3.12: Wprowadzenie do spektrometrii mas

1. Czyszczenie rurek poliwęglanowych

1. Do mineralizacji próbki należy używać rurek poliwęglanowych odpornych na kwaśne roztwory. W celu usunięcia wszelkich zanieczyszczeń żelaza, napełnij wszystkie probówki 5 ml 0,1 M HCl.
2. Umieść probówki w łaźni wodnej na 1 godzinę w temperaturze 50 °C.
3. Umyj probówki 5 ml wody Milli-Q i wysusz probówki w piekarniku lub okapie chemicznym.

2. Przygotowanie próbki i trawienie

1. Umieścić 200 μl próbki w 1,8 ml stężonego kwasu azotowego (65%).
2. Umieścić probówki w łaźni wodnej na noc w temperaturze 50 °C. Dostosuj protokół, zwiększając temperaturę, jeśli konieczne jest skrócenie całkowitego czasu trawienia.
3. Pozwól rurkom ostygnąć w temperaturze pokojowej.
4. Rozcieńczyć próbki, dodając 8 ml wody Milli-Q, aby uzyskać końcowe stężenie kwasu azotowego poniżej 20% (v/v).
5. Probówki wirujące o stężeniu 3 000 x g przez 10 minut są granulowane w celu osadzenia pozostałych pozostałości makroskopowych.

3. Przygotowanie instrumentu

1. Czyścić palnik ICP za pomocą ultradźwięków w 5% kwasie azotowym przez 15 minut. Przetrzyj stożki 5% kwasem azotowym. Wymień rurkę perystaltyczną. Sprawdź poziom oleju w pompie.
2. Włącz argon i agregat chłodniczy, uruchom plazmę. Rozpocznij przepływ cieczy do plazmy i poczekaj, aż instrument się ustabilizuje, około 20 minut.
3. Zoptymalizuj napięcia obiektywu. Przeprowadzaj codzienną kontrolę działania, mierząc roztwory testowe zawierające Mg, In i Ur, aby potwierdzić czułość przyrządu ICP-MS. Zmierz Ce i Ba, gdzie tworzy się tlenek i podwójnie naładowane jony, powinny pozostać poniżej 3%. Sprawdź masę przy 8 i 220 Da, aby zmierzyć sygnał tła.
4. Instrument jest teraz gotowy do użycia.

4. Wybór metody użytkownika i listy próbek

1. Wybierz pierwiastek i izotopy, które Cię interesują.
2. Wybierz tryb skanowania jako przeskakiwanie szczytów.
3. Wybierz czas zatrzymania 100 ms (minimum 50) z 40 przeciągnięciami (minimum 15) na odczyt. Wybierz jeden odczyt na powtórzenie i 5 powtórzeń (minimum 3). Całkowity czas integracji to 4 000 ms. Jeżeli ilość próbki jest ograniczona, należy skrócić czas przebywania, liczbę przemiatania i powtórzeń, utrzymując wartości wyższe niż wartości minimalne zdefiniowane powyżej.
4. Użyj natężenia przepływu amoniaku (NH₃) na poziomie 0,7 ml/min, aby uniknąć interferencji ⁴⁰Ar¹⁶O przy oznaczaniu ⁵⁶Fe.
5. Przygotuj krzywą kalibracyjną dla wybranych elementów.
6. Uruchom przykłady.

Spektrometria mas to technika analityczna, która umożliwia identyfikację i kwantyfikację nieznanych związków w próbce oraz określenie ich struktury.

W spektrometrii mas jony w fazie gazowej są generowane z atomów lub cząsteczek w próbce. Jony są następnie rozdzielane na podstawie ich stosunku masy do ładunku, symbolizowanego przez m/z.

Ta separacja umożliwia określenie ilościowych i jakościowych informacji o próbce, takich jak jej masa i struktura.

W tym filmie przedstawimy podstawowe pojęcia i oprzyrządowanie spektrometrii mas oraz zademonstrujemy jej zastosowanie w kwantyfikacji pierwiastków.

Spektrometr masowy składa się ze źródła jonizacji, analizatora masy i detektora. W źródle jonizacji związki są jonizowane, zwykle do pojedynczego ładunku dodatniego.

Jony mogą być generowane przy użyciu różnych technik, takich jak uderzenie wiązką elektronów, plazma lub lasery, z których każda powoduje szereg fragmentacji, które pomagają w określeniu struktury molekularnej. Metody te są luźno pogrupowane na jonizację "twardą" i "miękką".

Techniki twardej jonizacji powodują rozległą fragmentację, w wyniku czego powstaje więcej fragmentów o mniejszej masie.

Techniki miękkiej jonizacji powodują mniejszą lub prawie żadną fragmentację przy dużym zakresie masy cząsteczkowej.

Jeśli fragmentacja jest zbyt duża, cenne informacje o strukturze mogą zostać utracone. Jeśli będzie go za mało, małe cząsteczki nie będą skutecznie zjonizowane. Tak więc wybór metody jonizacji zależy od interesującego analitu i pożądanego stopnia rozdrobnienia.

Jony są następnie przyspieszane w polu elektrycznym, gdy wchodzą do analizatora masy, gdzie zostaną oddzielone.

Najbardziej podstawowym analizatorem masy jest sektor magnetyczny, który składa się z zakrzywionego magnesu, który wytwarza jednorodne pole magnetyczne. Siła przyciągania magnesu plus siła odśrodkowa przyspieszających jonów powoduje, że poruszają się one po torze kołowym przez krzywą.

Promień toru kołowego jonów zależy od napięcia przyspieszającego, przyłożonego pola magnetycznego i stosunku masy do ładunku.

Napięcie i pole magnetyczne można następnie wybrać tak, aby przepuszczać tylko określone rodzaje stosunku masy do ładunku przez zakrzywioną ścieżkę. Inne jony zderzają się z bokami ścieżki magnetycznej i są tracone. Skanując natężenie pola magnetycznego, pożądane jony docierają do detektora w różnym czasie, precyzyjnie identyfikując w ten sposób każdy gatunek.

Innym typem analizatora masy jest kwadrupolowy filtr masy. Kwadrupol składa się z dwóch par równoległych metalowych prętów, z których każda para przeciwległych prętów jest elektrycznie połączona.

Do par prętów przykładane jest napięcie prądu stałego, a ich potencjały są stale zmieniane, tak aby pary zawsze były przesunięte w fazie względem siebie.

Wiązka jonów jest następnie kierowana przez środek czterech prętów. Jony przemieszczają się po torze podobnym do korkociągu, ze względu na ciągłe przyciąganie i odpychanie od prętów. W zależności od stosunku masy jonów do ładunku, jon albo pokona pełną ścieżkę kwadrupola i dotrze do detektora, albo zderzy się z prętami.

Teraz, gdy podstawy spektrometru mas zostały opisane, przyjrzyjmy się jego zastosowaniu w laboratorium.

Spektrometr masowy użyty w tym eksperymencie to jonizator plazmy sprzężonej indukcyjnie lub ICP z filtrem kwadrupolowym. Przyrząd będzie używany do wykrywania i ilościowego oznaczania składnika metalowego w próbce.

Aby rozpocząć eksperyment, napełnij wszystkie probówki polipropylenowe 5 ml 0,1 M kwasu solnego w celu usunięcia wszelkich zanieczyszczeń żelaza. Umieść probówki w łaźni wodnej na 1 godzinę w temperaturze 50 °C.

Po inkubacji umyj probówki 5 ml wody dejonizowanej i wysusz probówki w piekarniku lub okapie chemicznym.

Do czystych probówek dodaj 1,8 ml stężonego kwasu azotowego i 200 ? L próbki zawierającej badany izotop.

Przestrzegaj środków ostrożności podczas używania stężonego kwasu.

Umieść rurki w łaźni wodnej na noc. W razie potrzeby temperaturę można zwiększyć, aby skrócić czas trawienia.

Po strawieniu próbki pozwól probówkom ostygnąć do temperatury pokojowej.

Następnie dodaj 8 ml wody dejonizowanej, aby rozcieńczyć próbki i uzyskać stężenie kwasu azotowego poniżej 20%. Końcowe rozcieńczenie próbki wynosi 1:50. Idealne stężenie dla ICP mieści się w zakresie części na miliard. Odwirować probówki, aby osadzać wszelkie pozostałe makroskopowe pozostałości.

ICP to metoda twardej jonizacji, która wykorzystuje sprzężoną plazmę argonową o temperaturze około 10 000 ? C, który przewodzi prąd elektryczny w celu jonizacji cząsteczek próbki.

Rozpocznij konfigurację przyrządu od sprawdzenia palnika ICP, aby upewnić się, że jest czysty.

Następnie sprawdź stożki próbnika i skimmera, aby upewnić się, że są również czyste. Stożki te umożliwiają pobieranie próbek tylko wewnętrznej części wiązki jonów generowanej przez palnik ICP i działają jako bariera dla wysokiej próżni spektrometru masowego.

Sprawdź ciśnienie argonu i uruchom agregat chłodniczy. Uruchom przepływ plazmy i cieczy do systemu. Odczekaj 20 minut, aż system w pełni się rozgrzeje.

Następnie odessaj standardowy roztwór testowy, który zawiera różne znane wzorce pierwiastkowe. Roztwór badany powinien być tak dobrany, aby obejmował oczekiwany zakres masowy roztworu analitu.

Po ustaleniu przepływu roztworu zainicjuj i przetestuj urządzenie zgodnie z wytycznymi producenta.

Aby uruchomić instrument, najpierw wybierz interesujące Cię pierwiastki i izotopy. Następnie ustaw tryb skanowania na przeskakiwanie szczytów.

Wybierz pięć powtórzeń na pomiar. Ustaw każdą replikę tak, aby zawierała 40 przebiegów pomiarowych, z których każde ma czas trwania wynoszący 50 ms. Łączny czas integracji wynosi 2 000 ms na replikę.

Przygotuj krzywą kalibracyjną dla wybranych pierwiastków, mierząc wstępnie przygotowane roztwory wzorcowe.

Na koniec uruchom próbkę, w tym przypadku nanocząstki tlenku żelaza. Określić stężenie żelaza za pomocą krzywej kalibracyjnej żelaza.

Spektrometria mas jest wykorzystywana w szerokim zakresie zastosowań z wykorzystaniem różnych technik jonizacji i analizy masy.

W tym przykładzie do analizy białek o dużej masie cząsteczkowej zastosowano rodzaj spektrometrii mas z miękką jonizacją, zwany czasem przelotu jonizacji wspomaganej desorpcją laserową wspomaganą matrycą lub MALDI-TOF. W przypadku MALDI cząsteczki są stabilizowane za pomocą matrycy, aby zmniejszyć frakcjonowanie, gdy duże cząsteczki są zjonizowane.

Roztwór białkowy i matrycę zostały naniesione na czystą płytkę MALDI i wysuszone. Płytkę MALDI włożono do instrumentu, a próbkę poddano analizie.

Analizę związków lotnych i wrażliwych na utlenianie mierzono za pomocą spektrometrii mas z jonizacją elektronową, techniką twardej jonizacji.

Najpierw zaprojektowano zamykany system probówek, aby umożliwić pełną ewakuację probówki, a następnie ładowanie próbki pod chłodzeniem ciekłym azotem.

Probówkę z próbką podłączono do portu wlotowego, a próbkę załadowano do przyrządu. Następnie przeanalizowano widmo masowe próbki, w tym przypadku fosforanu tris(trifluorometylu).

Spektrometr masowy z wiązką molekularną sprzężony z promieniowaniem synchrotronowym wykorzystano do zbadania struktury elektronowej cząsteczek i klastrów fazy gazowej.

Wiązka molekularna, zintegrowana z promieniowaniem synchrotronowym, zapewniła metodę selektywnej jonizacji do badania cząsteczek w fazie gazowej.

Próbkę załadowano do dyszy, dyszę ponownie załadowano do instrumentu, a wiązka fotonów mogła wejść do komory.

Następnie zebrano widmo masowe i porównano je z danymi dotyczącymi wydajności fotojonizacji w celu określenia struktury elektronowej cząsteczek.

Właśnie obejrzałeś wprowadzenie JoVE do spektrometrii mas. Powinieneś teraz zrozumieć podstawowe oprzyrządowanie spektrometrii mas i jak przeprowadzić podstawową analizę opartą na spektrometrii mas.

Dzięki za oglądanie!