Анализ летучих и окисления чувствительных соединений с использованием системы подачи холодной и электронного удара масс-спектрометрии

Summary

Это видео представляет собой протокол для массового спектрометрический анализ летучих и окисления чувствительных соединений с использованием ионизации электронным ударом. Представленная методика особенно интересны для неорганических химиков, работающих с металлическими organyls, силанов, или фосфаны, которые должны быть обработаны с использованием инертных условиях, таких как техники Шленка.

Abstract

Это видео представляет собой протокол для массового спектрометрический анализ летучих и окисления чувствительных соединений с использованием ионизации электронным ударом. Анализ летучих и окисления чувствительных соединений по масс-спектрометрии не легко достигается, как все состояние-из самых современных методов масс-спектрометрического требуют по крайней мере один шаг пробоподготовки, например, растворение и разбавление анализируемого (электрораспыление ионизации), со кристаллизация аналита с матричным соединением (матрица-лазерной десорбцией / ионизацией), или передачи приготовленных образцов в источник ионизации масс-спектрометра, чтобы быть проведена при атмосферном давлении. Здесь, использование системы ввода образца описан что позволяет анализ летучих металлов organyls, силанов и фосфаны помощью масс-спектрометра поле сектора, оснащенный источником ионизации электронным ударом. Все шаги пробоподготовки и ввода пробы в ионный источникмасс-спектрометр происходить либо в свободной воздушных условиях или под вакуумом, что позволяет анализ соединений сильно подвержены окислению. Представленная методика особенно интересны для неорганических химиков, работающих с металлическими organyls, силанов, или фосфаны, которые должны быть обработаны с использованием инертных условиях, таких как техники Шленка. Принцип работы представлена ​​в этом видео.

Introduction

Анализ соединений, таких как металлические organyls, силанов, или фосфаны помощью масс-спектрометрии это не всегда возможно. Некоторые из этих соединений известны, чтобы быстро разлагаются при контакте с воздухом. Поэтому наиболее важные шаги при измерении масс-спектров являются пробоподготовки, передача аналита в масс-спектрометр и ионный поколения в отсутствии воздуха. В этом протоколе, мы описываем стратегию для удовлетворения этих потребностей и представить впускной системы, что делает возможным получение масс-спектры летучих соединений, ранее не быть проанализированы с помощью масс-спектрометрии в связи с их сложной обработки и быстрого разложения в условиях окружающей среды. Таким образом, однозначную идентификацию романа или существующих летучих металлических organyls, силанов и фосфаны, восприимчивых к окислению или гидролиза, может теперь быть выполнена с помощью масс-спектрометрии. Есть два требования, которые должны быть выполнены для того, чтобы проанализировать соединения, которыевосприимчивы к окислению или гидролизу: Пример подготовки и генерации ионов в инертных условиях. Последнее помещение может быть легко достигнуты при использовании масс-спектрометра с источником ионов, работающего под вакуумом. Это в случае с большинством матрица-помощь-лазер-десорбции / ионизации (MALDI) масс-спектрометров и со всеми ионизации электронным ударом (EI) масс-спектрометров ^1,2. С ионизацией электрораспылением (ESI) не является легко совместим для анализа соединений, чувствительных к окислению или гидролиза, поскольку процесс ионизации происходит в условиях окружающей среды ^3. Тем не менее, для некоторых соединений, которые не вступают в реакцию с кислородом, энергично или водой, сушки и распыл ющим газом, с которой большинство источников ESI эксплуатируются является достаточным для анализа методом масс-спектрометрии ^4. Это также относится и к стратегии ионизации, подобных ESI, например, при низкой температуре ESI, низкотемпературный ионизации при атмосферном давлении, и низкотемпературной жидкости вторичной ионной масс-Спектррии ^5-7. В отличие от этого, подготовка проб и передачи в источник ионов в инертных условиях гораздо более сложным. Оба MALDI и ESI инструменты были в сочетании с перчаточных боксах, с тем чтобы пробоподготовки соединений восприимчивых к окислению и / или гидролиза в инертной атмосфере ^4,8. Масс-спектрометр сопряжен с бардачке либо с передачей капилляра (ESI) или непосредственно связанными с бардачка (MALDI). Сочетание перчаточном боксе в масс-спектрометре по транспортному капилляра также возможно с помощью другого ионизации стратегию - жидкость десорбции поле впрыска / ионизации (LIFDI) - с которым анализ чувствительных соединений было сообщено ^9,10.

Кроме того, MALDI и LIFDI не подходят для анализа легколетучих соединений. MALDI требует сокристаллизацию аналита с матрицей и LIFDI требуется отложение аналита на ЭМПель из раствора. С обеих стратегий ионизации это очень вероятно, что аналит испарится вместе с растворителем. В отличие от MALDI инструментов, масс-спектрометры EI обычно предлагают несколько способов введения образца в ионный источник: прямой впускной зонда (небольшие количества твердых частиц, масла, воски или оседают в алюминиевый тигель, который вводится с помощью толкатель) , мембранным впускным приспособлением (для жидкостей), или соединение с помощью газового хроматографа. Опять же, по крайней мере, часть передачи образца происходит в условиях окружающей среды, и трудно выполнить в инертной атмосфере.

В 1960-х годах, образец на входе система была представлена ​​которая позволяет введение образцов в вакууме в источник документа Е.И. ионов - все стекла нагревается на входе системы (AGHIS) ^11,12. Здесь образец был расположен внутри герметичного части стеклянного капилляра, который был вставлен в AGHIS. Впоследствии AGHIS был эвакуировани стеклянный контейнер с образцом был сломан. AGHIS затем нагревают, чтобы выпарить образец, который достиг ионный источник масс-спектрометре Е.И. посредством утечки. Когда стекло капилляр с образца был приготовлен в перчаточном боксе, образец может быть введен в масс-спектрометре без контакта с воздухом. Тем не менее, AGHIS представляет собой устройство, которое не является коммерчески доступным, и трудно собрать даже для опытного цеха Стеклодув. В связи с большим размеры переключение между прямым входом с использованием толкатель и AGHIS не прямо вперед.

В нашей масс-спектрометрии лаборатории, мы разработали аналогичную впускной системы в стиле AGHIS. Однако, как это не возможно, чтобы нагреть впускной системы, аналит должен обладать определенной волатильности, чтобы войти ионный источник масс-спектрометра. Волатильность аналита должна быть достаточной, чтобы обеспечить передачу соединения в вакууме при жидкого тэ азотаmperature - либо путем кипячения или сублимации. Заказ система на входе состоит из пластины из нержавеющей стали, который позиционируется в прямой впускной системы, трубки из нержавеющей стали с игольчатым клапаном и фланцем, к которому запираемый пробирка с образцом можно прикрепить. Установка подачи холодной системе не требует никаких изменений в масс-спектрометре (Autospec X, вакуумные генераторы, предприятием Воды Корпорация, Манчестер, Великобритания) - переключение между холодной впускной системы и прямой входе с помощью толкатель может быть выполнена легко в течение нескольких секунд.

Представленный на входе системы особенно полезны, когда металлические organyls, силаны или фосфаны, восприимчивых к окислению или гидролизу, должны быть проанализированы. Эти соединения обычно анализируется с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР) или инфракрасного (ИК) спектроскопии. К сожалению, эти методы позволяют не всегда для однозначной идентификации соединения, потому что они дают incompletэлектронной информации, например, когда элементы, такие как хлор или бром являются частью молекулы. Газ дифракции электронов с другой стороны может представить подробную информацию о анализируемого, однако, метод очень трудоемкий, пробоподготовка трудно, и лишь немногие группы могут проводить эти анализ ^13,14. Здесь, подача холодной система для анализа металлических organyls, силанов или фосфаны, восприимчивых к окислению или гидролизу Е.И. масс-спектрометрии приносит большую пользу для (в) органической химии, позволяющих однозначно идентифицировать новые соединения, снабжая их информацией о масса молекулы и ионы, характерных фрагментов. Единственным условием для измерения масс-спектров для вещества определенный летучесть при пониженном давлении.

Protocol

1 Подготовка образцов

1. Используйте на заказ запирающиеся пробирки с фланцем (рисунок 1) для транспортировки и передачи образцов в масс-спектрометре. Перед заполнением образца, эвакуировать запираемые пробирки, прикрепленные к многократному линии Шленка коллектор и удаления остаточной воды при нагревании с тепловой пушки. Vent пробирку с сухим аргоном и эвакуировать снова, в то время как отопление.
2. Погрузите запираемый пробирку в холодную ловушку с жидким азотом (ВНИМАНИЕ: Будьте осторожны при работе с жидким азотом). Уплотнить образца в пробирку из контейнера для образца, прикрепленного к коллектору линии Шленка, закрыть замок на верхней части пробирки, а также коллектор и удалить заблокированный пробирку из ванны азота. Как масс-спектрометрии очень чувствительна, небольшое количество достаточно. Большинство из аналита будет оставаться в запираемой пробирке в ходе анализа и доступен для дальнейших экспериментовпосле измерения.

Рисунок 1. блокировкой пробирку, используемый для передачи образцов. А) Фланец для крепления к холодной на входе системы, (В) с тефлоновым отвод пробирки, чтобы обеспечить перенос соединения в атмосфере воздуха, свободной от условий, (в) винт для управления тефлоновую кран.

2 Измерение масс-спектрах

1. Перед измерением, мелодию и калибровки масс-спектрометра в соответствии с инструкциями, поставляемые изготовителем вашего масс-спектрометра (здесь, Autospec X (вакуумные генераторы, предприятием Воды Корпорация, Манчестер, Великобритания) используется. Используйте perflourokerosene (ПФК) в качестве стандарта и настроиться масс-спектрометра с разрешением прибл 2800 при м / з 119, 10% четкости долина). Снимите толчокСтержень прямого входе от источника ионов и установить внешнюю интерфейс для пробирки (рисунок 2). Для предотвращения нагрева наконечника толкателя, установить метод на входе в "перегородка" в контрольной программного обеспечения масс-спектрометра.
2. Подключение фланец запираемый пробирку, заполненную образца к внешнему интерфейсу. Откройте игольчатый клапан наружного интерфейса и эвакуировать вход. После эвакуации, тщательно открывать шаровой кран с источником ионов, чтобы завершить стадию вакуумирования. Закройте игольчатый клапан внешнего интерфейса. ВНИМАНИЕ: Тефлон отвод пробирки должен быть закрыт на этой стадии.
3. Начните измерение массового в программном обеспечении масс-спектрометра. С закрытой игольчатого клапана, открыть кран тефлоновую пробирки очень кратко, что позволяет в газовой фазе молекулы аналита, чтобы войти в наружную часть интерфейса. Закройте тефлоновую кран.
   Примечание: Внешняя часть интерфейса вместе с пространством между Teflна кране и фланцем запираемый пробирке (сравните фиг.1 и 2В) служит в качестве резервуара аналита газа в ходе анализа.
4. Аккуратно откройте игольчатый клапан, наблюдая вакуумметр ионного источника. Этот шаг позволяет молекулы аналита, чтобы войти в ионный источник масс-спектрометра. Вакуум не должна опускаться ниже 10 ^-5 мбар во время измерения.
   ПРИМЕЧАНИЕ: В зависимости от волатильности анализируемого масс-спектров хорошего качества получаются приблизительно 10 ^-6 мбар. Масс-спектр пробы в настоящее время записывается. Обычно количество образца протекает в прибор через игольчатый клапан достаточно для записи масс-спектров в течение нескольких минут. В случае интенсивность ионов уменьшается, открывая игольчатый клапан немного больше позволяет больше времени приобретения. Если качество массового спектров, снятых при 70 эВ не удовлетворяет, масс-спектры могут быть записаны с использованием более низких кинетических энергийэлектроны, например, 20 эВ.

Рисунок 2 Вход холодной система с пустой запираемый пробирке, установленного на ионный источник В.Г. Autospec X. А) Блокируемый пробирке, (B) фланец соединения между пробирке входа холодной система, (C) игольчатый клапан, (D) Пластина из нержавеющей стали с прокладкой в виде соединения с источником ионов, (Е) интерфейс прямой входе, керамический наконечник толкателя виден.

3 После измерения

1. Закройте игольчатый клапан внешнего интерфейса. Закройте шаровой клапан в ионном источнике. Остановите приобретение масс-спектров в программном обеспечении.
2. Эвакуировать впускной системы, открывая игольчатый клапан полностью. Vent интерфейс то время как мячклапана и игольчатый клапан закрыты. Эвакуировать интерфейс снова откройте игольчатый клапан на этом этапе в целях устранения паров остаточного образца в интерфейсе. Повторите этот шаг, по крайней мере 3-кратным.
3. Снимите запираемый пробирку из интерфейса. Продолжить с следующего образца или удалить внешнюю интерфейс от фланца ионного источника и заменить его толкателя.

Results

Масс-спектр Е.И. трис (трифторметил) phosphane представлена ​​на рисунке 3, соединения, которые быстро разлагается при контакте с воздухом (рисунок 4). Представленный интерфейс позволяет прямой вперед измерения масс-спектров для этих соединений. Работа нового интерфейса легко и быстро и не представляет препятствия при работе с масс-спектрометр с регулярно применяется прямой вход с использованием толкатель.

Discussion

Приобретение масс-спектров из соединений, которые разлагаются при стандартных процедур подготовки образца представлены в данном протоколе. Представленная методика предназначена для анализа металлических organyls, силанов и phosphane, которые очень чувствительны к окислению и / или гидролиза, что делает его интересным, особенно для неорганических химиков. Для достижения оптимальных результатов, вакууме или на воздухе, свободной условия должны быть сохранены в течение всего анализа. Поэтому протокол должен следовать тщате...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
VG Autospec X	Micromass Co. UK Ltd (в настоящее время Уотерс)		Другие масс-спектрометры EI с прямым входом с использованием толкателя также должны быть совместимы с этой техникой
Запираемые пробирки с фланцем			Изготовленные на заказ, тефлоновый кран следует использовать для блокировки пробирки
Интерфейс для запираемых пробирок			Изготовленный на заказ, интерфейс изготовлен из нержавеющей стали. Игольчатый клапан должен быть включен в конструкцию интерфейса!
Линейка			изготовлена по индивидуальному заказу, должна включать в себя вакуумный насос для вакуумирования самых тонких трубок и холодную ловушку с жидким азотом для захвата образца