aria. Tuttavia, il AGHIS è un apparecchio che non è disponibile in commercio e difficile da assemblare anche per un laboratorio glassblower esperto. A causa delle grandi dimensioni passando tra ingresso diretto utilizzando un puntale e AGHIS non è semplice.

Nel nostro laboratorio di spettrometria di massa, abbiamo sviluppato un sistema di immissione simile nello stile del AGHIS. Tuttavia, poiché non è possibile riscaldare il sistema di aspirazione, l'analita deve esibire una certa volatilità per entrare sorgente ionica dello spettrometro di massa. La volatilità dell'analita deve essere sufficiente, per consentire il trasferimento del composto sotto vuoto a te azoto liquidomperature - sia mediante bollitura o sublimazione. Il sistema di aspirazione su misura è costituito da una piastra in acciaio inossidabile, che è posizionato al sistema di aspirazione diretta, un tubo in acciaio inossidabile con una valvola a spillo, e una flangia, per cui una provetta con serratura contenente il campione può essere attaccato. L'installazione del sistema di aspirazione a freddo non richiede modifiche alla spettrometro di massa (Autospec X, generatori di vuoto, ora Waters Corp., Manchester, UK) - il passaggio tra il sistema di aspirazione a freddo e di aspirazione diretta usando un puntale può essere eseguita facilmente in pochi secondi.

Il sistema di aspirazione presentato è di particolare utilità quando organyls metallo, silani, o phosphanes, suscettibili di ossidazione o idrolisi, devono essere analizzati. Questi composti sono comunemente analizzati utilizzando la risonanza magnetica (NMR) nucleare o infrarossi (IR), spettroscopia. Purtroppo, questi metodi non consentono sempre per l'identificazione univoca di un composto, perché si ottengano incomplete informazioni, ad esempio, quando gli elementi come cloro o bromo sono parte della molecola. Gas di diffrazione di elettroni invece è in grado di fornire informazioni dettagliate sul analita, tuttavia, il metodo è molto tempo, preparazione del campione è difficile, e solo pochi gruppi sono in grado di condurre queste analisi ^13,14. Qui, il sistema di aspirazione a freddo per l'analisi di organyls metallo, silani, o phosphanes, sensibili a ossidazione o l'idrolisi mediante spettrometria di massa EI è di grande utilità per la (in) chimici organici che consentano l'identificazione univoca di nuovi composti fornendo loro informazioni riguardanti la massa di una molecola e di ioni frammentati caratteristici. L'unico requisito per la misura di spettri di massa di una sostanza è una certa volatilità a pressione ridotta.

Protocollo

Preparazione del campione 1

1. Utilizzare provette bloccabili su misura con una flangia (Figura 1) per il trasporto e trasferimento dei campioni nello spettrometro di massa. Prima del riempimento con il campione, evacuare le provette bloccabili collegati a una linea di collettore Schlenk multipla e rimuovere l'acqua residua da riscaldamento con una pistola termica. Vent la provetta con asciutto Argon ed evacuare di nuovo, mentre il riscaldamento.
2. Immergere la provetta con serratura in una trappola a freddo riempito con azoto liquido (ATTENZIONE: Prestare attenzione quando si lavora con l'azoto liquido). Condensare il campione nella provetta da un contenitore del campione collegata ad un collettore della linea Schlenk, chiudere la serratura superiore della provetta e il collettore e rimuovere la provetta chiusa dal bagno di azoto. Come spettrometria di massa è molto sensibile, una piccola quantità è sufficiente. La maggior parte dell'analita resterà nella provetta bloccabile durante l'analisi ed è disponibile per ulteriori esperimentidopo la misura.

Figura 1 provetta bloccabile utilizzato per il trasferimento dei campioni. A) flangia di attacco al sistema di immissione freddo, rubinetto (B) Teflon della provetta per consentire il trasporto di un composto in condizioni di aria libera, (C) vite per azionare il rubinetto in teflon.

2 Misurazione della Messa Spectra

1. Prima di provare la misurazione, regolare e calibrare lo spettrometro di massa in base alle istruzioni fornite dal produttore del spettrometro di massa (in questo caso, viene utilizzato un Autospec X (Generatori di vuoto, ora Waters Corp., Manchester, UK). Utilizzare perflourokerosene (PFK) come standard e sintonizzare lo spettrometro di massa ad una risoluzione di circa 2.800 m / z 119, il 10% definizione valle). Rimuovere la spintaasta di ingresso diretto dalla sorgente di ioni e installare l'interfaccia esterna per provetta (figura 2). Per evitare il riscaldamento della punta dell'asta di spinta, impostare il metodo di ingresso a "setto" nel software di controllo dello spettrometro di massa.
2. Collegare la flangia del tubo di prova bloccabile riempito con il campione per l'interfaccia esterna. Aprire la valvola a spillo dell'interfaccia esterna ed evacuare l'ingresso. Dopo l'evacuazione, aprire con cautela la valvola a sfera per la sorgente di ioni per completare la fase di evacuazione. Chiudere la valvola a spillo dell'interfaccia esterna. ATTENZIONE: Il rubinetto Teflon della provetta deve essere chiuso in questa fase.
3. Inizia una misura di massa nel software dello spettrometro di massa. Con valvola chiusa dell'ago, aprire il rubinetto in teflon della provetta molto brevemente, permettendo molecole in fase gassosa dell'analita per entrare nella parte esterna dell'interfaccia. Richiudere il rubinetto in teflon.
   NOTA: La parte esterna del l'interfaccia con lo spazio tra il Teflonalla spina e la flangia del tubo di prova bloccabile (confrontare le figure 1 e 2B) funge da serbatoio di gas analita durante l'analisi.
4. Aprire con cautela la valvola a spillo, mentre osservando il misuratore di vuoto della sorgente di ioni. Questo passaggio consente nuove molecole per entrare nella sorgente ionica dello spettrometro di massa. Il vuoto non deve scendere sotto i 10 ^-5 mbar durante la misurazione.
   NOTA: A seconda della volatilità degli spettri di massa dell'analita di buona qualità si ottengono a circa 10 ^-6 mbar. Lo spettro di massa del campione è ora registrata. Solitamente, la quantità di campione che perde nello strumento attraverso la valvola a spillo è sufficiente per registrare spettri di massa per diversi minuti. Nel caso l'intensità degli ioni diminuisce, aprendo la valvola a spillo un po 'più dona più tempo di acquisizione. Se la qualità degli spettri di massa registrato a 70 eV non è soddisfacente, spettri di massa può essere registrato utilizzando energie cinetiche inferiori dellaelettroni, ad esempio, 20 eV.

Figura 2 Sistema di aspirazione a freddo con tubo vuoto con serratura di prova montato la sorgente ionica di un VG Autospec X. A) provetta con serratura, (B) collegamento a flangia tra provetta un sistema di aspirazione a freddo, (C) valvola a spillo, (D) piastra in acciaio inox con guarnizione come collegamento alla sorgente di ioni, (E) Interfaccia di ingresso diretto, la punta ceramica del puntale è visibile.

3. dopo la misura

1. Chiudere la valvola a spillo dell'interfaccia esterna. Chiudere la valvola a sfera per la sorgente di ioni. Fermare l'acquisizione di spettri di massa nel software.
2. Evacuare il sistema di aspirazione durante l'apertura completamente la valvola a spillo. Sfiatare l'interfaccia mentre pallonevalvola e valvola a spillo sono chiusi. Evacuare nuovamente l'interfaccia, aprire la valvola a spillo durante questa fase per rimuovere vapore campione residuo nell'interfaccia. Ripetere questa operazione almeno 3x.
3. Rimuovere il tubo di prova bloccabile dall'interfaccia. Continuare con campione successivo o rimuovere l'interfaccia esterna dalla flangia della sorgente di ioni e sostituirlo con l'asta di spinta.

Risultati

Uno spettro di massa EI di tris (trifluorometil) fosfano è presentato nella figura 3, un composto che si decompone rapidamente a contatto con l'aria (Figura 4). L'interfaccia presentata consente la misura dritto in avanti di spettri di massa per questi composti. Il funzionamento dell'interfaccia romanzo è facile e veloce e non presenta alcun ostacolo quando si utilizza lo spettrometro di massa con l'ingresso applicato ordinariamente diretta con l'asta di spinta.

Discussione

L'acquisizione di spettri di massa di composti che si decompongono nel quadro delle procedure di preparazione dei campioni standard, viene presentato in questo protocollo. La tecnica presentata è progettato per l'analisi di organyls metallo, silani e fosfano, che sono altamente suscettibili di ossidazione e / o idrolisi, il che rende particolarmente interessante per i chimici inorganici. Per ottenere risultati ottimali, condizioni di vuoto o privo di aria devono essere conservate durante tutta l'analisi. Per...

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
VG Autospec X	Micromass Co. UK Ltd (ora Waters)		Anche altri spettrometri di massa EI con ingresso diretto tramite un'asta di spinta dovrebbero essere compatibili con questa tecnica
Provette bloccabili con flangia			Rubinetto in teflon su misura per bloccare la provetta
Interfaccia per provette			bloccabiliRealizzata su misura, l'interfaccia è preparata in acciaio inossidabile. La valvola a spillo deve essere inclusa nel design dell'interfaccia!
		Schlenk	su misura, deve includere una pompa a vuoto per l'evacuazione dei tubi più sottili e una trappola fredda con azoto liquido per l'intrappolamento del campione